Расчет элементов принципиальной схемы

Параметры УМ	Вариант
Проводимость транзисторов	«pnp» – нечетный;
Статический потенциал pn-перехода φd, В	0,6 – 0,8
Напряжение источника питания, Еп, В	12,5
Сопротивление нагрузки, Rн, Ом
Напряжение на нагрузке, Um.н, В (ампл.)	0,2
Статический коэффициент усиления по напряжению, KU
Статический коэффициент передачи тока базы b
Рабочая частота сигнала, fс, кГц
Максимальная частота полосы пропускания, fmax, кГц	(19)
Статический ток эмиттера	2,4
Напряжение питающей сети, U1, В (эфф.)
Частота питающей сети, Fc, Гц
Выпрямленное напряжение, Енест., В	(25)
Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, Кп
Напряжение на нагрузке стабилизатора Uн. ст., В	12,5
Ток нагрузки стабилизатора, I 0.ст.	Определяется по результатам расчета УМ
Диапазон регулирования стабилизированного напряжения, D р, %

Рис.3.1 – Трехкаскадный УМ по структуре ОК – ОЭ – ОК

3.1 Расчет выходного каскада с общим коллектором

1. Расчет амплитуды тока нагрузки:

=

При = 0,2 В, по индивидуальному заданию.

2. Расчет эффективного значения тока нагрузки:

3. Расчет активной мощности на нагрузке:

4. Выбор тока эмиттера покоя:

5. Расчет сопротивления в цепи эмиттера и его мощности .

Для обеспечения полного симметричного размаха выходного сигнала на нагрузке без искажения его формы потенциал эмиттера в режиме покоя (при отсутствии входного сигнала) выбираем из условия:

, где = 12,5 по индивидуальному заданию.

6. Расчет мощности эмиттерного резистора :

Выбираемпосправочнику: R10 = ОМЛТ-0,5- 200 Ом±5%.

7. Расчет эквивалентного сопротивления нагрузки :

8. Расчет входного сопротивления транзистора со стороны базы :

, где по индивидуальному заданию.

 

 

9. Расчет потенциала базы в режиме покоя :

по индивидуальному заданию.

10. Расчет тока базы в режиме покоя :

11. Расчет резисторов делителя напряжения в цепи базы транзистора.

Делитель напряжения , формирующий потенциал базы покоя , не должен шунтировать входное сопротивление транзистора .

Расчет резисторов делителя проводится в следующей последовательности:

· выбор резистора из условия

= ;

· расчет тока покоя через резистор

;

· расчет тока покоя через резистор

;

· расчет резистора по законам Ома и Кирхгофа

.

12. Расчет мощности резисторов базового делителя

,

( так как рекомендуется увеличить полученные значения в 10-50 раз).

Выбираемпосправочнику: R8 = ОМЛТ - 0,125-10 кОм±5%.

Выбираемпосправочнику: R9 = ОМЛТ - 0,125-9 кОм±5%.

 

13. Расчет эквивалентного сопротивления делителя переменному току сигнала

14. Расчет входного сопротивления выходного эмиттерного повторителя :

.

 

15. Расчет емкости разделительных конденсаторов .

, , где – рабочая частота сигнала, значение которой взято из индивидуального задания.

Для устранения частотных искажений усиливаемого сигнала рассчитанные значения емкостей увеличиваются в 10-100 раз.

Выбираемпосправочнику: С4 = К50-6-16В-200 мкФ;

Выбираемпосправочнику: С5 = К50-6-16В-500мкФ;

 

16. Уточнение значения коэффициента усиления для выходного каскада

Реальное значение коэффициента усиления для выходного каскада в Isis Proteus

R8	10 кОм
R9	9 кОм
R3	200 Ом
R10	200 Ом
С4	200 мкФ
С5	500 мкФ

 

3.2 Расчет промежуточного каскада с общим эмиттером

1. Расчет активной мощности нагрузки.

Амплитуда тока нагрузки .

Эффективный ток нагрузки .

Активная мощность нагрузки .

2. Расчет эквивалентного сопротивления нагрузки на переменном токе

При выборе емкости конденсатора в соответствии с п. 15 раздела 3.1 сопротивление нагрузки на переменном токе соответствует параллельному соединению входного сопротивления эмиттерного повторителя и коллекторного сопротивления транзистора VT2 (рис. 3.1)

3. Расчет тока коллектора транзистора VT2

Если ток эмиттера в режиме покоя не задан, в схеме с общим эмиттером выбирают = .

4. Расчет сопротивления в коллекторной цепи транзистора VT2 и его мощности.

Для симметричного усиления сигнала потенциал коллектора в режиме покоя выбирается из условия:

.

Расчет сопротивления в цепи коллектора и рассеиваемой мощности .

;

.

Выбираемпосправочнику: R6 = ОМЛТ - 0,125-4,7 кОм±5%.

5. Расчет сопротивления для температурной стабилизации режима.

Сопротивление в цепи эмиттера транзистора VT2 обеспечивает достаточную для практики температурную стабилизацию режима по постоянному току при условии: падение напряжения на сопротивлении , созданное током покоя . Таким образом, при заданном значении тока эмиттера требуемое значение сопротивления определяется по закону Ома: .

Мощность , рассеиваемая на эмиттерном резисторе :

Выбираемпосправочнику: R7 = ОМЛТ - 0,125-1 кОм±5%.

