6. Розрахунок окремих каскадів підсилювача низької частоти
Розрахунок окремих каскадів підсилювача низької частоти проводиться в такій послідовності:
вихідний каскад;
проміжні каскади;
вхідний каскад.
Вихідними даними до розрахунку будь-якого каскаду є:
опір навантаження каскаду RH;
потужність, яку необхідно віддати в навантаження РН;
напруга на навантаженні UH або струм в навантаженні ІН;
опір джерела сигналу RДЖ, якщо це вхідний каскад;
напруга джерела живлення ЕЖ;
нижня гранична частота FH;
верхня гранична частота FВ;
допустимі частотні спотворення на нижній граничній частоті MН;
ємність навантаження СН або еквівалентна ємність наступного каскаду СЕКВ.
В результаті проведеного розрахунку повинні бути визначені:
- номінальні значення опорів, які забезпечують режими роботи транзистора;
вихідний опір каскаду RВИХ;
вхідний опір каскаду RВХ;
коефіцієнт підсилення каскаду за напругою KU;
амплітуда вхідного сигналу UВХ;
частотні спотворення каскаду на верхній граничній частоті МВ;
номінальні значення ємностей розділювальних та блокувальних конденсаторів;
потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора РК;
потужність, яка споживається від джерела живлення Р0.
6.1. Розрахунок вхідного емітерного повторювача
Принципова схема вхідного емітерного повторювача наведена на рис. 3.3. Методика розрахунку каскаду наступна.
1. Розраховують амплітуду струму, яку повинен забезпечити каскад в навантаженні:
EMBED Equation.3 , (6.1)
або
EMBED Equation.3 . (6.2)
2. Вибирають струм спокою транзистора ІК0 з умови:
ІК0 = (2...3) EMBED Equation.3 . (6.3)
Якщо внаслідок розрахунку ІК0 < 1 мА, то слід вибирати ІК0 = 1 мА, щоб транзистор не працював у мікрорежимі, коли значно зменшується коефіцієнт підсилення транзистора за струмом. Якщо вибрано мікрорежим, то необхідно враховувати зменшення коефіцієнта підсилення за струмом h21E у відповідності з довідковими даними на транзистор. При відсутності таких даних зменшення h21E становить 2,5...4 рази при зменшенні струму колектора транзистора по відношенню до струму колектора транзистора, рівного 1 мА, 10 разів. Аналітично розрахувати значення коефіцієнту підсилення транзистора за струмом в мікрорежимі h21ЕМ можна за допомогою виразу:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 , (6.4)
EMBED Equation.3 де ІК0 = 1 мА, ІК0М – вибране значення струму колектора в мікрорежимі.
3. Розраховують номінальне значення опору резистора R3 з умови, що спад напруги на транзисторі і резисторі в статичному режимі є рівними:
EMBED Equation.3 . (6.5)
Значення опору резистора вибирають із стандартного ряду Е24 (див. Додаток 6), Типи використовуваних постійних резисторів С2-23, С2-33, змінних - СП3-29. Потужність, яка розсіюється резистором PR, розраховують у відповідності з виразом:
PR = IR2 ? R (6.6)
або
PR = UR2 / R. (6.7)
де IR – струм, який протікає через резистор, UR – спад напруги на резисторі, R - опір резистора. З метою усунення перегріву елементів схеми номінальну потужність розсіювання резистора вибирають не менше, ніж з двократним запасом.
4. Розраховують струм бази транзистора, який забезпечує режим роботи каскаду:
EMBED Equation.3 . (6.8)
Розрахунок каскаду можна проводити з використанням транзистора з мінімальним коефіцієнтом підсилення за струмом або з середньостатистичним. В першому випадку
EMBED Equation.3 , (6.9)
в другому випадку
EMBED Equation.3 . (6.10)
5. Визначають струм дільника базового зміщення:
EMBED Equation.3 . (6.11)
6. Розраховують номінальне значення опорів резисторів дільника базового зміщення:
EMBED Equation.3 , (6.12)
EMBED Equation.3 , (6.13)
EMBED Equation.3 . (6.14)
7. У відповідності з (3.23) розраховують вхідний опір транзистора емітерного повторювача та вхідний опір каскаду:
EMBED Equation.3 ,
де
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
8. Перевіряють, чи виконується умова:
EMBED Equation.3 . (6.15)
Якщо умова не виконується, то необхідно вибрати транзистор з більшим коефіцієнтом підсилення за струмом h21E.
