Реферат: Усилитель с обратной связью

--PAGE_BREAK--Основная часть


1. Расчет усилителя
1.1 Нахождение параметров нагрузки и расчет количества каскадов
Расчет количества каскадов усилителя начнем с нахождения параметров нагрузки: Pн, Iн, Uн, Rн. Как видно из задания, необходимо по значениям тока и мощности найти напряжение и сопротивление на нагрузке:
Uн = Pн/Iн = 0,019/0,01=1,9 B

Rн = Uн/Iн = 1,9/0,01 = 190 Ом
Найдем амплитуды напряжения и тока:
Uнм = (2)1/2* Uн = (2)1/2* 1,9 В=2,69 В

Iнм = (2)1/2* Iн = (2)1/2* 10 мА = 14,14 мА
Теперь можно определить значение коэффициента усиления замкнутого усилителя Кос:
Кос = Uнм / Uвхм
В нашем случае:
Кос = 2,69B/0,15B= 17,9
Усилителю с отрицательной обратной связью соответствует коэффициент передачи усилителя


<img width=«106» height=«39» src=«ref-1_1564181714-1294.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027"> 
Определим число каскадов усилителя. Для этого воспользуемся таблицей, где Mос(<img width=«16» height=«15» src=«ref-1_1564183008-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">) — коэффициент частоты каскадов:
<img width=«323» height=«194» src=«ref-1_1564183096-10749.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">
Пусть число каскадов n= 1, тогда
<img width=«275» height=«47» src=«ref-1_1564193845-2400.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030">
из этой формулы составим квадратное уравнение, и решим его относительноKβ.
<img width=«160» height=«49» src=«ref-1_1564196245-1988.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031"> 
тогда 2,14 = (1-Kβ)2 получим корни Kβ= 1±1,46, выбираем отрицательный корень Kβ= — 0,46, и подставляем в уравнение K=Koc(1-Kβ)=17,9*(1+0,46)=26,2. Т. к. K>10, необходимо увеличить число каскадов.

Пусть n= 2:




<img width=«216» height=«54» src=«ref-1_1564198233-2720.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">
Решая данное уравнение относительно Kβи выбирая отрицательное решение, получаем Kβ=-0,5. Тогда K=Koc(1-Kβ)=17,9*(1+0,5)=8,95. Так как K<100, то достаточно двух каскадов. Таким образом, для проектирования каскадного усилителя будем использовать два n-p-nтранзистора:
<img width=«347» height=«217» src=«ref-1_1564200953-11789.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">

Рис.1 Каскадный усилитель
1.2 Статический режим работы выходного каскада
1.2.1 Выбор рабочей точки транзистора
Рабочая схема каскада имеет вид:


<img width=«209» height=«165» src=«ref-1_1564212742-5684.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">


Определим параметры рабочей точки транзистора. Выбор рабочей точки А транзистора в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора IкА и напряжения UкэAв схеме, в первоначальном предположении Rэ= 0.

Должны выполняться следующие соотношения:

1.                 |UкэА| ³Uнm+ |Uкэmin|, гдеUкэmin — напряжение на коллекторе соответствующее началу квазигоризонтального участка выходных ВАХ;
1.|Uкэmin| = 1В; UкэА = 2,9 В

2.                 IкА³Iнm/Kз, где KЗ = 0,7-0,95.

3.                 Если Кз = 0,7 то Iка = 20,23 мА

Iкдоп.расч. = 2* Iка = 40,46 мА; Uкдоп.расч. = 2* UкэА = 5,8 B;
    продолжение
--PAGE_BREAK--Pкдоп. = Iкдоп.расч. * Uкдоп.расч.= 234,67 мВт


По величине мощности определим вид транзистора.

Выберем удобный для нас транзистор – КТ342A. Основные характеристики транзистора:





1.2.2 Выбор сопротивлений Rк2, Rэ2, R3, R4 выходного каскада.

Сначала предположим, что Rэ отсутствует, тогда уравнение линии нагрузки будет иметь вид:
<img width=«192» height=«47» src=«ref-1_1564218426-2320.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">

<img width=«229» height=«50» src=«ref-1_1564220746-2902.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">

Rэ2=(0,1¸0,3) Rk2 , Rэ2 =60 Ом.


