Визначення струму спокою транзистора VT1

Струм спокою транзистора VT1, як правило, вибирають для досягнення оптимальних шумових властивостей каскаду, а саме мінімального значення коефіцієнта шуму.

Коефіцієнт шуму дорівнює мінімуму, якщо струм колектора IK0VT1 визначиться як [1]:

       
  Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru
    Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru
 

IK0VT1 = jт / Rдж b / (1 + 2r’б/Rдж + r2б/R2дж) @ φт / (Rдж β) (4.7)

де jт = 25,3мВ – тепловий потенціал.

У цьому випадку коефіцієнт шуму: r’б / Rдж

Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru (4.8)

Як правило, значення IK0VT1 знаходиться в межах від 10 мкА до 2мА, але необхідно враховувати, що IK0VT1 повинен перебільшувати Iб0VT2, тобто IK0VT1 ³ (1…10) Iб0VT2.

За вибраними значеннями IK0VT2, UKеVT2 визначаємо за (1.14) Iб0VT2, а з ВАХ - Uбе0VT2.

4.5 Розрахунок опору резисторів Rк1, Rк2

Опір резистора RK2:

RK2 = VK2 / (IK0VT2 + Ie0VT1) » VK2 / IK0VT2 = Eдж / (2 IK0VT2) (4.9)

Опір резистора RK1

RK1 = UбеVT2 / (IK0VT1 – Iб0VT2) (4.10)

Якщо IK0VT1 >> Iб0VT2, то

RK1 » UбеVT2 / IK0VT1 (4.11)

4.6 Визначення параметрів режиму з постійного струму транзистора VT1

Напруга Uкe0 VT1 визначиться так:

Uкe0 VT1 = Едж – UбеVT2 – URзз2 – URK2 = Eдж / 2 – URзз2 – UбеVT2 (4.12)

де URзз2 – напруга на опорі зворотного зв'язку Rзз2, вибирається в межах 1…2В. З ВАХ за відомими Iк0VT1,Uке0VT1 знаходимо Uбе0VT1,Iб0VT1.

4.7 Розрахунок подільника в базовому колі транзистора VT1

Для забезпечення температурної стабільності підсилювача струм подільника Ід через Rб1, Rб2 вибирається у 5…10 разів більшим за постійну складову базового струму Iб0VT1. Причому більші значення Ід відповідають більшій температурній стабільності. Тому приймаємо:

Ід = 10 Iб0VT1 (4.13)

Визначимо потенціал бази транзистора VT1:

Vб1 = URK2 + URзз2 + UбеVT1 = Eдж / 2 + URзз2 + UбеVT1 (4.14)

Тепер можна розрахувати опір резисторів Rб2, Rб1:

Rб2 = Vб1 / (Ід + Іб0VT1) (4.15)

Rб1 = (Eдж – Vб1) / Ід (4.16)

4.8 Розрахунок кола зворотного зв’язку

Задавши в пункті (4.7) напругу на резисторі зворотного зв’язку URзз2, тим самим практично визначили опір резистору Rзз2, оскільки:

Rзз2 = URзз2 / Iе0VT1 = URзз2 / (IK0VT1 + Iб0VT1) (4.17)

Опір резистора Rзз1 визначається необхідним коефіцієнтом підсилення.

Оскільки в наданому підсилювачі використовується послі-довно-паралельний від’ємний зворотний зв’язок, який забезпечують резистори Rзз1, Rзз2, то коефіцієнт зворотного зв’язку

b = Rзз1 / (Rзз1 + Rзз2) (4.18)

Коефіцієнт підсилення за напругою підсилювача KUзз, охопленого зворотним зв’язком, визначається аналогічно (1.58):

KUзз = KU / (1 + KUb) (4.19)

де KU – коефіцієнт підсилення за напругою в ненавантаженному режимі, тобто без зворотного зв’язку.

Якщо фактор зворотного зв’язку F = 1 + Kb >> 1, то з (4.18) і (4.19) випливає:

KU » 1 / b = 1 + Rзз2 / Rзз1 (4.20)

Тоді

Rзз1 = Rзз2 / (KUзз – 1) (4.21)

Але, визначаючи Rзз1, Rзз2 необхідно брати до уваги наступне: сумарний опір резисторів Rзз1 та Rзз2 повинен бути більшим за RK2, щоб не зменшувати підсилення другого каскаду в ненавантаженному режимі. А з другого боку, значення Rзз2 не рекомендується вибирати дуже великим, оскільки це призведе за (4.20) до великих значень Rзз1.