Якщо загальний коефіцієнт підсилення наступних каскадів є таким, що сумарний коефіцієнт підсилення значно перевищує необхідний, то можна залишити вибраний транзистор, врахувавши втрати підсилення в першому каскаді.
9. У відповідності з (3.24) розраховують коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:
EMBED Equation.3 .
10. У відповідності з (3.26) визначають вихідний опір каскаду:
EMBED Equation.3 .
11. У відповідності з (3.27), (3.28) та (3.29) розраховують верхню граничну частоту підсилення каскаду:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ;
СЕКВ = СК.
12. Розраховують частотні спотворення каскаду на верхній граничній частоті:
EMBED Equation.3 . (6.16)
13. Розподіляють частотні спотворення каскаду на нижній граничній частоті МН між конденсаторами С1 та С2:
EMBED Equation.3 . (6.17)
14. У відповідності з (4.16) розраховують значення ємностей розділювальних конденсаторів С1 та С2:
EMBED Equation.3 ,
де
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 .
Значення ємностей електролітичних конденсаторів вибирають з ряду Е3 (див. Додаток 6). Значення ємностей постійних конденсаторів вибирають з ряду Е12 (див. Додаток 6). Можливий тип використовуваних постійних конденсаторів К10-17.
15. Розраховують необхідну амплітуду вхідного сигналу:
EMBED Equation.3 .
16. Перевіряють виконання умови
EMBED Equation.3 .
Якщо умова не виконується, то необхідно змінити схему підсилювача з метою збільшення коефіцієнта підсилення за напругою за рахунок збільшення числа проміжних каскадів або використання транзисторів з більшим коефіцієнтом підсилення за струмом h21E.
Якщо виконується умова
EMBED Equation.3 ,
то необхідно передбачити регулювання амплітуди сигналу, наприклад, використавши для резистора R3 змінний резистор СП3-29.
17. Розраховують потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора:
EMBED Equation.3 .
Перевіряють, чи виконується умова:
РК < РКД.
Якщо умова не виконується, то необхідно вибрати транзистор з більшою РКД.
18. Розраховують потужність, яка споживається каскадом від джерела живлення:
Р0 = ЕЖ ? ІК0.
6.2. Розрахунок вхідного витікового повторювача
Принципова схема вхідного витікового повторювача наведена на рис. 3.6. Методика розрахунку витікового повторювача наступна.
1. Розраховують амплітуду струму, яку повинен забезпечити каскад в навантаженні:
EMBED Equation.3 ,
або
EMBED Equation.3 .
2. Вибирають струм спокою польового транзистора ІС0 з умови:
EMBED Equation.3 .
Якщо внаслідок розрахунку ІС0 < 1 мА, то слід вибирати ІС0 не меншим 1 мА, щоб транзистор не працював в мікрорежимі, коли значно зменшується крутизна характеристики транзистора.
3. Розраховують номінальне значення опору резистора R3 з умови, що при допомозі дільника R1, R2 на заслоні польового транзистора встановлюється потенціал, рівний половині напруги живлення:
EMBED Equation.3 ,
де UЗ0 – зміщення між заслоном та витоком транзистора в робочій точці (див. рис. 2.4)
4. Вибирають номінальні значення опорів резисторів дільника зміщення
EMBED Equation.3 .
5. У відповідності з (3.30) розраховують вхідний опір каскаду:
EMBED Equation.3 .
6. У відповідності з (3.44) розраховують коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:
EMBED Equation.3 ,
де S – крутизна характеристики транзистора.
7. У відповідності з (3.46) розраховують вихідний опір каскаду:
EMBED Equation.3 .
8. У відповідності з (3.47), (3.48) та (3.49) розраховують верхню граничну частоту підсилення каскаду:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 .
9. У відповідності з (6.16) розраховують частотні спотворення на верхній граничній частоті:
EMBED Equation.3 .
10. Розподіляють частотні спотворення каскаду на нижній граничній частоті МН між конденсаторами С1 та С2:
EMBED Equation.3 .
11. У відповідності з (4.16) розраховують значення ємності розділювальних конденсаторів С1 та С2:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 .
