Расчет коэффициента усиления и параметров АЧХ.

 

Целью расчета является определение коэффициента усиления усилителя без ОС (рис. 2.2) для области средних частот К, а так же частот полюсов передаточной функции К – цепи.

Для расчетов необходимо К – цепь разбить на каскады, каждый на которых включает один усилительный элемент и межкаскадные цепи. В рабочем диапазоне частот удобно каскадом усиления (S) считать цепь по рис. 4.1. Для такой цепи коэффициент усиления по напряжению на средних частотах:

 

 (4.1).

 

Здесь для каскада предварительного усиления:

 

 (4.2).

 

Для выходного каскада R_HS º R_HN º R_H (2.13).

 

Производим расчеты:

 

 h₁₁ = 95,57143 Ом. для первого транзистора. Рассчитывается по формуле:  ;

 для второго транзистора.

 

ОМ;

ОМ;

 

Определим коэффициент усиления каждого каскада по формуле (4.1):

 

 таким образом, получаем оставшийся коэффициент:

.

Теперь необходимо найти общий коэффициент усиления К – цепи, который определяется произведением всех коэффициентов усиления каскадов по следующей формуле:

 

; (4.3).

 

Зная общий коэффициент усиления К – цепи, найдем запас по усилению по следующей формуле:

 

a_н =K(1+R₁/R_{вх F})/[K_FF(1 + R₁/R_вх)]; (4.4).

 

Где R_вх = h_11,1/n`² = 95,57143/(0,91)² = 114,6857. Таким образом, получаем запас по усилению: а_н = 7291,4·(1 + 150/150)/[60·50(1+150/114,7)]» 2,1.

 

Зная запас по усилению, делаем вывод, что нет необходимости вводить местную обратную связь в один из каскадов, так как 1,2 £ а_н £ 3.

 

Рассчитаем частоту полюсов передаточной функции К – цепи, определяющих ЛАХ в области верхних частот, ведется на основе П- образной эквивалентной схемы транзистора. Частота полюса:

 

; (4.8).

С₀ = С_б`э + (1+S_iR_н)С_к; (4.9).

R_эк = r_{б`э</sub>(R<sub>Г</sub> + r`_б)/(R_Г + r`<sub>б</sub> + r<sub>б`э}); (4.10). R_н  из (4.2).

 

Где

 

; (4.7).

 

В нашем случае при непосредственной связи каскадов R_Б1S и R_Б2S следует принять равными ¥; для первого каскада R_Г1 = R_{Г1 опт}.

 

В качестве примера приведем расчет частоты среза первого каскада, а для остальных каскадов приведем таблицу.

 

C₀ = 6,95·10^-11 – (1 + 0,53·98,1) 9·10^-9 = 1,743·10^-10 Ф.

R_эк = 70,6·(125 + 25)/(25 + 125 + 70,6) = 48 Ом.

f_p = 1/(2·3,14·1,02·10^-10·159,44) = 20 454 276,454 Гц.

 

Если частоты лежат полюсов лежат в пределах рабочего диапазона частот, то на частоте f_в усиление К – цепи снижается, и необходимо проверить: достаточно ли этого усиления для обеспечения заданного значения K_F при требуемой (2.16; 2.22) глубине ОС. Должно выполняться не равенство:

; (4.15).

Здесь под знак суммы подставляются только частоты полюсов тех каскадов, у которых: f_pS < f_в.

Приводим таблицу:

 

Таблица № П.4..2

Каскад № п/п	С0, Ф.	R кэ, Ом.	fp, Гц	Проверка условия 4.15
1	1,01984E-10*	50	19 016 923,492	77 > 71 Условие выполнено
2	4,10E-10*	92	4 233 415,184

 

* - знак «е» означает степень, то есть число«е»степень = число·10^{степень}; так называемая экспоненциальная форма числа.

5. Расчет пассивных узлов структурной схемы усилителя.
5.1 Выбор и расчет входной и выходной цепей.

 

Одним из важных требований, предъявляемых к усилителю в рабочем диапазоне частот, является согласование усилителя с источником сигнала и (или) внешней нагрузкой, обеспечение стабильности заданных величин входного R_вхF и выходного R_выхF сопротивлений усилителя. Выполнение этого требования в значительной степени определяется величиной, реализуемой в усилителе общей ОС.

