Расчеты полученные исходя из исходных данных.

Исходные данные:

Uвх	Fвх	Ri	Rн	Uвых
1мВ	1кГц	100кОм	5кОм	1,6В

Расчеты полученные исходя из исходных данных.

Требуемые коэффициент усиления усилителя

Исходя и того, что оптимальное значение коэффициента усиления для одного каскада с ОЭ является Ку<15, в усилителе будут использоваться 3 каскада. Каждый каскад должен обеспечивать коэффициент усиления равный

Учитывая что , входной каскад будет построен на базе полевого транзистора.

Расчеты усилительных каскадов.

· Расчет 3 каскада (работающего на нагрузку)

Рисунок 1-Принципиальная схема каскада с ОЭ.

Так как , сопротивление в цепи коллектора примем равным .

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Максимальный размах выходного напряжения составляет , с учетом этого, выберем напряжение питания из стандартного ряда напряжений .

Максимальный ток коллектора равен =9мА.

Учитывая то, что а сопротивление коэффициент завала равен

С учетом завала выберем коэффициент усиления каскада

Следовательно сопротивление в цепи эмиттера равно =

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Исходя из полученных расчетов выберем подходящий транзистор BC546A

()

Опеределим токи базы транзистора, и определим транзистора. Для этого нужно построить выходную ВАХ:

Рисунок 2-Выходня ВАХ транзистора BC546A

=203. Для того чтобы задать рабочую точку транзистора, нужно чтоб ток базы был равен . Для того, чтобы делитель не оказывал влияния на ток базы, нужно принять что тогда . Исходя из того, что напряжение питания 9В, и зная ток протекающий через делитель, можно рассчитать его сопротивление: 81,818 кОм

Чтобы рассчитать напряжение на базе транзистора, нужно построить выходную характеристику транзистора:

Рисунок 3-Входная ВАХ транзистора BC546A

. =1,2 кОм

Рассчитаем напряжение на базе транзистора (напряжение на R1):

В

Зная напряжение на можно вычислить его сопротивление:

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Зная общее сопротивление делителя и сопротивление

81818 - = кОм.

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Найдем входное сопротивление 3 каскада:

кОм

15.786 кОм

Рассчитаем емкости проходных конденсаторов таким образом, чтоб они не оказывали значительного влияния на входной и выходной сигналы:

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Рисунок 4-Схема 3 каскада собранная в OrCad

Найдем экспериментальным путем входное сопротивление. Для этого нужно измерить ток на конденсаторе C1 и входное напряжение:

Рисунок 5-Ток на конденсаторе C1

Рисунок 6-График входного напряжения 3 каскада

Входное сопротивление найдем по формуле

Экспериментальный метод вычисления входного сопротивления каскада показал что мы правильно нашли входное сопротивление, так как

Так же экспериментальным путем найдем выходное сопротивление, для этого измерим напряжение при , и при сопротивлении нагрузки

Рисунок 7-График выходного напряжения при Rн=10Мом

Рисунок 8-График выходного напряжения при Rн=5кОм

=0.83 ; = 1024 Ом

;

Моделирование работы каскада:

Рисунок 9-Схема 3 каскада.

Рисунок 10-Входное и выходное напряжения 3 каскада

· Расчет 2 каскада (между нагрузочным и входным каскадом)

Так как , сопротивление в цепи коллектора примем равным .

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Максимальный ток коллектора равен =9мА.

Учитывая то, что а сопротивление коэффициент завала равен

С учетом завала выберем коэффициент усиления каскада

Следовательно сопротивление в цепи эмиттера равно =

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Опеределим токи базы транзистора. Для этого нужно построить выходную ВАХ:

Рисунок 11-Выходная вах транзистора BC546A

Для того чтобы задать рабочую точку транзистора, нужно чтоб ток базы был равен . Для того, чтобы делитель не оказывал влияния на ток базы, нужно принять что тогда . Исходя из того, что напряжение питания 9В, и зная ток протекающий через делитель, можно рассчитать его сопротивление: 81,818 кОм

Чтобы рассчитать напряжение на базе транзистора, нужно построить выходную характеристику транзистора:

Рисунок 12-Входная ВАХ транзистора BC546A

. =1,2 кОм

Рассчитаем напряжение на базе транзистора (напряжение на R1):

В

Зная напряжение на можно вычислить его сопротивление:

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Зная общее сопротивление делителя и сопротивление

81818 - = кОм.

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Найдем входное сопротивление 3 каскада:

кОм

15.786 кОм

Рассчитаем емкости проходных конденсаторов таким образом, чтоб они не оказывали значительного влияния на входной и выходной сигналы:

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Рисунок 13-Схема 3 каскада собранная в OrCad

Найдем экспериментальным путем входное сопротивление. Для этого нужно измерить ток на конденсаторе C1 и входное напряжение:

Рисунок 14-Ток на конденсаторе C1

Рисунок 15-График входного напряжения 3 каскада

Входное сопротивление найдем по формуле

Экспериментальный метод вычисления входного сопротивления каскада показал что мы правильно нашли входное сопротивление, так как

Так же экспериментальным путем найдем выходное сопротивление, для этого измерим напряжение при , и при сопротивлении нагрузки

Рисунок 16-График выходного напряжения при Rн=10Мом

Рисунок 17-График выходного напряжения при Rн=6кОм

=0.85 ; = 1058 Ом

;

Моделирование работы каскада:

Рисунок 18-Схема 2 каскада.