12. Визначають необхідну амплітуду вхідного сигналу:
EMBED Equation.3 .
13. Перевіряють виконання умови
EMBED Equation.3 .
Якщо умова не виконується, то див. п. 16 §6.1.
14. Розраховують потужність, яка розсіюється на стоку транзистора:
EMBED Equation.3 .
Перевіряють, чи виконується умова:
РС < РСД.
Якщо умова не виконується, то необхідно вибрати транзистор з більшою РКД.
15. Розраховують потужність, яка споживається каскадом від джерела живлення:
Р0 = ЕЖ ? ІС0.
6.3. Розрахунок вхідного диференційного каскаду на біполярних транзисторах
Диференційний каскад призначений для підсилення різниці сигналів між його входами. Диференційні каскади можуть бути реалізовані на польових транзисторах (рис. 5.6) або біполярних транзисторах (рис. 5.7.). Диференційні каскади на біполярних транзисторах від каскаду на польових транзисторах відрізняються наявністю вхідних струмів зміщення, які необхідні для відпирання транзисторів. Для диференційного каскаду на польових транзисторах вхідний струм - це струм втрат заслону. Вхідні струми диференційного каскаду визначають його вхідний опір. Сигнал на вхід диференційного каскаду можна подати також несиметрично - на базу одного з транзисторів, в той час як база іншого транзистора з’єднана з загальною шиною. Навантаження до вихідного кола можна підімкнути симетрично між колекторами транзисторів VT1 і VT2, або несиметрично – до колектора транзистора VT1 (сигнал інверсний по відношенню до вхідного сигналу) або до колектора транзистора VТ2 (сигнал синфазний по відношенню до вхідного сигналу).
Методика розрахунку схеми вхідного диференційного каскаду на біполярних транзистора, наведеної на рис. 5.7, наступна.
1. Розраховують амплітуду струму, яку повинен забезпечити каскад в навантаженні:
EMBED Equation.3 .
2. Вибирають струм спокою транзисторів VT1 і VT2 ІК0 з умови:
EMBED Equation.3 ,
Якщо ІК0 < 1,0 мА, то слід вибирати ІК0 = 1,0 мА. Якщо для вхідного диференційного каскаду вибрано мікрорежим, то необхідно враховувати зменшення коефіцієнта підсилення за струмом h21E у відповідності з довідковими даними на транзистор. При відсутності таких даних зменшення h21E становить 2,5...4 рази при зменшені струму колектора транзистора по відношенню до струму колектора транзистора, рівного 1 мА, 10 разів. Аналітично розрахувати значення коефіцієнту підсилення транзистора за струмом в мікрорежимі h21ЕМ можна за допомогою виразу:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 ,
де ІК0 = 1 мА, ІК0М – вибране значення струму колектора транзистора в мікрорежимі.
3. Вибирають напругу на колекторах транзисторів VT1 і VT2 з умови.
EMBED Equation.3 .
Якщо весь підсилювач виконано за схемою підсилювача постійного струму, то напруга ЕК визначається напругою початкового зміщення наступного каскаду.
4. Розраховують номінальні значення опорів резисторів колекторного навантаження:
EMBED Equation.3 .
5. Вибирають номінальні значення опорів резисторів R1 та R7, які з’єднують бази транзисторів з загальною шиною, з умови:
EMBED Equation.3 .
6. Розраховують номінальне значення опору струмозадаючого резистора R4:
EMBED Equation.3 ,
де ЕСТ – напруга стабілізації, яка вибирається в межах 2...3 В.
7. Розраховують струм бази транзистора джерела струму:
EMBED Equation.3 .
8. Вибирають струм дільника базового зміщення транзистора джерела струму:
EMBED Equation.3 .
9. Розраховують номінальні значення опорів резисторів дільника базового зміщення транзистора джерела струму:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
10. Розраховують вхідний опір транзистора диференційного каскаду:
EMBED Equation.3
11. Розраховують вхідний опір диференційного каскаду:
EMBED Equation.3 .
12. Розраховують коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:
EMBED Equation.3 ,
де S – крутизна характеристики, яка визначається у відповідності з (3.2).
13. Вихідний опір диференційного каскаду:
RВИХ = R2.
14. У відповідності з (3.10), (3.11), (3.12) визначають верхню граничну частоту підсилення каскаду FBК:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 .