Теперь уравнение линии нагрузки будет Eп=Ik*Rk2+Uкэ+ Iэ*Rэ2; Ik»Iэ.

Нагрузочная прямая и линия динамической нагрузки имеют вид:
<img width=«439» height=«231» src=«ref-1_1564223648-14409.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">
Па графику ВАХ определяем Iба = 0.53 мА.

Через точку А проводим линию динамической нагрузки, под углом φ.
<img width=«324» height=«48» src=«ref-1_1564238057-3097.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">
тогда
<img width=«321» height=«73» src=«ref-1_1564241154-5347.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">
Фиксация рабочей точки Aкаскада на биполярном транзисторе осуществляется резистивным делителем R3, R4.

Величина R4 определяется из соотношения:

N= 1 + R4/ Rэ2, N– коэффициент температурной нестабильности.

С другой стороны N= ∆Ik/∆Iko. Рассчитаем величину Iк0по следующему эмпирическому соотношению:


∆T/10 (45-25)/10

Iк(45)=| Iк(T0)*(A — 1)|=|1*10-6*(2,5 -1)|=6,25*10-6 [A]

∆T/10 (27-25)/10

Iк(27)=| Iк(T0)*(A — 1)|=|1*10-6*(2,5 -1)|=1,2*10-6 [A] ,
где Iк0(T) — тепловой ток коллекторного перехода, заданный в справочнике при температуре T; А = 2,5 для кремниевых транзисторов.

∆Iк0 вычислим как
∆Iк0 = Iк0(45) — Iк0(27) = 6,25*10-6 — 1,2*10-6 = 5,05*10-6 [A].
Температурные изменения тока целесообразно ограничить диапазоном ∆Iк=(0,001¸0,01)*Iкm, выберем
∆Iк=7,07*10-6 [A].
Рекомендуемое значение Nвычисленное как
N=∆Iк/∆Iк0=7,07*10-6 / 5,05*10-6 =3.

R4/Rэ2 = 1, R4 = 45 Ом.
Найдем R3 из:
R3 = (E– (Uбэа +Iкэа*Rэ2))/(Uбэа+Iэа*Rэ2+Iба*R4)*R4 (Uбэа находится ниже по входной ВАХ)

R3 = 230 Ом.
Проверим правильность выбора Rэ2:


Iд = (Е — Uба)/R3, Uба = Iэа*Rэ2+Uбэа*Iба = 0.479 В, Iд = 37 мА.
Должно выполняться неравенство:
Iд>=(5-10)*Iба; 37>=(5-10)0.53 – верно.
Из графика входной характеристики определим UБЭпо полученному из графика выходных характеристик IБА.
<img width=«307» height=«313» src=«ref-1_1564246501-8452.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">
При таком значении IБАUБЭ=0,98 [B].

Из ВАХ транзистора найдём:
<img width=«266» height=«64» src=«ref-1_1564254953-4768.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">




1.3 Расчет значения коэффициента усиления выходного каскада
В первом приближении коэффициент усиления может быть вычислен по следующей формуле:
K2 = -h21э*(Rк2||Rн)/(Rк2 + Rвх2)

Rвх2 = R3||R4||h11Э = 36,1 Ом;

Rк2||Rн = 235 Ом;

K2 = -20*235/(435 + 36) = 9,98
1.4 Переход от выходного каскада к входному
При переходе к входному каскаду справедливы следующие формулы:
Uвх2 = Uмн/К2 = Uмн1; Iвх2 = Uвх2/Rвх2 = Iмн1

Uмн1 = 3,6/10 = 0,36 В; Iмн1 = 0,36/36,1 = 10 мА
Таким образом, после расчета вышеописанных величин процедура нахождения элементов входного каскада повторяет расчет выходного каскада, поэтому приведем ниже лишь сокращенные расчеты без комментариев.




1.5 Статический режим работы входного каскада
1.5.1 Выбор рабочей точки транзистора
    продолжение
--PAGE_BREAK--