Последовательная отрицательная ОС увеличивает входное сопротивление, а параллельная уменьшает его. Тогда при глубокой ОС входное сопротивление окажется слишком большим или малым и, к тому же, зависящим от К.

При глубокой ОС входное и выходное сопротивления определяются только пассивными входной и выходной цепями и не зависят от параметров цепи усиления. Это свойство глубокой комбинированной ОС используются при построении усилителя для получения заданного входного и выходного сопротивлений.

На выбор структурной схемы влияют следующие факторы: структура цепи, в которой создается фазовый сдвиг (четное или нечетное число каскадов с общим эмиттером в цепи усиления); величина К _F;необходимое значение F; простота и технологичность схемы усилителя.

Первый из указанных четырех факторов требует пояснения. Для обеспечения отрицательной обратной связи в петле ОС создается начальный фазовый сдвиг, равный 180⁰. Поворот фазы на 180⁰ можно делать в любой из цепей, входящих в петлю ОС. В цепи усиления начальный фазовый сдвиг создается за счет нечетного числа каскадов с общим эмиттером.

При повороте фазы по входной или выходной цепи следует обратить внимание на то, что цепи параллельной и последовательной ОС здесь разделены. Это приводит к необходимости согласовано изменять фазу сигнала для обоих видов ОС. Для параллельной ОС начальный фазовый сдвиг создается за счет встречного включения сопротивления в цепь ОС, а для последовательной ОС – за счет включения балансного сопротивления в эмиттерную цепь выходного транзистора. Такие схемы получили название схем с эмиттерной комбинированной ОС. Схемы с повтором фазы в цепи ОС в настоящие время не применяются.

 

В схеме (рис.5.1) параллельная обратная связь создается за счет дополнительных обмоток m`, m`` входного и выходного трансформаторов. Последовательная ОС на входе создается с помощью R`_б, а на выходе - за счет R``<sub>б</sub>. Поворота фазы в входной и выходной цепях не создается, начальный фазовый сдвиг обеспечивается в цепи усиления при нечетном числе каскадов с общим эмиттером. Отношение коэффициентов трансформации между обмоткой Ос и основной обмоткой m`/n` - m``/n`` рекомендуется выбирать равными – 0,1…0,5.

Формулы для расчета параметров приведены ниже. Значения R^,,_г и R^,_г используются для расчета элементов цепи ОС.

Для удобства расчета таких комбинированных схем параметры входных и выходных цепей в табл. № п.5.1 приведены отдельно в виде отношений k₁/B₁ и k₂/B_2.

 

Таблица № П.5.1

Элемент	R` б	R` г	К1/В1	К2/В2
Формула	m ` n ` R вх F	m` (n ` -m `) R вх F	n ` -m `	(R` г + R`` г)/2 m `` R` г

 

Параметры выбранных цепей должны удовлетворять следующему неравенству, гарантирующему реализуемость элементов цепи:

 

В₀= (К₁/В₁)·(К₂/В₂)/К_F£0.5; (5.4).

 

Сопротивления R``<sub>б</sub> и R``_Г определяются по формулам для R`<sub>б</sub> и R`_Г, в которых все величины отмечаются двумя штрихами, а R_вхF заменяются на R_выхF.

 

Рассчитаем элементы с одним штрихом:

 

 m` = 0,5·n` = 0,5· 0,91 = 0,456; R`_б = 0,91· 0,456·150 = 62,5Ом;

R`_Г = 0,456(0,91 - 0,456)·150 = 31,25 Ом; К₁/В₁ = 0,91 - 0,456 = 0,46;

К₂/В₂ = (31,25 + 150)/(2· 0,5· 31,25) = 5,8;…

Эти и значения параметров с двумя штрихами для удобства приведем в виде таблице:

 

Таблица № п.5.1.1

Элемент	R` б	R` Г	m`	k1/B1	k2/B2	Проверка условия 4.5
Формула для одного штриха	62,5	31,25	0,46	0,46	5,8	B0 = 0,044122 Þ B0 > 0,5
Формула для двух штрихов	187,5	150	0,5

 

 

123	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: