Каталог :: Технология

: Расчет многокаскадного усилителя

                            Курсовая работа                              
                       по усилительным устройствам.                       
                              ВАРИАНТ   № 7                              
                                  Выполнил:  ст.гр.04 - 414    Уткин С.Ю.
                                Проверил:       Харламов А.Н.            
                                 ЭТАП №1                                 
     Исходные данные для расчета .
Еп=10 В; Rи=150 Ом; Rк=470 Ом; Rн=510; Сн=15 пФ ;Tмин=-30град; Тmax=50град;
Требуемая нижняя частота : Fн=50 кГц.
Используемый тип транзистора:  КТ325В (Si ;  N-P-N ; ОЭ)
Нестабильность коллекторного тока  -  
     Параметры транзистора:
Граничная частота - Fгр =  800Мгц.
Uкбо(проб)=15В.
Uэбо(проб)=4В.
Iк(мах)=60мА.
Обратный ток коллектора при Uкб=15В : Iкбо<0.5мкА  (при Т=298К).
Статический коэффициент усиления тока базы в схеме с ОЭ: h21=70.210.
Емкость коллекторного перехода: Ск<2.5пФ.(при Uкб=5В)
rкэ(нас.)=40 Ом.
Постоянная времени цепи обратной связи: tк<125 нс.
Для планарного транзистора - технологический параметр  = 6.3
     Предварительный расчет.
Исходя из значений Еп и Rк , ориентировачно выберем рабочую точку с
параметрами Uкэ=4В и Iкэ=1мА.
Типичное значение , для кремниевых транзисторов: Uбэ=0.65В.
Uкб=Uкэ-Uбэ = 3.35В
     =2.857 пФ.
     =275Ом - Объемное сопротивление базы.
Iб = Iкэ/h21 = 8.264e-6 - ток базы.     Iэ = Iкэ - Iб = 9.9e-4 -  ток эмиттера.
rэ = 26е-3/Iэ = 26.217 - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода.
Параметр  n = rэ/rб  +   1/h21 = 0.103  (Нормированное относительно Fгр
значение граничной частоты)
Для дальнейших расчетов  по заданным искажениям  в области нижних частот
зададимся     коэффициэнтами  частотных искажений .
Пускай доля частотных искажений , вносимых на нижней  частоте разделительным
конденсатором Ср , окажеться  в к=100  раз меньше  чем конденсатором  Сэ ,
тогда коэффициенты частотных искажений
равны: Мнр = 0.99 , а  Мнэ = 0.71( Определяются  по графику)
      = 2.281е-8  Ф;- емкость разделительного конденсатора.
Оптимальное напряжение на эмиттере  выбирается из условия :Uэ = Еп/3, это
позволяет определить величину Rэ.
Rэ =  =3.361е3 Ом;
     =3.361В - Напряжение  на  эмиттере.
Rф=(Еп - Uкэ)/Iкэ - Rк - Rэ = 2.169е3  Ом;- сопротивление RC - фильтра в
коллекторной цепи.
Применение Н.Ч. - коррекции позволяет использовать разделительный конденсатор
меньшей емкости.
     = 4.062е-9 Ф;- скорректированное значение разделительного конденсатора.
     = 9.551е-10  Ф; -  емкость фильтра в цепи коллектора.
      = 7.889е-8 Ф;- Емкость эмиттера.
Расчет цепи делителя , обеспечивающей заданную температурную  нестабильность
коллекторного тока.
     
     = 1.487е-6 А; - неуправляемый ток перехода коллектор-база.
     =0.2 В; -сдвиг входных характеристик .
      =3.813е-5 А. -ток делителя.
      = 1.052e5 Ом
     =1.291e5Ом
     Номиналы элементов, приведенные к  стандартному ряду.
Rф=2.2е3 Ом;  Rэ=3.3е3Ом; Rб1=1е5Ом ; Rб2=1.3е5 Ом; Cр= 4е-9 Ф; Cф= 1е-9 Ф;
Cэ=7е-8Ф;
     Оценка результатов в программе  «MICROCAB»
1. Оценка по   постоянному току.
     
2.1А.Ч.Х. -  каскада.
     
2.2 А.Ч.Х. - по уровню 07.
     