15. Розраховують частотні спотворення каскаду на верхній граничній частоті:
EMBED Equation.3 .
16. Частотні спотворення каскаду в ділянці нижніх частот відсутні, оскільки відсутні розділювальні та блокувальні конденсатори.
17. Розраховують необхідну амплітуду вхідного сигналу:
EMBED Equation.3 .
18. Перевіряють виконання умови:
EMBED Equation.3 ,
якщо умова не виконується, то див. п. 16 §6.1.
19. Розраховують потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора диференційного каскаду:
EMBED Equation.3 .
Перевіряють, чи виконується умова:
РК < РКД.
Якщо умова не виконується, то необхідно вибрати транзистор з більшою РКД.
20. Розраховують потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора джерела струму:
EMBED Equation.3 .
Перевіряють, чи виконується умова:
РК < РКД.
Якщо умова не виконується, то необхідно вибрати транзистор з більшою РКД.
21. Розраховують потужність, яка споживається каскадом від одного джерела живлення:
Р0 = ЕЖ ? 2ІК0.
6.4. Розрахунок вихідного емітерного повторювача
Принципова схема вихідного емітерного повторювача наведена на рис. 5.9,а. Методика розрахунку такого каскаду наступна.
1. Розраховують амплітуду струму, яку повинен забезпечити каскад в навантаженні:
EMBED Equation.3 ,
або
EMBED Equation.3 .
2. Вибирають струм спокою транзисторів ІК0 з умови:
EMBED Equation.3 .
3. Розраховують максимальне значення струму бази транзисторів вихідного емітерного повторювача:
EMBED Equation.3 .
4. Вибирають струм дільника базового зміщення:
EMBED Equation.3 .
5. Розраховуємо номінальні значення опорів дільника базового зміщення:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
6. Визначають вхідний опір транзистора вихідного емітерного повторювача :
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 .
7. Розраховують вхідний опір каскаду.
EMBED Equation.3 .
8. Розраховують верхню граничну частоту вихідного емітерного повторювача:
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 .
9. Розраховують частотні спотворення каскаду на верхній граничній частоті:
EMBED Equation.3 .
10. Розраховують коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:
EMBED Equation.3 .
11. Визначають необхідну амплітуду вхідного сигналу:
EMBED Equation.3 .
12. Розраховують вихідний опір каскаду:
EMBED Equation.3 .
13. Якщо на вході та виході вихідного емітерного повторювача використані розділювальні конденсатори, то їх номінальні значення визначаються у відповідності з (4.16).
14. Розраховують потужність, яка розсіюється на колекторі одного транзистора в режимі максимального сигналу:
EMBED Equation.3
Якщо ІК0 = 0, то
EMBED Equation.3 .
Перевіряють, чи виконується умова РК < РКД. Якщо умова не виконується, то слід вибрати транзистори з більшою потужністю розсіювання на колекторі, або, якщо це можливо, використати радіатори.
15. Розраховують потужність, яка споживається від одного джерела живлення:
EMBED Equation.3
6.5. Розрахунок схеми зі спільним емітером
Методика розрахунку каскаду на біполярному транзисторові, ввімкненому за схемою з СЕ, наведеною на рис. 3.1, наступна.
1. Розраховують амплітуду струму, яку повинен забезпечити каскад у навантаженні:
EMBED Equation.3 ,
2. Вибирають струм спокою транзистора:
EMBED Equation.3 .
Якщо ІКО < 1 мА, то слід вибирати ІКО = 1 мА.
3. Перевіряють виконання умови:
ІКО < ІКД.
Якщо умова не виконується, то слід вибрати транзистор з більшим допустимим струмом колектора ІКД.
4. Розраховують номінальне значення опору резистора колекторного навантаження:
EMBED Equation.3 .
5. Розраховують номінальне значення опору резистора емітерної стабілізації R4.
EMBED Equation.3 .
6. Визначають потенціал бази транзистора в статичному режимі по відношенню до загальної шини:
EMBED Equation.3 .
7. Розраховують струм бази транзистора в статичному режимі:
EMBED Equation.3 .
8. Струм дільника базового зміщення вибирають з умови:
EMBED Equation.3 .
