Схему усилительного каскада с общим истоком, показанную на рис. 1, можно рассчитывать в следующей последовательности.
1. Вычислить минимальное значение напряжения источника питания, при котором возможно получение заданной амплитуды выходного напряжения: ЕС>3UmВЫХ. Выбрать стандартное напряжение из ранее предложенного ряда.
2. Рассчитать и выбрать ток покоя стока: IП. С>1,5UmВЫХ/rН
3. Рассчитать мощность, рассеиваемую транзистором в режиме покоя: РП=I2П. С rН
4. Выбрать транзистор по параметрам предельного режима эксплуатации: РС. MAX>РП, IС. MAX>2IП. С, UСИ. MAX>ЕК. Для надёжной работы транзистора следует создать эксплуатационный запас, при котором токи, напряжения и рассеиваемая на нём мощность не должны превышать (70 –80)% от максимально допустимых значений. Не следует применять мощные транзисторы там, где возможно применение маломощных транзисторов. Выписать основные параметры, необходимые для последующих вычислений, с учётом допустимого разброса их численных значений. Если в усилителе использован полевой транзистор с управляющим p-n–переходом, достаточно знать начальный ток стока IС. НАЧ. MIN–IС. НАЧ. MAX, напряжение затвор-исток отсечки UЗИ. ОТС. MIN –UЗИ. ОТС. MAX, начальную крутизна статической передаточной вольт-амперной характеристики SНАЧ..MIN–SНАЧ. MAX.
Чтобы исключить необходимость подбора транзисторов, необходимо проверить, выполняется ли неравенство IС. НАЧ. MIN>2I неравенство не выполняется, целесообразно выбрать другой транзистор.
5. Рассчитать напряжение затвор-исток в режиме покоя, при котором обеспечивается выбранное значение тока стока в режиме покоя:
UП. ЗИ≈ UЗИ. ОТС[1 – (IП. С/ IС. НАЧ)1/2].
6. У каскадов на полевых транзисторах требования к стабильности режима покоя, связанные с разбросом параметров транзисторов, как правило, более жёсткие, чем связанные с изменением температуры. Поэтому, рассматривая заданную относительную нестабильность режима покоя выходного тока как дI=ДIП. С/IП. С=(IП. С.MAX – IП. СMIN)/IП. С, вычислить величину сопротивления отрицательной обратной связи в цепи истока и выбрать номинальное значение сопротивления резистора из ряда Е12:
RИ>(|UП. ЗИ. MAX| – |UП. ЗИ. MIN|)/дIIП. С.
Здесь разброс напряжений затвор-исток в режиме покоя вычисляется по формулам:
UП. ЗИ. MAX =UЗИ. ОТС. MAX[1 – (IП. С.MAX/ IС. НАЧ. MAX)1/2],
UП. ЗИ. MIN =UЗИ. ОТС. MIN[1 – (IП. С.MIN/ IС. НАЧ. MIN)1/2].
7. Рассчитать напряжение сток-исток в режиме насыщения транзистора с максимальным начальным током стока UСИ. НАС. MAX=UЗИ. ОТС. MAX – UП. ЗИ. MAX, потенциал истока UП. И.MAX=IП. С.MAXRИ и требование к потенциалу стока в режиме покоя, ЕС – UmВЫХ>UП. С>UП. И.MAX+UСИ. НАС. MAX+UmВЫХ, выполнение которого позволяет получить малые нелинейные искажения при заданной амплитуде выходного напряжения.
8. Рассчитать напряжение затвора, при котором обеспечивается выбранный режим покоя транзисторного каскада: UП. З=UП. И.MAX+UП. ЗИ. MAX.
9. Рассчитать сопротивления делителя напряжения цепи смещения. Для этого выбрать из ряда номинальных значений сопротивление RЗ2>>rГ и, рассчитав сопротивление RЗ1=RЗ2[(EС/UПЗ)-1], заменить его номинальным значением.
10. Рассчитать входное и выходное сопротивления усилителя:
rВХ≈RЗ1| |RЗ2; rВЫХ≈RС.
11. Коэффициент усиления напряжения каскада с общим истоком в режиме холостого хода определяется произведением крутизны передаточной характеристики на выходное сопротивление: KU. ОИ=SПrВЫХ. Так как полевые транзисторы имеют значительный разброс параметров, дальнейшие вычисления следует проводить как для транзисторов с минимальной, так и с максимальной крутизной:
SП. MIN=2IС. НАЧ. MAX(UЗИ. ОТС. MAX – UП. ЗИ. MAX)/U2ЗИ. ОТС. MAX,
SП. MAX=2IС. НАЧ. MIN(UЗИ. ОТС. MIN – UП. ЗИ. MIN)/U2ЗИ. ОТС. MIN.
12. Результирующий коэффициент усиления зависит от потерь напряжения во входной цепи связи каскада с генератором и в выходной цепи связи с нагрузкой. Коэффициент передачи входной и выходной цепей можно рассчитать по формулам KU. ВХ =rВХ/(rВХ +rГ), KU. ВЫХ=rН/(rН+rВЫХ), а результирующий коэффициент усиления напряжения – по формуле KU=KU. ВХKU. ОИKU. ВЫХ.
