Расчёт усилительного каскада с общим эмиттером

Рис.10 - ЛАЧХ RC-цепи усилителя с ОЭ (по схеме замещения на рис. 9, а)

   Построим ЛАЧХ  для :

Рис. 10.1 - ЛАЧХ RC-цепи усилителя с ОЭ (по схеме замещения на рис. 9, б)

   Построим фазочастотную характеристику усилителя с ОЭ. Согласно передаточной функции для схемы замещения на рис.8, а K1(p) ФЧХ определяется следующим образом:

arctg.

Рис. 11 – график

   В соответствии с передаточной функцией K2 (p) для схемы замещения на рис. 8, б ФЧХ будет иметь следующее выражение:

arctg = arctg

Рис. 11.1 -

   Фазочастотная характеристика строится в соответствии с полученными зависимостями (ω) и (ω) , а затем суммируются для получения общей ФЧХ усилительного каскада с ОЭ (рис.11.2).

Рис. 11.2 – суммарная ФЧХ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4. Оценка искажений усилителя

   Нелинейные искажения  в усилителе появляются по  следующим основным причинам: из-за  наличия в схеме усилителя  элементов с нелинейными вольтамперными  характеристиками (входными и выходными), нестабильности внутреннего сопротивления  источника входного сигнала и  сопротивления нагрузки. Значительные  искажения в усилитель вносят  нестабильность источника питания  и изменениетемпературы окружающей  среды.

   При оценке искажений  в усилителе можно определить  коэффициент шума усилителя при  нормальных условиях эксплуатации  для средних частот по следующему  выражению:

                        (29)

где ( справочные данные для транзистора КТ375 Б); - температурный потенциал p-n-перехода при нормальных условиях эксплуатации ,

   Рассчитываем Kш :

(353+)1,55.

   Для уменьшения нелинейных искажений следует применить стабилизированные источники питания и схемы для стабилизации рабочей точки усилителя – термостабилизации и термокомпенсации.

   Моделирование по расчёту и анализу усилительных устройств, построению частотных характеристик рекомендуется проводить с использованием программы Electronics Workbench[8] для моделирования и анализа электронных компонентов и электрических схем.

 

4. Моделирование работы усилителя в среде Multisim 11 rus (Electronics Workbench)

   Для начала соберем схему усилителя в программе Multisim 11 rus (Electronics Workbench)[8]. Схема представлена на рисунке 12.

Рис. 12 – схема усилительного каскада

   Моделирование будем  производить с зарубежным аналогом  транзистора КТ375Б, то есть с  2N3904.

   Построим амплитудную  и фазочастотную характеристики. Для этого выберем режим анализа АС и зададим определенные параметры. Зададим начальную и конечную частоты (рис. 13). В закладке «переменные» выберем узел, с которого снимается сигнал. Сигнал снимается с узла V(6).

Рис. 13 – окно параметров АС

  После настройки нажимаем  на кнопку  «моделирование», в  результате имеем следующее:

Рис. 14 – АЧХ и ФЧХ усилителя

   Определим полосу  пропускания усилителя. По выше  проведенным расчетам полоса  равна: fв – fн= 3,3 МГц – 10 Гц = 3,29 МГц. Сравним рассчитанную ПП с полученной при моделировании. Она отмечается на графике на уровне 0,707 от максимального значения коэффициента усиления.

  Как видно из рисунка 14.1, полоса пропускания получается равной около 3 МГц.

Рис. 14.1 – ПП на АЧХ

  Качественным показателем  того, что сигнал действительно  усиливается может служить переходная  характеристика( рис.15).

Рис. 15 – Переходные характеристики

   Входной сигнал  снимается с узла V(1) (показан на рисунке 12), а выходной с узла V(6). На рисунке 15 мы наблюдаем искажения, вносимые усилителем. Для того чтобы правильно определить коэффициент усиления, нужно подать такой сигнал, при котором на выходе сигнал не исказится.

Рис. 15.1 – Переходная характеристика при входном сигнале 0.13 В

   На рисунке 15.1 показана ПХ, которая отображает при каком входном сигнале на выходе не наблюдаются искажения. Можно сделать вывод, что максимальный сигнал на входе, при котором на выходе искажения минимальны , это сигнал амплитудой 0.13 В. На выходе имеем сигнал амплитудой  0.56 В. Следовательно, коэффициент усиления равен = 4,3.

 Оценим влияние изменения  температуры на ЧХ усилителя. Начальная температура 00С , конечная 900С.

Рис. 16 – Влияние температуры на ЧХ усилителя

  Как видно из рисунка 16 увеличение температуры увеличивает коэффициент усиления.

  Также изменение температуры  влияет на переходные процессы (рис.17).

Рис. 17 – Переходная характеристика при изменении температуры

    Температура несколько  изменяет переходную характеристику, но эти изменения  не значительны.

   Далее проведем оценку искажений.

Рис. 18 – влияние искажений

   Искажения существенно  влияют на ФЧХ усилителя. Чего нельзя сказать об АЧХ, в целом она сохраняет свой прежний вид, что может говорит о стабильности усилительного каскада.