Реализуемые схемой  - верхняя частота - Fв = 2.3Мгц   и коэффициент усиления
К = 22Дб = 12.6
                                 ЭТАП №2                                 
Задание: Обеспечить за счет выбора элементов либо модернизации схемы
увеличение К в два раза(при этом Fв - не должно уменьшаться) и проверить
правильность расчетов на Э.В.М.
     РАСЧЕТ.
Требования к полосе частот и коэффициенту усиления:
К = 44Дб = 158  Fн =50 Кгц  Fв =2.3Мгц
Uкб=Uкэ-Uбэ = 4.35В
     =2.619 пФ.
     =300Ом - Объемное сопротивление базы.
                 Оценка площади усиления и количества  каскадов                 
                                  в усилителе.                                  
     =8.954 е7 Гц - Максимальная площадь усиления дифференциального каскада.
Ориентировачное количество каскадов определим по номограммам ,
так как  =39  , то
усилитель можно построить на двух некорректированных каскадах.
Требуемая верхняя граничная частота для случая , когда N = 2 ( с учетом , что фn
=  =0.64)
Fв(треб)=Fв/фn = 3.574е6 Гц
Требуемый коэффициент усиления одного каскада К(треб)== 12.57
Требуемая нижняя граничная частота Fн(треб)=FнХфn =3.218e4
Реализуемая в этом случае  площадь усиления =4.5е7 Гц
                   Расчет первого (оконечного) каскада.                   
Определим параметр  = 1.989
Оптимальное значение параметра =0.055
Этому значению параметра  соответствует ток эмиттера равный:
Iэ = =2мА
Соответственно  Iкэ =  
= 2мА                        и                     Iб = 
= 1.5е-5 А .
rэ =  = 14.341 Ом  - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода.
       = 1.388е-11Ф; - емкость эмиттерного перехода.
      = 1.75е3 Ом
     = 3.562е-9 сек  -  постоянная времени транзистора.
      = 0.008 - относительная частота.
            Высокочастотные Y- параметры  оконечного каскада.            
      = 0.061 См- Проводимость прямой передачи ( крутизна транзистора).
      = 3е-14 Ф- Входная емкость транзистора .
      = 5.02 е-11 Ф -Выходная емкость транзистора.
      =  5.456 е-6 См  -  Проводимость обратной передачи.
      = 5.027 е-4 См - Входная проводимость транзистора.
      = 4.5е-11 Ф - Входная емкость транзистора.
Реализуемая  в этом случае площадь усиления :
      = 1.165е8 Гц
Заданный коэффициент усиления обеспечивается при сопротивлении коллектора:
     = 347.43 Ом
     Расчет элементов по заданным искажениям в области нижних частот.     
      = 3.294е-8 Ф;- емкость разделительного конденсатора.
Rэ =  =1.68е3 Ом;
     =3.077В - Напряжение на эмиттере.
Rф=(Еп - Uкэ)/Iкэ - Rк - Rэ = 704.5  Ом;- сопротивление RC - фильтра в
коллекторной цепи.
Применение Н.Ч. - коррекции позволяет использовать разделительный конденсатор
меньшей емкости.
     = 1.088е-8 Ф;- скорректированное значение разделительного конденсатора.
     = 7.87е--9 Ф; -  емкость фильтра в цепи коллектора.
      = 2.181е-7 Ф;- Емкость эмиттера.
Расчет цепи делителя , обеспечивающей заданную температурную  нестабильность
коллекторного тока.
      =4.351е-5 А. -ток делителя.
      = 8.566е4 Ом
     =1.07е5 Ом
                 Расчет второго (предоконечного) каскада.                 
Реализуемая площадь усиления и параметр  для  предоконечного  каскада.
     =9е7 Гц                                     =0.04
Этому значению параметра  соответствует ток эмиттера равный:
Iэ = =3мА
Соответственно  Iкэ =  = 3мА     и    Iб = = 2.2е-5 А .
rэ =  = 9.8 Ом  - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода.
       = 2.03е-11Ф; - емкость эмиттерного перехода.
      = 1.196е3 Ом
     = 4.878е-9 сек  -  постоянная времени транзистора.
          Высокочастотные Y- параметры  предоконечного каскада.          
      = 0.083 См- Проводимость прямой передачи ( крутизна транзистора).
      = 2.1е-14 Ф- Входная емкость транзистора .
      = 6.8 е-11 Ф -Выходная емкость транзистора.
      =  5.466 е-6 См  -  Проводимость обратной передачи.
      = 1.909е3 См- Входная проводимость первого каскада.
Заданный коэффициент усиления обеспечивается при сопротивлении коллектора:
     = 164.191 Ом
     Расчет элементов по заданным искажениям в области нижних частот.     
      = 1.362е-8е-8 Ф;- емкость разделительного конденсатора.
Rэ =  =1.247е3 Ом;
     =3.33В - Напряжение на эмиттере.
Rф=(Еп - Uкэ)/Iкэ - Rк - Rэ = 459.2  Ом;- сопротивление RC - фильтра в
коллекторной цепи.
Применение Н.Ч. - коррекции позволяет использовать разделительный конденсатор
меньшей емкости.
     = 3.58е-8 Ф;- скорректированное значение разделительного конденсатора.
     = 1.5е-8 Ф; -  емкость фильтра в цепи коллектора.
      = 2.98е-7 Ф;- Емкость эмиттера.
Расчет цепи делителя , обеспечивающей заданную температурную  нестабильность
коллекторного тока.
      =3.771е-5 А. -ток делителя.
      = 1е5 Ом
     =1.06е5 Ом
     Номиналы элементов, приведенные к  стандартному ряду.
Номиналы элементов первого каскада.
Rф=700 Ом;  Rэ=1.6е3Ом; Rб1=8.5е4Ом ; Rб2=1е5 Ом; Cр= 1е-8 Ф; Cф= 8е-9Ф;
Cэ=2е-7Ф; Rк=350 ;
Номиналы элементов второго каскада.
Rф=450 Ом;  Rэ=1.3е3Ом; Rб1=1е5Ом ; Rб2=1е5 Ом; Cр= 2.6е-9Ф; Cф= 1.5е-8 Ф;
Cэ=3е-7Ф; Rк=160 ;
                          Оценка входной цепи .                          
Определим коэффициент передачи входной цепи в области средних частот
и ее верхнюю граничную частоту.
Зададимся    g = 0.2
     =  1.124  -  Коэффициент передачи входной цепи .
     
     
       = 1.1е7 Гц
Верхняя граничная частота входной цепи значительно больше
верхней требуемой частоты   каждого из каскадов.
     При моделировании на ЭВМ учитывалось влияние входной цепи.
     Оценка результатов в программе  «MICROCAB»
1.   Оценка по   постоянному току.
     
2.  А.Ч.Х. усилителя.
     
3.  А.Ч.Х. - по уровню -07.
     
Реализуемые схемой  - верхняя частота Fв = 2.3Мгц , нижняя частота Fн = 50кГц
и коэффициент усиления  К = 44Дб = 158 - полностью соответствуют  заданным
требованиям по полосе  и усилению.
                                   FIN.