6. Расчет резистивного делителя в цепи базы транзистора VT2.

Резистивный делитель , формирует потенциал базы относительно земли. Уровень этого потенциала не должен зависеть от тока эмиттера – ток делителя должен превышать ток базы в режиме максимального сигнала .

Поскольку ток эмиттера , ток делителя через резисторы , выбирают из условия

Таким образом, при стабильном напряжении питания и прецизионных резисторах потенциал базы .

7. Расчет потенциала базы .

Из второго закона Кирхгофа:

.

8. Расчет резисторов базового делителя.

Резисторы и (рис 3.1) рассчитываются по закону Ома:

;

9. Расчет мощностей и , рассеиваемых на сопротивлениях и соответственно

;

.

Выбираемпосправочнику: R5 = ОМЛТ - 0,125-1 кОм±5%.

Выбираемпосправочнику: R4 = ОМЛТ - 0,125-6 кОм±5%

10. Расчет эквивалентного сопротивления базового делителя переменному току.

При большой емкости конденсатора фильтра в блоке электропитания (на электрических схемах конденсатор не показан) резисторы и по переменному току соединены параллельно:

=

11. Расчет входного сопротивления транзистора VT2 со стороны базы

= (1 + 40)

12. Расчет входного сопротивления промежуточного каскада

=

13. Расчет емкости разделительного конденсатора на входе промежуточного каскада.

=

Для устранения частотных искажений усиливаемого сигнала рассчитанные значения емкости увеличивается в 10-100 раз.

Выбираемпосправочнику: С2 = К50-6-10В-50нФ

 

14. Расчет коэффициента усиления промежуточного каскада.

Для требуемого значения коэффициента усиления промежуточного каскада, известного из предварительного расчета, определяется емкость шунтирующего конденсатора в цепи эмиттера транзистора VT2 (рис.4).

. = 1,15 мкФ

Для обеспечения запаса по коэффициенту усиления расчетное значение емкости округляется (в большую сторону) до гостовского значения.

Выбираемпосправочнику: С3 = К50-6-10В-20 мкФ

Реальное значение коэффициента усиления для среднего каскада в Isis Proteus

 

R6	4,7 кОм
R7	1 кОм
R5	1 кОм
R4	5 кОм
С2	500 нФ
С3	200 мкФ

 

 

3.3 Расчет входного каскада с общим коллектором

1. Расчет амплитуды тока нагрузки:

2. Расчет эффективного значения тока нагрузки: = 0,00008/ = 0,000057 А

3. Расчет активной мощности на нагрузке: = (0,000057 ² = 0,00000658919 Вт = 6,6 мкВт

4. Выбор тока эмиттера покоя: = 2 = 0,000114А.

5. Расчет сопротивления в цепи эмиттера и его мощности .

Для обеспечения полного симметричного размаха выходного сигнала на нагрузке без искажения его формы потенциал эмиттера в режиме покоя (при отсутствии входного сигнала) выбирают из условия:

= = 6,75 В;

6. Расчет мощности эмиттерного резистора : =

Выбираемпосправочнику: R3 = ОМЛТ - 0,125-412 Ом±1%.

 

7.Расчет эквивалентного сопротивления нагрузки :

=

8. Расчет входного сопротивления транзистора со стороны базы :

= Ом = 22140 Ом

9. Расчет потенциала базы в режиме покоя :

=

10. Расчет тока базы в режиме покоя :

= 0,0084/(40 + 1) = 0,0002 А

11. Расчет резисторов делителя напряжения в цепи базы транзистора.

Делитель напряжения , формирующий потенциал базы покоя , не должен шунтировать входное сопротивление транзистора .

Расчет резисторов делителя (рис. 3.1) проводится в следующей последовательности:

· выбор резистора из условия =

· расчет тока покоя через резистор = 7,45 /4728 = 0,0016 А

· расчет тока покоя через резистор

· расчет резистора по законам Ома и Кирхгофа = (13,5 –7,45)/0,0018 = 3361 Ом

12. Расчет мощности резисторов базового делителя

=

=

Выбираемпосправочнику: R2 = ОМЛТ - 0,125-560кОм±5%.

Выбираемпосправочнику: R1 = ОМЛТ - 0,125-3,5кОм±5%.

 

13. Расчет эквивалентного сопротивления делителя переменному току сигнала

=

14. Расчет входного сопротивления выходного эмиттерного повторителя :

=

15. Расчет емкости разделительного конденсатора

=

Для устранения частотных искажений усиливаемого сигнала рассчитанные значения емкостей увеличиваются в 10-100 раз.

Выбираемпосправочнику: С1 = К50-6-10В-16 нФ

Реальное значение коэффициента усиления для выходного каскада в Isis Proteus

 

R3	416 Ом
R2	560 кОм
R1	3,5 кОм
С1	160 нФ

 

 

Рис.3.2 – Трехкаскадный УМ по структуре ОК – ОЭ – ОК, спроектированный в Proteus c учетом расчитанных параметров

 

3.4 Расчет параметров входного сигнала

1. Расчет номинальной амплитуды входного напряжения

= 0,2/40 = 5 мВ

2. Расчет номинальной амплитуды входного тока

= 5 мВ/5,3 кОм = 0,94 мкА

3. Расчет коэффициента усиления по току усилителя мощности

= 10 мА/0,94 мкА = 10,6 10³

 

4. Расчет коэффициента усиления по мощности усилителя мощности

=