3 Содержание этапов проектирования

Проектирование усилителя производится в соответствии с техническим заданим и включает в себя следующие этапы:

3.1 Выбор режима работы транзисторов по постоянному току в заданной схеме, расчет цепей питания транзисторов и определение номиналов резисторов.

3.2 Определение параметров модели заданного типа транзистора по постоянному току. Построение средствами MathCad входной и выходной вольтамперных характеристик по модели транзистора.

3.3 Составление модели транзистора в системе EWB. Построение средствами EWB входной и выходной вольтамперных характеристик транзистора. Сравнение характеристик модели со справочными данными. Подгонка параметров модели.

3.4 Анализ схемы по постоянному току в системе EWB. Коррекция режима работы транзисторов путем варьирования величин сопротивлений резисторов.

3.5 Анализ схемы в частотной области. Оптимизация параметров элементов схемы с целью повышения коэффициента усиления по напряжению. Построение для исходного и оптимизированного вариантов усилителя амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной (ФЧХ) характеристик коэффициента усиления . Нахождение частоты F_O, на которой коэффициент усиления максимален и равен . Определение верхней F_В и нижней F_Н граничных частот полосы пропускания усилителя по уровню 0.707 . Расчет на частотах F_Н, F_O, F_В входного и выходного сопротивлений схемы и коэффициентов усиления по току и по мощности .

3.6 Коррекция амплитудно-частотной характеристики усилителя в области низких или высоких частот. Осуществляется путем введения в схему корректирующих цепочек и подбором их параметров с целью получения заданного уровня усиления по напряжению. Уровень усиления определяется в долях от в заданной полосе частот , указываемой в долях от F_В или F_Н. Построение АЧХ и ФЧХ усилителя с учетом коррекции. Расчет на частотах F_Н, F_O, F_В входного и выходного сопротивлений и коэффициентов усиления по току и по мощности .

3.7 Анализ во временной области исходного, оптимизированного усилителя, а также усилителя с коррекцией АЧХ. Построение переходной характеристики усилителя при входном сигнале в виде ступенчатой функции с высотой 0.1 В. Расчет по графику длительности установления фронта выходного напряжения. Построение амплитудной характеристики усилителя при изменении амплитуды входного сигнала в пределах от 0.01 В до 0.9 Е_п питания.

4 Расчет режима работы усилителя по постоянному току

На начальном этапе проектирования усилителя производится выбор режима работы транзисторов по постоянному току и определяются номиналы резисторов, обеспечивающих соответствующее положение рабочих точек транзисторов на вольтамперных характеристиках. Связь токов и напряжений в рабочих точках транзисторов устанавливается соотношениями:

(1)

Расчет режима работы транзисторов по постоянному току следует начать с выбора величины коллекторных токов. Величины токов задаются, исходя из величины напряжения питания Е_п, типа транзистора, схемы каскада.

Ориентировочно, ток коллектора второго каскада можно взять равным току для типичного режима, указанному в справочниках по транзисторам. Ток коллектора транзистора первого каскада должен быть в несколько раз меньше коллекторного тока второго каскада, обычно . Возможные значения токов для транзисторов, используемых в усилителях, лежат в пределах мА, мА.

Ток базы транзисторов вычисляется по формуле:

, (2)

где - коэффициент передачи по току транзистора с общим эмиттером, значение берется из справочника по транзисторам. Ток эмиттера вычисляется по формуле (1) по известным , .

Ориентировочное значение напряжения принимается приблизительно равным . Для первого каскада может быть взято меньшим , в пределах 1-3 В.

По выбранным значениям токов базы , напряжений и входной характеристики транзистора (из справочника по транзисторам) определяется напряжение . Напряжение берется на кривой, соответствующей (типичные значения В). Напряжение вычисляется по соотношениям (1). На этом выбор режима транзисторов по постоянному току заканчивается.

Перед расчетом номиналов резисторов, устанавливающих режимы каскадов по постоянному току, рекомендуется указать на схеме усилителя положительные направления токов и напряжений на всех его элементах. Расчет основывается на законе Ома и законах Кирхгофа для токов и напряжений и сводится к определению по схеме усилителя токов, протекающих через резисторы и разности потенциалов, приложенных к ним. Расчет схем обычно начинается с последнего каскада и заканчивается расчетом первого каскада.

Для схем каскадов с резистором в цепи коллектора или резистором в цепи эмиттера напряжение на резисторе вычисляется по соотношению

. (3)

Для схем каскадов, содержащих одновременно резистор в цепи коллектора и резистор в цепи эмиттера, необходимо распределить падение напряжения и на этих резисторах. Из условия

и соотношения

(4)

вычисляются величины , . Следует отметить, что с увеличением улучшается стабильность работы каскада, но уменьшается коэффициент усиления.

Рассчитанные значения резисторов необходимо привести до стандартного ряда. Этот ряд имеет следующий вид:

(10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33,

36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91)10ⁿ,

где n – целое число.

Приведенный ряд верен также для номиналов конденсаторов.