Рисунок 19-Входное и выходное напряжения 3 каскада

· Моделирование 1 каскада (входного)

Так как , сопротивление в цепи коллектора примем равным .

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Максимальный ток коллектора равен =9 мА.

Учитывая то, что а сопротивление коэффициент завала равен

С учетом завала выберем коэффициент усиления каскада

Следовательно сопротивление в цепи эмиттера равно =

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Опеределим токи базы транзистора. Для этого нужно построить выходную ВАХ:

Рисунок 20-Выходная вах транзистора BC546A

Для того чтобы задать рабочую точку транзистора, нужно чтоб ток базы был равен . Для того, чтобы делитель не оказывал влияния на ток базы, нужно принять что тогда . Исходя из того, что напряжение питания 9В, и зная ток протекающий через делитель, можно рассчитать его сопротивление: 81,818 кОм

Чтобы рассчитать напряжение на базе транзистора, нужно построить выходную характеристику транзистора:

Рисунок 21-Входная ВАХ транзистора BC546A

. =1,2 кОм

Рассчитаем напряжение на базе транзистора (напряжение на R1):

В

Зная напряжение на можно вычислить его сопротивление:

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Зная общее сопротивление делителя и сопротивление

81818 - = кОм.

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Найдем входное сопротивление 3 каскада:

кОм

15.786 кОм

Рассчитаем емкости проходных конденсаторов таким образом, чтоб они не оказывали значительного влияния на входной и выходной сигналы:

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Рисунок 22-Схема 3 каскада собранная в OrCad

Найдем экспериментальным путем входное сопротивление. Для этого нужно измерить ток на конденсаторе C1 и входное напряжение:

Рисунок 23-Ток на конденсаторе C1

Рисунок 24-График входного напряжения 3 каскада

Входное сопротивление найдем по формуле

Экспериментальный метод вычисления входного сопротивления каскада показал что мы правильно нашли входное сопротивление, так как

Так же экспериментальным путем найдем выходное сопротивление, для этого измерим напряжение при , и при сопротивлении нагрузки

Рисунок 25-График выходного напряжения при Rн=10Мом

Рисунок 26-График выходного напряжения при Rн=6кОм

=0.85 ; = 1058 Ом

;

Моделирование работы каскада:

Рисунок 27-Схема 3 каскада.

Рисунок 28-Входное и выходное напряжения 3 каскада

· Моделирование входного согласующего каскада.

Для того, чтобы согласовать высокое сопротивление источника сигнала, и последующие усилительные каскады было решено использовать согласующий усилительный каскад реализованный на полевом транзисторе. Так как входное сопротивление источника равно , а сопротивление входных каскадов на полевых транзисторах равно , сигнал будет передаваться на последующие каскады без потерь.

Так как коэффициенты усиления предыдущих каскадов в общей сложности равны 1600(64дБ), входной каскад должен обеспечить коэффициент усиления равный

Так как входное сопротивление 1 каскада равно , сопротивление на выходе согласующего каскада должно быть равно

Рисунок 29-Схема каскада с общим стоком.

Так как в схеме будет использоваться полевой транзистор со встроенным каналом n-типа, то для задания рабочей точки транзистора необходимо подать на его затвор отрицательное напряжение относительно истока. Для этого в схеме используется последовательная обратная связь которая создается благодаря резистору включенному в цепь истока полевого транзистора.

Рассчитать падение напряжения на нем можно по формуле

В каскаде будет использован полевой транзистор J2N5654.

Для того, чтобы задать рабочую точку нужно снять характеристику зависимости напряжения затвор-исток от тока стока:

Рисунок 30-Стоко-затворная характеристика транзистора J2N5654.

По этим характеристикам можно определить крутизну транзистора:

Коэффициент усиления по напряжению равен:

Выходное сопротивление равно ; таким образом, если то

Найдем экспериментальным путем выходное сопротивление:

=0.98 ; = 122 Ом

Рассчитаем емкости проходных конденсаторов таким образом, чтоб они не оказывали значительного влияния на входной и выходной сигналы:

Из стандартного ряда номиналов E24 выбираем

Рисунок 31-Схема согласующего каскада собранная в OrCad

Рисунок 32-График входного и выходного напряжений

· Моделирование усилительных каскадов в сборе.

Рисунок 33-График напряжения на нагрузке.

· Исследование характеристик усилителя:

Рисунок 34-ЛАЧХ усилителя.

Рисунок 36-Амплитудный спектр выходного сигнала

Определим коэффициент гармоник по формуле:

Рисунок 37-Температурная зависимость. Сверху-вниз:

Мощность, выделяющаяся на транзисторах, в режиме по постоянному току не превышает

Р_{к max} =630мВт (справочные данные). Транзисторы не нуждаются в дополнительном охлаждении.

Дата добавления: 2015-10-21