У свою чергу, підвищення опору Rзз1 не доцільно, оскільки при цьому збільшується коефіцієнт шуму підсилювача. Тому значення Rзз1, що розраховані за (4.20), як правило, знаходяться в межах 100 Ом…1кОм та задовільняють умові: Rзз1 << rбеVT1.

4.9 Розрахунок підсумкових характеристик підсилювача

Для оцінки якісних показників підсилювача необхідно розрахувати коефіцієнт підсилення KUхх, який забезпечить схема без зворотного зв’язку. При цьому вважаємо, що опір резистору Rзз2 = ¥, а Rзз1 = 0.

Коефіцієнт підсилення за цих умов складає:

KUхх = (S1RH1)*(S2*RH2) (4.22)

де S1, S2 – крутизна транзисторів VT1, VT2 відповідно;

RH1 = RK1||rke1||(b2/S2) @ RK1||(b2 /S2) = RK1||rбеVT1 = RK1||[r’б + (1 +h21е)re] (4.23)

RH2 = RK2||rкe2||RH (4.24)

де re @ jт / ІK0, rke2 = (Uкe0VT2 + UY) / IK0, UY – потенціал Ерлі.

Коефіцієнт зворотного зв’язку визначається за (4.18).

Фактор зворотного зв’язку

F = 1 + KUxx*b = 1+ S1S2RH1*RH2*[Rзз1 / (Rзз1 + Rзз2)] (4.25)

Вхідний опір:

Rвх = RвхСЕ*F||(Rб1||Rб2) = [r’бVT1 + (1 + h21е)*re]*F||(Rб1||Rб2) (4.26)

Вихідний опір підсилювача:

Rвих = RвихСЕ / F @ Rк2 / F (4.27)

Коефіцієнт підсилення за напругою KUзз визначається за (4.19) та (4.20).

4.10 Розрахунок лінійних спотворень

Кожна з розділювальних ємностей вносить вклад у загальний рівень лінійних спотворень.

Частоти зрізу фільтрів, які утворюють ємності С1, С2, С3 визначаються так:

f1 = 1 / Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru 2pC1(Rдж + Rвх) Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru (4.28)

f2 = 1 / Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru 2pC2(Rзз1+rе) Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru (4.29)

f3 = 1 / Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru 2pC3(Rвих + Rн) Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru » 1 / 2pC3Rн (4.30)

де Rдж – опір джерела сигналу; Rвих – вихідний опір підсилювача:

Тому для розрахунку ємностей С1…С3 необхідно розподіліти спотворення, що вносить кожен з фільтрів. Якщо задана нижня робоча частота fн за рівнем Мн = -3дБ, то розподіл рекомендується проводити так:

- на вхідне коло (ємність С1) – 0,2…0,5дБ,

- на вихідне коло (ємність С3) – 0,2…0,5дБ,

- на коло зворотного зв’язку (ємність С2) – 2…2,5дБ.

Найбільш критичною є ємність конденсатора С2, оскільки опір резистора Rзз1 з умов мінімізації шумових властивостей обрано невеликим (0,1…1кОм) і відповідно ємність С2 повинна вибиратися досить великою, щоб лінійні спотворення на частоті fн були в межах технічного завдання. Остаточно:

 
  Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru

C1 = 1 / [ 1/(MНС1)2 -1 (Rдж + Rвх)wн] (4.31)

Rвх = (Rб1||Rб2) || (RвхСЕ* F) (4.32)

Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru C2 = 1 / [ 1 / (MНС2)2 – 1 * (Rзз1 +reVT1) wн] (4.33)

 
  Визначення струму спокою транзистора VT1 - student2.ru

C3 = 1 / [ 1 / (MHC3)2 – 1 *(Rвих + Rн) wн] (4.34)

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике: Пер. с нем.–М.: Мир, 1991.–446с.

2. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем.–М.: Мир, 1983.–512с.

3. Проектирование усилительных устройств: Учеб. пособие для вузов/ В. В Ефимов, В.Н. Павлов, Ю.П. Соколов и др.; Под ред. Н.В. Терпугова.–М.:Высшая школа, 1982.–190с.

4. Мамонкин И.Г. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов. –М.: Связь, 1983.–360с.

