Розрахунок регулятора підсилення

Спроектований підсилювач без врахування загального ланцюга НЗЗ має коефіцієнт підсилення

. (52)

З метою отримання заданого затухання нелінійності при заданій стабільності коефіцієнта підсилення вибирають необхідну величину глибини загального кола НЗЗ. Тоді оптимальна величина коефіцієнта передачі кола загального ЗЗ складає:

(53)

яка набагато менша величини 2В₀. Коефіцієнт 2 з’явився, так як отриманий з вихідного каскаду сигнал НЗЗ одночасно вводиться в коло емітера і бази вхідного каскаду. Тому в коло подачі загальної НЗЗ необхідно ввести регулятор, який має затухання α:

(54)

де U₁ – амплітуда сигналу, який подається на регулятор;

U₂ – амплітуда сигналу на виході регулятора.

Принципова схема найпростішого T-подібного регулятора підсилення приведена на рис. 12.

Найбільш простий вид розрахункових співвідношень виходить, коли вхідний і вихідний опори регулятора, опору джерела сигналa і навантаження взаємно рівні, тобто при роботі з погодженими опорами генератора і навантаження. Вихідний опір коректора амплітудно-частотної характеристики й автоматичного регулятора підсилення обговорені в завданні.

Тоді опори резисторів розраховуються по наступних формулах

(55)

де R=100 Ом - опір погодженого навантаження (джерела сигналу або навантаження).

Отримаємо:

Ом,

Ом.

Розрахунок якісних показників підсилювача

Знаючи необхідну для збудження вихідного каскаду амплітуду сигналу U_вхF3, можна розрахувати амплітуду сигналу на базі першого каскаду без врахування загального зворотного зв’язку:

В.

Задана потужність сигналу в навантаженні забезпечується при ЕРС джерела сигналу:

В.

Скрізний коефіцієнт підсилення напруги G_u, робоче підсилення G_р і потужність, яка відбирається від джерела сигналу Р_r, розраховується за формулами:

дБ;

Вт,

дБ.

Нестабільність коефіцієнта підсилення при n=3 каскадах буде не гірше ΔК_Fо:

.

Отримані значення параметрів лінійного підсилювача дозволяють навести його зведені показники у табл. 4

Таблиця 4.

Показники лінійного підсилювача

Показники	Значення
Амплітуда сигналу на навантаженні Uн,мВ ЕРС джерела сигналу еr, мВ Наскрізний коефіцієнт підсилення Gu, дБ Робоче підсилення Gp, дБ Потужність, яка споживється від джерела сигналу, Pr, мВт Нестабільність коефіцієнта підсилення KF,% Напруга джерела живлення E0 , В	1639 0,0217×10-2 1,56×10-12 83,2 8,2

Розрахунок реактивних елементів

Нерівномірність амплітудно-частотної характеристики в межах робочого діапазону частот в реальних підсилювачів складає десяті частки децибела, що досягається за рахунок використання глибоких негативних зворотних зв'язків і спеціальних коригувальних ланцюгів. В навчальному проекті з метою спрощення розрахункової частини величина спотворень трохи завищена, що не позначилося істотно на відмінності розрахункових даних від реальних параметрів елементів схем лінійних підсилювачів.

Для оцінки спотворень використовують коефіцієнт частотних спотворень М:

, (56)

де К₀ — модуль коефіцієнта підсилення в області середніх частот;

К_f - модуль коефіцієнта підсилення на довільній частоті.

В підсилювачі виду рис. 1 спотворення в області нижніх частот виникають за рахунок трансформаторів, конденсаторів ланцюгів міжкаскадного зв'язку і конденсаторів в емітерних колах транзисторів. Якщо задано величину спотворень в області нижніх частот М_н=0,25 дБ то доцільно їх розподілити в такий спосіб: по 0,05 дБ на кожний із трансформаторів, а частину, що залишилася, між усіма чотирма ланцюгами, що спотворюють, розподілити порівно. Сумарна величина спотворень (у децибелах) не повинна перевищувати М_н. Розподіливши спотворення між колами, необхідно їхню оцінку в децибелах замінити абсолютними одиницями відповідно до виразу (56). Також з достатнім ступенем точності можна скористатися наближеною перерахунковою формулою (справедлива тільки для М2дБ):

(57)

У розрахункові формули підставляються спотворення, виражені тільки в абсолютних одиницях.

Далі починають розрахунок параметрів реактивних елементів схеми.

Індуктивність первинної обмотки вихідного трансформатора L₄:

(58)

Гн,

де f_н - нижня робоча частота;

М_НТ - спотворення, внесені трансформатором на частоті f_н.

Індуктивність розсіювання Т2 вибирають орієнтовно:

L_s4=0,005L₄ =0,005×7,85=0,039 Гн.

Індуктивність первинної обмотки вхідного трансформатора:

(59)

де R_{н экв} - еквівалентний опір трансформатора в області нижніх частот.

Отже Гн,

L_s1=0,005L₁=0,005×0,3423=0,00171 Гн.

З врахуванням кіл місцевих негативних зворотних зв'язків можна прийняти великі коефіцієнти частотних спотворень при розрахунку перехідних і блокувальних конденсаторів

(60)

де `- прийнятий при розподілі спотворень коефіцієнт частотних спотворень, без врахування ланцюгів ЗЗ, виражений в абсолютних одиницях

;

M_Н, М_НЕ - коефіцієнти частотних спотворень відповідно за рахунок перехідних кіл і кіл R_Е С_Е ;

F=F₁=F₃ - глибина місцевого НЗЗ.

.

Ємність перехідних конденсаторів

(61)

де R_K - опір резистора в ланцюзі колектора попереднього каскаду;

R_вх - вхідний опір наступного каскаду з обліком паралельно включених резисторів базових дільників.

=3,273×10^-9 Ф=4,675 нФ,

=0,81×10^-10 Ф=0,081 нФ,

Ємність блокувального конденсатора вихідного каскаду

(62)

де - крутизна струму емітера; (63)

- опір джерела сигналу стосовно бази;

R_K2=270 Ом - опір резистора в ланцюзі колектора попереднього каскаду;

R_вх5 - вхідний опір каскаду (152 Ом) без врахування ланцюга НЗЗ.

Із формули (32) маємо R_E3=125,3 Ом,

Ом,

,

=2,824×10^-6 Ф= 2,824 мкФ.

Конденсатор С_е в першому каскаді розраховується так же, як і в кінцевому, але в формулі (63) треба замінити наіR_{вх V5} на R_вхV3 (49).

Для першого каскаду опір джерела сигналу стосовно бази транзистора

Ом (64)

,

=1,617×10^-10 Ф= 16,17 нФ.

Фільтр в колі живлення розраховується на основі даних про рівень завад, які попадають в коло живлення, а також з врахуванням коефіцієнта передачі напруги живлення в колі з мінімальним рівнем сигналу.

Ємність високочастотних конденсаторів вибирають так, щоб частота зрізу вхідного та вихідного кола перевищувала верхню робочу частоту f_в в 3 – 5 раз:

,

розраховується за формулою (64).

Отже

Ф=2,12 пФ.

;

,

R₁ розраховується за формулою (55).

Оберемо

Ф=0,159 нФ,

Ф=0,349 нФ.

Всі діоди в нормальному робочому режимі знаходяться в зачиненому стані. Вони не повинні помітно шунтувати сигнальні ланцюги ємністю р-n переходів. Тому діоди вибираються високочастотні, із прохідною ємністю при зворотному зсуві близько 0,5 пФ, наприклад Д-220.

Додаток.

Характеристики транзисторів КТ315Б

КТ 315 Б

30