Проектирование усилительного устройства

Поэтому суммарный коэффициент гармоник всего усилителя без ООС равен .
Справедливо следующее соотношение для необходимой глубины обратной связи:

В соответствии с техническим заданием коэффициент усиления усилителя МУ с ООС должен быть равен:
Кос= U2km/1,41 Еист = 6,5/(1,41*3*10-3) = 1540.
Для реализации требуемой глубины ООС коэффициент усиления МУ усилителя без ООС должен быть равен: К = Кос*А = 1540*22 = 34500.
Как показано выше, коэффициент передачи по напряжению оконечного каскада (ОК) равен Кuок = 0,79, коэффициент передачи по напряжению предоконечного каскада (ПОК) равен Кuпок = 255. Каскады ВхУ и КПУ должны обеспечить сквозной коэффициент передачи этих каскадов:
Кскв = КВхУ * ККПУ = К/( Кuок* Кuпок) = 34500/(0,79*255) = 171. Разделим этот коэффициент на равные доли КВхУ = ККПУ = √171 ≈ 13.





5. Расчёт каскада предварительного усиления и входного усилителя
5.1 Расчёт каскада предварительного усиления
Выберем для реализации схему с общим эмиттером (ОЭ). Схема каскада приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1 Схема каскада с ОЭ

1. С целью унификации выберем транзистор npn типа КТ 503 А, применённый при расчёте ПОК. Его параметры приведены ранее.
2. Напряжение источника питания каскада Епит = Ек = 9,6 В.
Питание подаётся от источника Е = 19,2 В через резистор развязки Rф в цепи питания
3. Нагрузкой каскада является входное сопротивление каскада ПОК:
Rн = RвхПОК = 1,7 кОм.
4. Зададим ток покоя коллектора IК0КПУ = 3 мА.
5. Сопротивление резистора в эмиттере:
Rэ = 0,2* Ек/ IК0КПУ = 0,2*9,6/3*10-3 = 640 Ом.
6. Сопротивление в коллекторе:
Rк = 0,4* Ек/ IК0КПУ = 0,4*9,6/3*10-3 = 1280 Ом.
7. Напряжение между коллектором и эмиттером:
Uкэ0 = Ек - IК0КПУ*(Rэ + Rк) = 9,6 – 3*10-3*(640 + 1280) = 3,84 В.
8. Сопротивление нагрузки по переменному току:
Rk~ = Rк *RвхПОК/( Rк + RвхПОК) =
= 1,28*103*1,7*103/ (1,28*103+1,7*103) = 730 Ом.
9. Входное сопротивление транзистора:
Rвх т КПУ = rб + rэ *(β + 1) = 100 + (26/3)*(80 + 1) = 702 Ом, Здесь rэ = 26/Iэ (мА).
10. Сопротивление Rдел параллельно соединённых плеч делителя R1, R2 находится по формулам:
Rдел = R1*R2/ (R1+R2) = [(S-1)*Rэ/(1 –S/(β + 1))] - rб =
= [(6-1)*640/(1 –6/(80 + 1))] – 100 = 3,36 кОм. Здесь S = 6 - коэффициент нестабильности тока коллектора.
11. Сопротивления плеч делителя:
R1 = Ек* Rдел/(Uбэ0 + Iк0КПУ* Rэ) =
= 9,6* 3,36*103 /(0,7 +3* 10-3* 6,4*103) = 1,62 кОм
R2 = R1* Rдел/( R1 - Rдел) =
= 1,62*103 * 3,36 *103 /(3,36*103 - 1,62 *103) = 3,13 кОм.
12. Входное сопротивление каскада КПУ:
Rвх КПУ = Rдел* Rвх т КПУ /( Rдел+ Rвх т КПУ) =
= 3,36 *103*702/(3,36 *103+702) = 581Ом.
13. Коэффициент передачи КПУ по напряжению:
KuКПУ = β* Rk~/ Rвх КПУ = 80*730/581 = 99,8. Рассчитанное значение коэффициента передачи по напряжению значительно превышает требуемое значение, рассчитанное в разделе 4.2.
14. Ёмкость переходного конденсатора рассчитывается в соответствии с требованиями к частотным искажениям. Эти искажения возникают из–за переходных конденсаторов и конденсаторов, шунтирующих сопротивления в эмиттерах, которые находятся в петле ООС, Поэтому частотные искажения уменьшаются в глубину обратной связи раз и допустимые в техническом задании общие частотные искажения отнесём к одному переходному конденсатору, ёмкость которого рассчитывается по формуле:

Сэ = Спер = 0,9 мкФ
5.2 Расчёт входного усилителя
Выберем для реализации схему с общим эмиттером (ОЭ). Схема каскада приведена на рис. 5.2.