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

   При выполнении курсовой работы был произведен расчет усилительного каскада по переменному току и по постоянному току. Выбрав управляемый элемент ( транзистор КТ375Б), постороена на его статических характеристиках нагрузочная прямая, что позволило расчитать основные элементы для усилительного каскада. Основными элементами RС – усилителя являются: 

- источник питания Eк= 25 В;

- управляемый элемент: транзистор = КТ375Б;

- резистор Rк = 820 Ом.

  А также рассчитаны  вспомогательные элементы усилительного каскада: разделительные ёмкости, дополнительные сопротивления и т.д.

  После вышеизложенных  действий было проведено моделирование  усилителя. Сравнивая результаты  косвенного расчета и результаты  моделирования можно сделать  вывод, что данный метод рассчета  не достаточно точный, либо программа, в которой производилось моделирование, обладает высокой погрешностью. Среда моделирования (Electronics Workbench) имеет в своей библиотеке  идеализированные  компоненты, то есть исключает потери в отличии от реальных элементов. Но все же расчеты с моделировнием различаются не критически. Для наглядности сравним их в табличном виде.

Таблица 5 – сравнение параметров

Параметр	Ku	П, МГц	,МГц	,Гц
Теор. расчет	1,9	3,29	3,3	10
Результат, полученный при моделировании	4,3	3	3,1	100

  

 

Список литературы

1. Баканов, Г.Ф. Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств : учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений / Г.Ф. Баканов, С.С. Соколов, В.Ю. Суходольский ; под ред. И.Г. Мироненко. – М. : Издательский центр «Академия», 2007. – 368 с.

 

2. Схемотехника электронных систем. Аналоговые и импульсные устройства / В.И. Бойко, А.Н. Гуржий, А.А. Зори, В.Я. Жуйков, В.М. Спивак. – СПб. : БХВ–Петербург, 2004. – 496 с.

 

3. Вайсбурд, Ф.И. Электронные приборы и усилители / Ф.И. Вайсбурд, Г.А. Панаев, Б.Н. Савельев. –4-е изд., стер. – М. : КомКнига, 2007. – 480 с.

 

4. Проектирование усилительных устройств на транзисторах : учебное пособие для вузов / Г.В. Войшвилло, В.И. Караванов, В.Я. Краева, М.Е. Мовшович, С.А. Новиков. – М: Связь, 1978. – 184 с.

 

5. Головатенко-Абрамова, М.П. Задачи по электронике / М.П. Головатенко-Абрамова, А.М. Лапидес. – М: Энергоатомиздат, 1992. – 112 с.

 

6. Ежков, Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей / Ю.А. Ежков. – 2- е изд. перераб. – М. :ИП РадиоСофт, 2002. – 272 с.

 

7. Информационно-измерительная техника и электроника : учебник для студ. высш. учеб. заведений / Г.Г. Раннев, В.А. Сурогина, В.И. Калашников [и др.] ; под ред. Г.Г. Раннева. – М: Издательский центр «Академия», 2006. – 512 с.

 

8. Карлащук, В.И. Электронная лаборатория на IBMPC : лабораторный практикум на базе «Electronics Workbench и MATLAB» / В.И. Карлащук. – М. : СОЛОН-Р, 2004. – 799 с.

 

9. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры : учебник для вузов/ К.И. Билибин, А.И. Власов, А.В. Журавлева [и др.]. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 528с.

 

10. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др. Под ред. Б.Л. Перельмана – М: Радио и связь, 1981 – 656 с.

 

 

Приложение А

Параметры усилительного каскада

Таблица 1

№	Наименование	Номинал
1	Ri	900 Ом
2	Rб1	1600 Ом
3	Rб2	910 Ом
4	Rк	820 Ом
5	Rэ	430 Ом
6	Ср1	25 мкФ
7	Ср2	25 мкФ
8	Сэ	350 мкФ
9	Rн	117 Ом
10	Uп	25 В

 

Справочные входные и выходные статические характеристики биполярного транзистора КТ375Б [10]

Рис. 19 – Статические характеристики

 

 

 

 

Приложение Б

Шкалы номинальных значений сопротивлений резисторов и ёмкостей конденсаторов

Таблица 2 – шкала номинальных значений сопротивления резисторов

Сопротивления резисторов от 1Ом до 9,1 ГОм
Ряд Е6 ∆ = 20 %	Ряд Е12, ∆ = 10 %	Ряд Е24 ∆ = 5 %
1,0	1,0	1,0
		1,1
	1,2	1,2
		1,3
1,5	1,5	1,5
		1,6
	1,8	1,8
		2,0
2,2	2,2	2,2
		2,4
	2,7	2,7
		3,0
3,3	3,3	3,3
		3,6
	3,9	3,9
		4,3
4,7	4,7	4,7
		5,1
	5,6	5,6
		6,2
6,8	6,8	6,8
		7,5
	8,2	8,2
		9,1

Примечания.

1. Для получения номинального  значения число из таблицы  следует умножить на 10n.