9. Розраховують номінальні значення опорів резисторів дільника базового зміщення:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
10. Розраховують вхідний опір транзистора:
EMBED Equation.3 .
11. Розраховують вхідний опір каскаду:
EMBED Equation.3 .
12. Вихідний опір каскаду:
RВИХ = R3.
13. Розраховують коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3
14. Визначають необхідну амплітуду вхідного сигналу:
EMBED Equation.3 .
15. Розраховують верхню граничну частоту підсилення каскаду:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 .
16. Розраховують частотні спотворення каскаду на верхній граничній частоті:
EMBED Equation.3 .
17. Розподіляють частотні спотворення на нижній граничній каскаду МН між розділювальними конденсаторами С1, С3 та блокувальним конденсатором С2:
МНДБ = МНС1ДБ + МНС2ДБ + МНС3ДБ.
18. Розраховують номінальні значення ємностей розділювальних конденсаторів:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 .
19. Розраховують номінальне значення ємності блокувального конденсатора:
EMBED Equation.3 .
20. Розраховують потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора в статичному режимі:
EMBED Equation.3 .
21. Перевіряють, чи виконується умова РК0 < РКД. Якщо умова не виконується, то необхідно вибрати транзистор з більшою допустимою потужністю на колекторі.
6.6. Розрахунок схеми зі спільним витіком
Принципова схема каскаду на польовому транзистор, ввімкненому за схемою з СВ, наведена на рис. 3.4,а. Методика розрахунку такого каскаду наступна.
1. Розраховують амплітуду струму, яку повинен забезпечити каскад в навантаженні:
EMBED Equation.3 .
2. Вибирають струм спокою транзистора:
EMBED Equation.3 .
Якщо ІК0 < 1 мА, то слід вибирати ІК0 = 1 мА.
3. Перевіряємо виконання умови
ІК0 < ІКД.
Якщо умова не виконується, то слід вибрати транзистор з більшим допустимим струмом стоку ІСД.
4. Розраховують номінальне значення опору резистора стокового навантаження:
EMBED Equation.3 .
5. Розраховують номінальне значення опору резистора витікової стабілізації R4:
EMBED Equation.3 .
6. Визначають потенціал заслону транзистора в статичному режимі по відношенню до загальної шини:
EMBED Equation.3 ,
де UЗ0 – зміщення між заслоном та витоком транзистора в робочій точці (рис. 2.4).
7. Вибирають номінальні значення опорів резисторів дільника вхідного зміщення:
R1 = R2 = 20 RДЖ.
8. Розраховують вхідний опір каскаду:
RBX = R1||R2.
9. Вихідний опір каскаду у відповідності з (3.32):
RBИX = R3.
10. Розраховують коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:
EMBED Equation.3 .
11. Визначають амплітуду вхідного сигналу:
EMBED Equation.3 .
12. Розраховують верхню граничну частоту підсилення каскаду:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 .
13. Розраховують частотні спотворення каскаду на верхній граничній частоті:
EMBED Equation.3 .
14. Розподіляють частотні спотворення нижній граничній частоті каскаду МН між розділювальними конденсаторами С1, С3 та блокувальним конденсатором С2:
МНДБ = МНС1ДБ + МНС2ДБ + МНС3ДБ.
15. Розраховують номінальні значення ємностей розділювальних конденсаторів:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 .
16. Розраховують номінальне значення ємності блокувального конденсатора С2:
EMBED Equation.3 .
17. Розраховують потужність, яка розсіюється на стоку польового транзистора:
EMBED Equation.3 .
18. Перевіряють, чи виконується умова РС0 < РСД.
Якщо умова не виконується, то слід вибрати транзистор з більшою допустимою потужністю розсіювання.
6.7. Розрахунок схеми зі спільною базою
Принципова схема каскаду на біполярному транзисторі, ввімкненому за схемою з СБ, наведена на рис. 3.2. Методика розрахунку такого каскаду наступна.
1. Розраховують амплітуду струму, яку повинен забезпечити каскад в навантаженні:
EMBED Equation.3 .
2. Вибирають струм спокою транзистора з умови
EMBED Equation.3 .
Якщо ІК0 < 1 мА, то слід вибирати ІК0 = 1 мА.
3. Перевіряють виконання умови ІК0< ІКД. Якщо умова не виконується, то слід вибрати транзистор з більшим допустимим струмом колектора ІКД.
