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 I_K0VT1 визначиться як [1]:

I_K0VT1 = j_т / R_дж b / (1 + 2r’_б/R_дж + r²_б/R²_дж) @ φ_т / (R_дж β) (4.7)

де j_т = 25,3мВ – тепловий потенціал.

У цьому випадку коефіцієнт шуму: r’_б / R_дж

(4.8)

Як правило, значення I_K0VT1 знаходиться в межах від 10 мкА до 2мА, але необхідно враховувати, що I_K0VT1 повинен перебільшувати I_б0VT2, тобто I_K0VT1 ³ (1…10) I_б0VT2.

За вибраними значеннями I_K0VT2, U_KеVT2 визначаємо за (1.14) I_б0VT2, а з ВАХ - U_бе0VT2.

4.5 Розрахунок опору резисторів R_к1, R_к2

Опір резистора R_K2:

R_K2 = V_K2 / (I_K0VT2 + I_e0VT1) » V_K2 / I_K0VT2 = E_дж / (2 I_K0VT2) (4.9)

Опір резистора R_K1

R_K1 = U_беVT2 / (I_K0VT1 – I_б0VT2) (4.10)

Якщо I_K0VT1 >> I_б0VT2, то

R_K1 » U_беVT2 / I_K0VT1 (4.11)

4.6 Визначення параметрів режиму з постійного струму транзистора VT1

Напруга U_{кe0 VT1} визначиться так:

U_{кe0 VT1} = Е_дж – U_беVT2 – U_Rзз2 – U_RK2 = E_дж / 2 – U_Rзз2 – U_беVT2 (4.12)

де U_Rзз2 – напруга на опорі зворотного зв'язку R_зз2, вибирається в межах 1…2В. З ВАХ за відомими I_к0VT1,U_ке0VT1 знаходимо U_бе0VT1,I_б0VT1.

4.7 Розрахунок подільника в базовому колі транзистора VT1

Для забезпечення температурної стабільності підсилювача струм подільника І_д через R_б1, R_б2 вибирається у 5…10 разів більшим за постійну складову базового струму I_б0VT1. Причому більші значення І_д відповідають більшій температурній стабільності. Тому приймаємо:

І_д = 10 I_б0VT1 (4.13)

Визначимо потенціал бази транзистора VT1:

V_б1 = U_RK2 + U_Rзз2 + U_беVT1 = E_дж / 2 + U_Rзз2 + U_беVT1 (4.14)

Тепер можна розрахувати опір резисторів R_б2, R_б1:

R_б2 = V_б1 / (І_д + І_б0VT1) (4.15)

R_б1 = (E_дж – V_б1) / І_д (4.16)

4.8 Розрахунок кола зворотного зв’язку

Задавши в пункті (4.7) напругу на резисторі зворотного зв’язку U_Rзз2, тим самим практично визначили опір резистору R_зз2, оскільки:

R_зз2 = U_Rзз2 / I_е0VT1 = U_Rзз2 / (I_K0VT1 + I_б0VT1) (4.17)

Опір резистора R_зз1 визначається необхідним коефіцієнтом підсилення.

Оскільки в наданому підсилювачі використовується послі-довно-паралельний від’ємний зворотний зв’язок, який забезпечують резистори R_зз1, R_зз2, то коефіцієнт зворотного зв’язку

b = R_зз1 / (R_зз1 + R_зз2) (4.18)

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

K_Uзз = K_U / (1 + K_Ub) (4.19)

де K_U – 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:

K_U » 1 / b = 1 + R_зз2 / R_зз1 (4.20)

Тоді

R_зз1 = R_зз2 / (K_Uзз – 1) (4.21)

Але, визначаючи R_зз1, R_зз2 необхідно брати до уваги наступне: сумарний опір резисторів R_зз1 та R_зз2 повинен бути більшим за R_K2, щоб не зменшувати підсилення другого каскаду в ненавантаженному режимі. А з другого боку, значення R_зз2 не рекомендується вибирати дуже великим, оскільки це призведе за (4.20) до великих значень R_зз1.

У свою чергу, підвищення опору R_зз1 не доцільно, оскільки при цьому збільшується коефіцієнт шуму підсилювача. Тому значення R_зз1, що розраховані за (4.20), як правило, знаходяться в межах 100 Ом…1кОм та задовільняють умові: R_зз1 << r_беVT1.

4.9 Розрахунок підсумкових характеристик підсилювача

Для оцінки якісних показників підсилювача необхідно розрахувати коефіцієнт підсилення K_Uхх, який забезпечить схема без зворотного зв’язку. При цьому вважаємо, що опір резистору R_зз2 = ¥, а R_зз1 = 0.

Коефіцієнт підсилення за цих умов складає:

K_Uхх = (S₁R_H1)*(S₂*R_H2) (4.22)

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

R_H1 = R_K1||r_ke1||(b₂/S₂) @ R_K1||(b₂ /S₂) = R_K1||r_беVT1 = R_K1||[r’_б + (1 +h_21е)r_e] (4.23)

R_H2 = R_K2||r_кe2||R_H (4.24)

де r_e @ j_т / І_K0, r_ke2 = (U_кe0VT2 + U_Y) / I_K0, U_Y – потенціал Ерлі.

Коефіцієнт зворотного зв’язку визначається за (4.18).

Фактор зворотного зв’язку

F = 1 + K_Uxx*b = 1+ S₁S₂R_H1*R_H2*[R_зз1 / (R_зз1 + R_зз2)] (4.25)

Вхідний опір:

R_вх = R_вхСЕ*F||(R_б1||R_б2) = [r’_бVT1 + (1 + h_21е)*r_e]*F||(R_б1||R_б2) (4.26)

Вихідний опір підсилювача:

R_вих = R_вихСЕ / F @ R_к2 / F (4.27)

Коефіцієнт підсилення за напругою K_Uзз 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 / 2pC₁(R_дж + R_вх) (4.28)

f₂ = 1 / 2pC2(R_зз1+r_е) (4.29)

f₃ = 1 / 2pC₃(R_вих + R_н) » 1 / 2pC₃R_н (4.30)

де R_дж – опір джерела сигналу; R_вих – вихідний опір підсилювача:

Тому для розрахунку ємностей С1…С3 необхідно розподіліти спотворення, що вносить кожен з фільтрів. Якщо задана нижня робоча частота f_н за рівнем М_н = -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 R_зз1 з умов мінімізації шумових властивостей обрано невеликим (0,1…1кОм) і відповідно ємність С₂ повинна вибиратися досить великою, щоб лінійні спотворення на частоті f_н були в межах технічного завдання. Остаточно:

C₁ = 1 / [ 1/(M_НС1)² -1 (R_дж + R_вх)w_н] (4.31)

R_вх = (R_б1||R_б2) || (R_вхСЕ* F) (4.32)

C₂ = 1 / [ 1 / (M_НС2)² – 1 * (R_зз1 +r_eVT1) w_н] (4.33)

C₃ = 1 / [ 1 / (M_HC3)² – 1 *(R_вих + R_н) w_н] (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 М_ві 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