Додаток А

Технічне завдання на розрахунок каскадів за схемою зі СЕ з послідовним зв’язком по струму, паралельним зв’язком по напрузі.

Таблиця А1 - Варіанти завдання

№ п/п Едж,мВ   Rдж, кОм Uвих m B Rн, КОм Сн, пФ fн, Гц fв, кГц Мн, дБ Мв, дБ Kг, %
0,5 0,5 0,4 -3 -2
0,75 0,6 12,5 -2 -2
1,25 0,8 -2,5 -2
1,25 1,5 13,5 -3 -2,5 3,5
1,5 0,75 1,2 -2 -2,5
0,25 1,4 14,5 -2,5 -2,5
2,5 0,8 1,6 -1 -2,5
0,9 1,8 15,5 -1 -2,5
3,5 -1,5 -2,75
1,7 0,5 16,5 -1 -2,75
4,5 0,6 0,7 -1 -3 0,5
0,7 0,9 17,5 -3 -3 0,5
0,6 0,85 1,1 -3 -3 0,5
0,8 0,4 1,3 18,5 -3 -3 0,2
1,2 0,45 1,5 -2,5 -3 0,5
1,4 1,1 1,7 19,5 -2 -3 0,5
1,6 1,2 0,45 -1,5 -3 0,5
1,8 1,3 0,55 20,5 -1,5 -3
2,2 1,4 0,65 -1 -2,5
2,4 1,6 0,75 21,5 -1 -2,5
2,6 0,65 0,85 -1 -1 0,5
2,8 0,75 0,95 22,5 -1 -1 0,2
3,2 0,55 1,25 -1,5 -1,5 0,5
3,4 0,35 1,5 23,5 -3 -1,5 0,5
3,6 0,45 -3 -1,5 0,3

За результатами розрахунків визначити рівень лінійних спотворень для всіх каскадів Мві на частотах 50 кГц, 100 кГц. Порівняти отриманні результати.

Додаток Б

Технічне завдання на розрахунок емітерного повторювача в діапазоні звукових частот.

Таблиця Б1 - Варіанти завдання

№п/п Едж, мВ Rдж, кОм Rн, кОм fн, Гц fв, кГц Мн, дБ Мв, дБ Еж, В
0,4 -3 -1,5
0,3 23,5 -3 -1,5
0,35 -1,5 -1,5
1,5 0,45 22,5 -1 -1
2,5 0,5 -1 -1
3,5 0,55 21,5 -1 -2,5
0,5 0,6 -1 -2,5
1,25 0,2 20,5 -1,5 -3
1,75 0,25 -1,5 -3
2,25 0,32 19,5 -2 -3
2,75 0,42 -2,5 -3
3,25 0,52 18,5 -3 -3
3,75 0,62 -3 -3
17,5 -3 -3
1,1 1,2 -1 -3
1,2 0,8 16,5 -1 -2,75
1,3 1,5 -1,5 -2,75
1,4 1,3 15,5 -1 -2,5
1,6 1,25 -1 -2,5
1,7 1,15 14,5 -2 -2,5
1,8 -3 -2,5
1,9 0,9 13,5 -2,5 -2
2,2 0,85 -2 -2
2,4 0,65 12,5 -3 -2
2,6 0,6 -3 -2

Додаток В

Технічне завдання на розрахунок двокаскадного попереднього підсилювача.

Таблиця В1 - Варіанти завдання

Еж, мВ Rдж, кОм Uвих m, В Rн, КОм Cн, пФ fн, Гц fв, кГц Мн, дБ Мв, дБ
0,5 0,5 -2 -2
0,6 -2 -2
0,7 -2 -2
0,8 0,8 -2 -2
0,9 -2 -2
1,5 -2 -2
1,1 1,5 -2 -2
1,2 2,2 -2 -2
1,3 -2 -2
1,4 2,2 -2 -2
1,5 -2 -2
1,6 -2 -2
1,7 2,4 -2 -2
1,8 1,8 -2 -2
1,9 -2 -2
-2 -2
2,2 -2 -2
2,3 2,5 -2 -2
2,5 1,2 -2 -2
2,7 1,5 -2 -2
2,8 0,6 -2 -2
1,6 -2 -2
3,5 1,5 -2 -2
0,4 -2 -2
1,1 -2 -2

Наши рекомендации