4. Розраховують номінальне значення опору резистора колекторного навантаження:
EMBED Equation.3 .
5. Розраховують номінальне значення опору резистора емітерної стабілізації R4:
EMBED Equation.3 .
6. Визначають потенціал бази транзистора в статичному режимі по відношенню до загальної шини:
EMBED Equation.3 .
7. Розраховують струм бази транзистора в статичному режимі:
EMBED Equation.3 .
8. Струм дільника базового зміщення вибирають з умови:
EMBED Equation.3 .
9. Розраховують номінальні значення опорів резисторів дільника базового зміщення:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
10. Розраховують вхідний опір транзистора:
EMBED Equation.3 .
11. Розраховують вхідний опір каскаду:
EMBED Equation.3 .
12. Вихідний опір каскаду:
RВИХ = R3.
13.Визначають коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3
14. Визначають необхідну амплітуду вхідного сигналу:
EMBED Equation.3 .
15. Розраховують верхню граничну частоту підсилення каскаду:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 .
16. Розраховують частотні спотворення каскаду на верхній граничній частоті:
EMBED Equation.3 .
17. Розподіляють частотні спотворення на нижній граничній частоті каскаду МН між розділювальними конденсаторами С2, С3 та блокувальним конденсатором С1:
МНДБ = МНС1ДБ + МНС2ДБ + МНС3ДБ.
18. Розраховують значення ємностей розділювальних конденсаторів С2 та С3:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 .
19. Розраховують номінальне значення ємності блокувального конденсатора С1:
EMBED Equation.3 ,
де EMBED Equation.3 .
20. Розраховують потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора в статичному режимі:
EMBED Equation.3 .
EMBED Word.Picture.8
21. Перевіряють, чи виконується умова РК0 < РКД. Якщо умова не виконується, то необхідно вибрати транзистор з більшою допустимою потужністю на колекторі.
6.8. Розрахунок каскодної схеми
Принципова схема каскодної схеми наведена на рис. 6.1. Вона виконана на двох транзисторах VT1 і VT2. Для сигналу транзистор VT1, ввімкнений за схемою зі СЕ, а транзистор VT2 – за схемою.зі СБ.
По живленню постійним струмом обидва транзистори ввімкнені послідовно. Таке ввімкнення транзисторів дозволяє об’єднати кращі властивості схем зі СЕ та СБ: відносно великий вхідний опір каскаду та велику верхню частоту підсилення сигналу. Методика розрахунку такого каскаду наступна.
1. Режим роботи транзисторів VT1 і VT2 вибирають такими, щоб напруга в точці з’єднання емітера транзистора VT2 і колектора транзистора VT1 була рівна приблизно половині напруги живлення ЕЖ.
2. Розраховують амплітуду струму, яку повинен забезпечити каскад у навантаженні:
EMBED Equation.3 .
2. Вибирають струм спокою транзистора з умови
EMBED Equation.3 .
Якщо ІК0 < 1 мА, то вибирають ІКО = 1 мА.
3. Перевіряють, чи виконується умова ІК0 < ІКД. Якщо умова не виконується, то слід вибрати транзистор з більшим допустимим струмом колектора ІКД.
4. Розраховують номінальне значення опору резистора колекторного навантаження R5 транзистора VT2:
EMBED Equation.3 .
5. Розраховують номінальне значення опору резистора емітерної стабілізації R6:
EMBED Equation.3 .
6. Визначають напругу на базі транзистора VT1 в статичному режимі по відношенню до загальної шини:
EMBED Equation.3 .
7. Розраховуємо струм бази транзисторів у статичному режимі:
EMBED Equation.3 .
8. Струм дільників базового зміщення вибирають з умови:
EMBED Equation.3 .
9. Розраховують номінальні значення опорів резисторів дільника базового зміщення транзистора VT1:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
10. Розраховують напругу на базі транзистора VT2 в статичному режимі по відношенню до загальної шини:
EMBED Equation.3 .
11. Розраховують номінальні значення опорів резисторів дільника базового зміщення транзистора VT2:
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 .
12. Розраховують вхідний опір транзистора VT1:
EMBED Equation.3 .
13. Розраховують вхідний опір каскаду:
EMBED Equation.3 .