13. Нелинейные искажения возникают как из-за нелинейности вольт-амперной передаточной характеристики, так и в выходной цепи из-за конечного диапазона возможных значений напряжения сток-исток. Если амплитуда выходного напряжения UmВЫХ намного меньше 0,5ЕС, а амплитуда входного напряжения UmВХ намного меньше половины напряжения отсечки, то для расчёта коэффициента гармоник каскада с общим истоком можно воспользоваться формулой
КГ≈ UmВХ(IС. НАЧ/IП. С)1/2/4|UЗИ. ОТС |.
Для уменьшения нелинейных искажений можно применить схему без конденсатора в цепи истока. Возникающая при этом отрицательная обратная связь по переменной составляющей тока эмиттера глубиной F≈=(1+SПRИ) уменьшит в F≈ раз коэффициент гармоник и коэффициент усиления. Возможно компромиссное решение с частичным шунтированием сопротивления в цепи истока, например, как в схеме на рис. 1,в.
14. Ёмкости разделительных конденсаторов во входной и выходной цепях рассчитываются по формулам С1>1/2р fН(rВХ+rГ), С1>1/2р fН(rН+rВЫХ), а ёмкость в цепи истока – по формуле СИ>(1+SПRИ)/2р fНRИ. Рассчитанные значения ёмкостей заменить номинальными.
15. После выполнения всех расчётов необходимо нарисовать схему, соблюдая требования ГОСТов, указать на ней номинальные значения сопротивлений резисторов, ёмкостей конденсаторов, потенциалы всех узлов в режиме покоя и амплитуды переменных напряжений, действующих в узлах схемы.
16. Воспользовавшись результатами расчёта и графоаналитическим методом анализа [1, с. 138-141], нарисовать с соблюдением масштабов по осям координат примерный вид вольт-амперных характеристик использованного в работе транзистора и построить с их помощью временные диаграммы входного и выходного напряжений.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Исходные данные задания на контрольную работу
Таблица 1
Исходные данные | Предпоследняя цифра шифра | |||||||||
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
Сопротивление генератора rГ, Ом | 400 | 100 | 300 | 50 | 80 | 3000 | 60 | 30 | 5000 | 70 |
Сопротивление нагрузки rН, кОм | 2 | 0,5 | 2 | 1 | 10 | 20 | 5 | 4 | 10 | 3 |
Амплитуда выходного напряжения UmВЫХ, В | 5 | 2 | 4 | 3 | 6 | 1 | 7 | 5 | 1 | 2 |
Таблица 2
Исходные данные | Последняя цифра шифра | |||||||||
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
Нижняя граничная частота полосы пропускания fН, Гц | 120 | 200 | 100 | 300 | 150 | 250 | 100 | 170 | 300 | 200 |
Абсолютное изменеие температуры ±ДТ, ОС | 10 | 15 | 20 | 25 | 10 | 20 | 15 | 10 | 15 | 20 |
Допустимая относительная нестабильность выходного тока в режиме покоя дI, % | 20 | 30 | 25 | 30 | 20 | 30 | 20 | 30 | 25 | 20 |
Приложение 2
Параметры полевых транзисторов
Таблица 3
Тип транзистора | UЗИ. ОТС, В | IС. НАЧ, мА | S НАЧ, мА/В | UСИ. MAX, В | РС. MAX, мВт | СЗИ, пФ | СЗС, пФ |
КП303А | – (0,5…3) | 0,5…2,5 | 1…4 | 25 | 200 | 6 | 2 |
КП303В | – (1…4) | 1,5…5 | 2…5 | 25 | 200 | 6 | 2 |
КП307А | – (0,5…3) | 3…9 | 4…9 | 25 | 250 | 5 | 1,5 |
КП307В | – (1…5) | 5…15 | 5…10 | 25 | 250 | 5 | 1,5 |
КП307Г | – (1,5…6) | 8…24 | 6…12 | 25 | 250 | 5 | 1,5 |
Параметры биполярных транзисторов
Таблица 4
Тип транзистора | UКЭ. MAX, В | IK. MAX, мА | H21Э (≈в ) | IKО, мкА | СК, пФ | fб, МГц | РК. MAX, мВт |
КТ201А | 20 | 30 | 20…60 | 0,5 | 9 | 10 | 150 |
КТ201В | 10 | 30 | 30…90 | 0,5 | 9 | 10 | 150 |
КТ201Г | 10 | 30 | 70…210 | 0,5 | 9 | 10 | 150 |
КТ206А | 20 | 20 | 30…90 | 1 | 20 | 10 | 15 |
КТ312А | 30 | 30 | 10…100 | 10 | 5 | 80 | 225 |
КТ312В | 30 | 30 | 50…280 | 10 | 5 | 120 | 225 |
КТ340 | 15 | 50 | 100…150 | 1 | 3 | 300 | 150 |
КТ358А | 15 | 30 | 10…100 | 10 | 8 | 80 | 100 |
КТ358В | 15 | 30 | 50…280 | 10 | 10 | 120 | 100 |
КТ503А | 40 | 150 | 40…120 | 1 | 20 | 5 | 350 |
КТ503В | 60 | 150 | 40…120 | 1 | 20 | 5 | 350 |
КТ503Е | 100 | 150 | 40…120 | 1 | 20 | 5 | 350 |
КТ602А | 100 | 75 | 20…80 | 70 | 4 | 150 | 850 |
КТ603А | 30 | 300 | 20…80 | 10 | 15 | 200 | 500 |
КТ603Е | 10 | 300 | 60…200 | 1 | 15 | 200 | 500 |
КТ3117А | 50 | 400 | 40…200 | 10 | 15 | 200 | 300 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