Рис. 5.2 Схема входного усилителя

1. С целью унификации выберем транзистор npn типа КТ 503А, применённый при расчёте ПОК. Его параметры приведены ранее.
2. Напряжение источника питания каскада Епит = Ек = 9,6 В.
Питание подаётся от источника Е = 19,2 В через резистор развязки Rф в цепи питания.
3. Нагрузкой каскада является входное сопротивление каскада ПОК:
Rн = RвхКПУ = 581 Ом.
4. Зададим ток покоя коллектора IК0КПУ = 1 мА.
5. Сопротивление резистора в эмиттере:
Rэ = 0,2* Ек/ IК0ВХУ = 0,2*9,6/1*10-3 = 1920 Ом.
6. Сопротивление в коллекторе:
Rк = 0,4* Ек/ IК0ВХУ = 0,4*9,6/10-3 = 3840 Ом.
7. Напряжение между коллектором и эмиттером:
Uкэ0 = Ек - IК0ВХУ *(Rэ + Rк) = 9,6 –10-3*(1920 + 3840) = 3,84 В.
8. Сопротивление нагрузки по переменному току:
Rk~ = Rк * RвхКПУ /( Rк + RвхКПУ) =
= 3,84*103*581 / (3,84*103+581) = 504,6 Ом.
9. Входное сопротивление транзистора:
Rвх т ВХУ = rб + rэ *(β + 1) =
= 100 + (26/1)*(80 + 1) = 2206 Ом, Здесь rэ = 26/Iэ (мА).
10. Сопротивление Rдел параллельно соединённых плеч делителя R1, R2 находится по формулам:
Rдел = R1*R2/ (R1+R2) = [(S-1)*Rэ/(1 –S/(β + 1))] - rб =
= [(6-1)*1920/(1 –6/(80 + 1))] – 100 = 10,27 кОм. Здесь S = 6 - коэффициент нестабильности тока коллектора.
11. Сопротивления плеч делителя:
R1 = Ек* Rдел/(Uбэ0 + IК0ВХУ * Rэ) =
= 9,6* 10,27*103 /(0,7 +10-3* 1,92*103) = 37,6 кОм
R2 = R1* Rдел/( R1 - Rдел) =
= 37,6*103 * 10,27 *103 /(37,6*103 - 10,27 *103) = 14,1 кОм.
12. Входное сопротивление каскада ВхУ:
Rвх ВХУ = Rдел* Rвх т ВХУ /( Rдел+ Rвх т ВХУ) =
= 10,27 *103*2,206*103/(10,27 *103+2,206*103) = 1,81 кОм.
13. Коэффициент передачи КПУ по напряжению:
KuКПУ = β* Rk~/ Rвх ВХУ = 80*504/1810 = 22,3. Рассчитанное значение коэффициента передачи по напряжению превышает требуемое значение, рассчитанное в разделе 4.2.
14. Ёмкость шунтирующего конденсатора Сэ рассчитывается из условия: 1/2πfнСэ = Rэ/10, Сэ = 10/2πfн Rэ = 10/2π*80*1920 = 10,3 мкФ









6. Расчёт входной цепи
1. Входное сопротивление входного усилителя с обратной связью:
Rвх ос = Rвх ВхУ *А = 1810 * 22 = 39,82 кОм;
2. Оптимальный коэффициент трансформации входного трансформатора:
3. Коэффициент передачи входной цепи:





















7. Расчёт резисторов ООС
7.1 Задаёмся суммарным сопротивлением делителя ООС
Rдел ос = Rос1 + Rос2 из условия Rдел ос >> Rн
Rдел ос = 10кОм.
7.2 Рассчитаем сопротивления делителя.
Коэффициент усиления по напряжению всего усилителя рассчитывается по формуле: Кос = Кuвх*( Rос1 + Rос2)/ Rос2, где Кос = 1540, Kuвх = 2,45.
Сопротивления Rос1, Rос2 находятся из соотношений:
Rос2 = Kuвх* Rдел ос/ Кос = 2,45*10*103/1540 = 16 Ом
Rос1 = 10000 – 16 ≈ 10 кОм.



















8. Расчёт цепей питания
Расчёт проводим по формулам, вытекающим из анализа схемы, представленной на рис. 4.1.
Уточнённое по сравнению с рассчитанным в разделе 3 сопротивление резистора Rф1 находится по формуле:
Rф1 = URф1/(Iк0ПОК + Iк0КПУ + Iк0ВхУ) = 1,4/(10-3 + 3*10-3 +10-3) = 280 Ом
Сопротивление резистора Rф2 находится по формуле:
Rф2= (Е -URф1 - Ек)/( Iк0КПУ + Iк0ВхУ) =
= (19,2 – 1,4 – 9.6)/( 10-3 + 3*10-3) = 2,05 кОм
На рис.6 представлена полная электрическая схема микрофонного усилителя

Рис.6 Схема электрическая принципиальная микрофонного усилителя








Литература
1. Павлов В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. М., Горячая линия – Телеком, 2003.
2. Бесчётнова Л.В. Схемотехника аналоговых электронных устройств. Письменные лекции. СПб, СЗТУ, 2005

Приложение 1
Чертёж схемы электрической принципиальной





Приложение 2
















1