14. Розраховують вхідний опір транзистора VT2:
EMBED Equation.3 .
15. Розраховують коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3
16. Визначають амплітуду вхідного сигналу:
EMBED Equation.3 .
17. Визначають коефіцієнт підсилення першого транзистора VT1 за напругою:
EMBED Equation.3 .
18. Розраховують верхню граничну частоту підсилення каскаду:
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 .
19. Розраховують частотні спотворення каскаду на верхній граничній частоті:
EMBED Equation.3 .
20. Розподіляють частотні спотворення на нижній граничній частоті каскаду МН між розділювальними конденсаторами С1 і С4 та блокувальними конденсаторами С2 та С3:
МНДБ = МНС1ДБ + МНС2ДБ + МНС3ДБ + МНС4ДБ.
21. Розраховують номінальні значення ємностей розділювальних конденсаторів:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 .
22. Розраховують номінальне значення ємності блокувального конденсатора С3:
EMBED Equation.3 .
23. Розраховують номінальне значення ємності блокувального конденсатора С2:
EMBED Equation.3 .
24. Оскільки каскодні схеми використовуються лише в малосигнальному режимі, то розрахунок потужності, яка розсіюється на колекторах транзисторів, проводити не обов’язково.
6.9. Розрахунок вихідного каскаду підсилювача низької частоти великої потужності
Принципова схема вихідного каскаду підсилювача низької частоти великої потужності наведена на рис. 6.2. Вона складається з вихідного двотактного каскаду, виконаного на складених транзисторах VT3...VT6 різного типу провідності з двополярним живленням та підсилювального каскаду на транзисторі VT2, ввімкненому за схемою зі СЕ. Вибір початкового режиму роботи вихідного каскаду (транзистори VT3 та VT4 працюють в режимі АВ, а транзистори VT5 і VT6 в режимі В) здійснюється параметричним стабілізатором напруги, виконаним на транзисторі VT1. Для стабілізації режимів роботи схеми за постійною складовою, обидва каскади охоплені паралельним від’ємним зворотним зв’язком за напругою. Сигнал від’ємного зворотного зв’язку подається через резистор R1 з навантаження схеми RН на базу транзистора VT2.
Вихідними даними для розрахунку номінальних величин елементів та вибору режимів роботи є: потужність, яку повинен віддати підсилювач в навантаження РН, опір навантаження RН, нижня гранична частота FH, допустимі частотні спотворення в ділянці нижніх частот МН, верхня гранична частота FВ. Методика розрахунку такої схеми наступна:
EMBED Word.Picture.8
1. Визначають амплітуду струму в навантаженні, яку повинен забезпечити вихідний каскад:
EMBED Equation.3 .
2. Визначають напругу на навантаженні, яку повинен забезпечити вихідний каскад:
EMBED Equation.3 .
3. Визначають мінімально необхідну напругу живлення вихідного каскаду і вибирають її зі стандартного ряду:
EMBED Equation.3 ,
де UБЕМ5 – максимальна напруга, яку треба прикласти до переходу бази-емітер транзистора VT5, щоб по ньому протікав струм ІН, UБЕМ5 вибирають в межах 1...1,5 В; UБЕМ3 – максимальна напруга, яку треба прикласти до переходу база-емітер транзистора VT3, щоб по ньому протікав струм ІБМ5, UБЕМ3 вибирають в межах 0,8...1,2 В, UR9 – спад напруги на резисторі R10 при протіканні по ньому струму ІН, UR10 вибирають в межах 0,4...0,5 В; UКезмін – мінімально необхідна напруга між колектором та емітером транзистора VT3, яка забезпечує роботу транзистора в активному режимі, UКезмін вибирають в межах 2...4 В.
4. Вибирають потужні транзистори для вихідного каскаду VT5 і VT6 з умов:
EMBED Equation.3 .
5. Вибирають транзистори для вихідного каскаду VT3 і VT4 з умови
EMBED Equation.3 .
6. Розраховують максимальний струм бази транзистора VT5:
EMBED Equation.3 .
7. Вибирають початковий струм колектора транзистора VT3:
EMBED Equation.3 .
8. Розраховують значення опору симетруючих резисторів R10 та R11:
EMBED Equation.3 .
