Расчет усилителя с ООС

    Составное сопротивление эммитера:

    R_Э1 = R_Э11 + R_Э12

    R_Э11 – шунтируется конденсатором С_Э1. Выберем его, как и во втором каскаде равным 2 кОм.

    R_Э12 – служит для подключения ООС. Выбор значения R_Э12 происходит по нескольким критериям. Во-первых, оно не должно быть слишком маленьким, иначе маленьким окажется входное сопротивление усилителя. Во-вторых, оно не должно быть больше нескольких десятков Ом, так как это повлечет за собой необходимость увеличения RОС и уменьшение усиления каскада. В-третьих, должно соблюдаться следующее условие:

  R_OC = (K_U.HOM – 1)R_Э12 > R_Э3.ЭКВ. = R_Э3||R_OC; 

  89*R_Э12 > 0.3.

    Допустим  возьмем R_Э12 = 10 Ом, тогда:

    89*0.01 > 0.3;

    0.89 > 0.3.

    Далее продолжим расчет каскада по постоянному току:

    U_ЭП = I_ЭПR_Э ≈ 2.22 В;

    U_БП ≈ U_ЭП + 0.7 ≈ 2.92 В;

    Принимая  во внимание подъем базового напряжения на 0.4 В за счет диода, рассчитаем базовый  делитель для напряжения U_БП ≈ 2.52 В:

       

    Выберем R_Б12 и R_Б11, исходя из условия стабильности и того, что R_Б нужно получить большими для лучшего сопротивления усилителя.

    R _Б11 = 240 кОм;

    R _Б12 = 43 кОм.

    Условие стабильности по постоянному току

    

    Входное сопротивление первого каскада и всего усилителя:

    R_BX1 = R_Б21 || R_Б22 || h_21Э (_rЭ1 + R_Э12) = 36.47 || (205*0.0325) ≈ 5.63 кОм

    Коэффициент усиления входного каскада:

     . 
 
 
 
 
 
 
 

5.2 Расчет  схемы с ООС

    Теперь, завершив расчет всех трех каскадов по отдельности и без ООС, можно приступить к расчету целого усилителя с ООС. Схема усилителя с подключенной ООС, нагрузкой и генератором представлена на рисунке 5:

    

    Рис. 5

    Проведем разделение R_Э3.ЭКВ. на R_Э3 и R_OC. Согласно условию: K_НОМ = 90, значит R_OC = 90*R_Э12 = 0.9 кОм.  Т. к. можно выбрать резистор обратной связи из ряда Е192 , то возьмем его равным 0.898 кОм. Тогда для сохранения

    R_Э3.ЭКВ = R_Э3 || R_OC = 0.3 кОм, возьмем R_Э3 = 0.47 кОм.

     - коэффициент обратной связи,  равный:

     .

    K_U0 = K_U01* K_U02* K_U03 ≈ 82.9*161.8 ≈ 13413.22

    K_U0.OC - значение в усилителе с ООС без учета ее глубины, в идеальных условиях, рассчитывается после определения К_U0:

     .

    Отклонение  расчетного значения коэффициента усиления от номинального вследствие конечной  глубины ООС:

      

    Как упоминалось ранее, на входном каскаде  усилителя за счет ООС будет усиливаться  уменьшенный входной сигнал:

     .

    Таким образом, входной сигнал до усиления будет уменьшаться в 147 раз.

    Теперь, для получения реального значения коэффициента усиления, следует посчитать  коэффициенты согласования на входе  и выходе генератора.

    Коэффициент согласования на выходе:

     .

    Перед расчетом коэффициента согласования по входу, стоит скорректировать значения сопротивлений базового делителя входного каскада за счет подключения ООС и изменения условия стабильности по постоянному току. Помножим ранее полученные R_Б1 на множитель:

     .

    То  есть ранее полученные сопротивления  можно увеличить в 1.7 раза за счет глубокой ООС. Вновь выбранные сопротивления  базового делителя входного каскада: R_Б11 = 390 кОм; R_Б12 = 68 кОм.

    Пересчет  входного сопротивления усилителя  с учетом влияния ООС:

    R_ВХ1 = R_Б11 || R_Б12 || h_21Э [r_Э1 + R_Э12(1 + )] ≈ 57 || 308 ≈ 48 кОм.

