2. Выбор структурной схемы. Приближенный расчет коэффициентов усиления промежуточных каскадов

Для предварительного расчета коэффициентов усиления предположим, что структурная схема усилителя изображена на рис.1.

Тогда

К_Uскв= К_вх К_u7 К_u6 К_u5 К_u4 К_u3 К_u2 К_u1 = -500.

Если К_вх= 0,8, а К_u7 = К_u5 = К_u3 = К_u1 = 0,9, то

.

Для минимизации нелинейных искажений, целесообразно выбирать коэффициенты усиления выходных каскадов меньшими, чем коэффициенты усиления входных. Поэтому выберем

, а , где  - некоторый коэффициент меньший единицы. Тогда

.

Для рассмотренного примера получаем:

K_u4 = -9.84, K_u2 = -4.9, K_u6 = -19.6. («─», так эти каскады инвертируют фазу).

Примечание: для коэффициентов усиления порядка 300-500 можно спроектировать схему без промежуточных эмиттерных повторителей.

3. Расчет выходного эмиттерного повторителя на средних частотах

Рис.2. Схема выходного ЭП

Все напряжения, кроме напряжения на нагрузке Un, имеют постоянную и переменную составляющие. , и.т.д. Постановка задачи: известны Uн, Rн, Ep, выбран БТ. Необходимо выбрать RЭ. Рассчитать Uб0, Uб1, Iб0, Iб1, Ku1 и Rвх1.

0. 3.1. Выбор режима эп по постоянному току и напряжению

Рис.3. Эквивалентная схема ЭП по постоянному току

БТ должен работать в активной области. Для этого при самом большом токе IК0max должно выполняться неравенство UКЭmin > 1 В. Кроме того, должно выполняться неравенство IК0max < IК0 доп.

Рис.4. Выбор рабочей точки БТ в ЭП1

3.2.Расчет выходного эп по переменному току

Для расчета ЭП заменим БТ линеаризованной эквивалентной схемой для СЧ и НЧ. Частоты усиливаемого сигнала низкие (т.е. сопротивление емкостей С_диф и С_К в области рабочих частот большое, поэтому их можно не учитывать). Кроме того допускаем, что .

Рис.5. Эквивалентная схема ЭП1 по переменному сигналу.

Из схемы рис.5 видно, что нагрузка по переменному сигналу RЭ~ равна: (1) (2) (3)

На входе ЭП1 амплитуда переменного напряжения равна:

(4)

Поэтому коэффициент передачи ЭП1 равен

. (5)

Входное сопротивление ЭП1 по переменному сигналу равно

. (6)

3.3. Порядок расчета эп1

3.3.1. Выбрать R_Э = R_Н (7)

3.3.2. Рассчитать нагрузку ЭП1 по переменному сигналу R_Э~ по (1) и I_Э1 по формуле (2).

3.3.3. Для того, чтобы ЭП1 работал в активной области выбрать постоянную составляющую тока эмиттера на 25% больше, чем переменную, т.е.

I_Э0 = 1,25 I_Э1 (8)

3.3.4. Рассчитать постоянное напряжение на сопротивлении в цепи эмиттера, максимальный ток I_max

U_Э0 = R_Э I_{Э0 ,} I_эmax=I_Э0+I_Э1 (9)

и максимальное напряжение на эмиттере:

U_Эmax = U_Э0 + U_Э1 (10)

3.3.5. Проверить условие нахождения БТ в активной области при максимальном напряжении на эмиттере и не превышения I_0maxдоп

E_p - U_Эmax > 1 В, I_Эmax< I_0max.доп (11)

3.3.6. Полагая, что в расчете используется кремниевый БТ считаем, что

U_БЭ0 = 0,6 В, (12)

поэтому постоянное напряжение на базе равно

U_Б0 = U_Э0 + 0.6 В (13)

3.3.7. Рассчитываем K_u1 по (5) и R_вх1 по (6).

3.3.8. Расчет I_Б0, U_б1,

параметры эквивалентной схемы транзистора: , r_б1.

Итоги расчета ЭП1: R_Э1, I_Б01, U_б01, U_б11, R_вх1, K_u1, , r_б1. (Последний индекс всех величин «1», показывает, что все величина рассчитаны для первого каскада).

Примечание: Для увеличения сопротивления нагрузки ЭП по переменному току R_Э1 и, следовательно, K_u1, можно в цепь эмиттера поставить идеальный генератор тока. Кроме того, такая схема позволит легко выполнить неравенства (11). Эквивалентная схема такого ЭП1 с по переменному сигналу выглядит следующим образом.

Рис.6. Эквивалентная схема ЭП1 с идеальным генератором тока.

Считаем, что генератор тока по переменному сигналу имеет бесконечно большое сопротив-ление, поэтому весь переменный ток протекает через нагрузку. Поэтому IH = IЭ1 = UН/RН, а UН = UЭ1. Схема ЭП1 выглядит следующим образом (рис.7). Генератор тока реализован на транзисторе VTГТ.

Сопротивление R_ЭГТ позволяет стабилизировать постоянную составляющую тока коллектора VT_ГТ и повысить выходное сопротивление этого транзистора по переменному сигналу. Заданное значение постоянного тока коллектора транзистора VT_ГТ обеспечивается выбором сопротивлений R_Д1 и R_Д2 делителя напряжения, обеспечивающего необходимое напряжение смещения на базе транзистора VT_ГТ.

Рис.7. Принципиальная схема ЭП1 с генератором тока в цепи эмиттера