9. Розраховують значення опору резисторів R8 та R9:
EMBED Equation.3
де ІКБ05 – максимальний зворотний струм переходу колектор-база транзистора VT5.
10. Розраховують максимальний струм колектора транзистора VT3:
EMBED Equation.3 .
11. Розраховують максимальний струм бази транзистора VT3:
EMBED Equation.3 .
12. Визначають максимальну напругу на базі транзистора VT3:
EMBED Equation.3 .
13. Визначають вхідний опір транзисторів вихідного каскаду:
EMBED Equation.3 .
14. Розраховуємо значення опору резистора колекторного навантаження транзистора VT2:
EMBED Equation.3 .
15. Визначають струм спокою транзистора VT2:
EMBED Equation.3 .
де UБЕМІН3, UБЕМІН5 – мінімальні напруги відпирання транзисторів VT3, VT5, які приймають рівними 0,5 В. Якщо ІК02 < 1 мА, то опір резистора R4 вибирають таким, що виконується умова ІК02 = (1...3) мА.
16. Розраховують значення опору резистора термостабілізації R7:
EMBED Equation.3
17. Розраховують значення опорів резисторів, що входять до складу параметричного стабілізатора:
EMBED Equation.3 .
Вибирають транзистор для параметричного стабілізатора VT1 з умови EMBED Equation.3 .
18. Визначають потенціал бази транзистора VT2 по відношенню до шини живлення –ЕЖ:
EMBED Equation.3 .
19. Розраховують струм бази транзистора VT2 в статичному режимі:
EMBED Equation.3 .
20. Вибирають струм дільника базового зміщення транзистора VT2:
EMBED Equation.3
21. Розраховують номінальні значення опорів резисторів дільника базового зміщення транзистора VT2:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
22. Розраховують потужність, яка споживається вихідними транзисторами VT5 та VT6 від джерел живлення:
EMBED Equation.3
23. Розраховують потужність, яка розсіюється на колекторі транзисторів VT5 або VT6:
EMBED Equation.3 .
24. Розраховують потужність, яка споживається транзисторами VT3 та VT4 від джерел живлення:
EMBED Equation.3 .
25. Розраховують потужність , яка віддається транзистором VT3:
EMBED Equation.3 .
26. Визначають потужність, яка розсіюється на колекторі транзисторів VT3 або VT4:
EMBED Equation.3 .
27. Перевіряють, чи виконуються умови РК5 < РКД5, РК5 < РКД5. Якщо умови не виконуються, то необхідно вибрати транзистори з більшою допустимою розсіюваною потужністю.
28. Визначають потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора VT2:
EMBED Equation.3 .
29. Перевіряють, чи виконується умова РК2 < РК2Д. Якщо умова не виконується, то необхідно вибрати транзистор VT2 з більшою допустимою потужністю розсіювання.
30. Розраховують вхідний опір транзистора VT2:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
31. Визначають опір навантаження транзистора VT2:
EMBED Equation.3 .
32. Розраховують коефіцієнт підсилення каскаду на транзисторі VT2 за напругою без урахування дії зворотного зв’язку:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
33. Розраховують вхідний опір каскаду на транзисторі VT2:
EMBED Equation.3 .
34. Розподіляють частотні спотворення на нижній граничній МН між конденсаторами С1 та С2:
EMBED Equation.3 .
35. Розраховують номінальне значення ємності розділювального конденсатора С1:
EMBED Equation.3 .
36. Розраховують номінальне значення ємності блокувального конденсатора С2:
EMBED Equation.3 .
37. Розраховуємо коефіцієнт підсилення каскаду на транзисторі VT2 з урахуванням для зворотного зв’язку:
EMBED Equation.3 ,
де EMBED Equation.3 .
38. Визначають частотні спотворення вихідного емітерного повторювача на верхній граничній частоті:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 ,
де EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 ; СК3 і СК4 – ємності колекторного переходу транзисторів VT3 і VT4.
39. Розраховують частотні спотворення каскаду на транзисторі VT2 на верхній граничній частоті:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 .
40. Перевіряють, чи виконується умова МВ1 + МВ2 < МВ. Якщо умова не виконується, то необхідно вибрати транзистори для вихідного каскаду з меншою ємністю колектора, або збільшити глибину зворотного зв’язку з метою розширення смуги пропускання вихідного каскаду підсилювача низької частоти великої потужності.