    Коэффициент согласования по входу:

     .

    Принимая  в расчет все ранее полученные данные, определим общий коэффициент  усиления в реальном режиме:

    K_UP.OC = K_U0.OCK_BX.ОСK_ВЫХ.ОС ≈ 90.29*0.94*0.9997 ≈ 84.84.

    Отклонение  реального значения коэффициента усиления от номинального вследствие конечной  глубины ООС и условий согласования на входе и выходе:

     .

    Отклонение  от номинального коэффициента усиления всего на 1.5% это очень хороший результат, полученный при расчете «на бумаге», однако, нужно принимать во внимание и реальные разбросы значений резисторов и транзисторов при их производстве. Поэтому пересчитаем коэффициент усиления для наихудшего случая этих разбросов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    5.3 Расчет для наихудшего сочетания  разбросов элементов схемы

    Новое значение I_ЭП  вычисляется, как

     ,

    Пересчитаем I_ЭП  для второго каскада:

    

    Пересчитаем I_ЭП  для первого каскада:

    

    Новое значение R_ВХ2 = R_БД2 || h_21Эr_Э2 ≈ 6.04||2.55 ≈ 2 кОм;

    Новое значение R_ВХ3 = R_БД3||h_21Э(R_Э3||R_OC) ≈ 19.6||33 ≈ 12.45 кОм;

    Пересчитаем K_UO3:

    

    Пересчитаем K_UO2:

     .

    Пересчитаем K_UO1:

    

    Таким образом, K_U0 ≈ 10676.

    Перерасчет  K_U0.OC:

      
 
 

    

    Снова изменим сопротивления базового делителя входного каскада с учетом ООС:

     .

    Вновь выбранные сопротивления: R_Б11 = 270 кОм; R_Б12 = 39 кОм.

    Входное сопротивление усилителя:

    R_ВХ1 = R_Б11 || R_Б12 || h_21Э [r_Э1 + R_Э12(1 + )] ≈ 34.1 || 4.7 ≈ 4.35 кОм.

    Новое значение К_ВХ:

    

    Выходное  сопротивление усилителя:

    

    Новое значение К_ВЫХ:

    

    Определим новое значение реального коэффициента усиления:

    K_UP.OC = К_ВХК_ВЫХK_U0.OC ≈ 90.1*0.71*0.9999 ≈ 64.1.

    Отклонение  коэффициента усиления от номинального значения  в  наихудшем случае:

       
 
 
 
 

    5.4 Расчет частотных характеристик  усилителя в области НЧ и  ВЧ 

    Рассчитаем  АЧХ усилителя в области низких частот.

    Сначала определяется граничная частота  для схемы без ООС:

     .

    Значение  определяется через отдельные граничные частоты каждой

    RC-цепи, входящей в схему по формуле:

    

    Рассчитаем  граничные частоты отдельных  цепей:

1. входная цепь - ,
2. эмиттер VT1 - ,
3. разделительный конденсатор после VT1 - ,
4. эмиттер VT2 - ,
5. разделительный конденсатор после VT2 - ,
6. выходная цепь - .

    Подберем  значения конденсаторов таким образом, чтобы в сумме  получалось ≈ 11.8 кГц.

    Методом подбора получены оптимальные значения емкостей конденсаторов:

1. С_P1 = 3.3 мкФ
2. C_Э1 = 220 мкФ
3. С_Р12 = 3.3 мкФ
4. С_Э2 = 220 мкФ
5. С_Р23 = 3.3 мкФ
6. С_Р3 = 4.7 мкФ

 

    Рассчитаем  АЧХ усилителя в области высоких  частот.

    

    Значение  f_B таковы, что собственные емкости транзисторов еще не оказывают своего влияния. Задание этой частоты обеспечивается внешним конденсатором С_{КОРР.ВЧ}, который присоединяется параллельно резистору R_K2.

     .

    6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

    В процессе работы была изучена методика расчета усилителя с ООС. В  итоге  была проделана следующая работа:

    1. Была получена и проанализирована  схема усилителя на трех каскадах;

    2. Получена правильно функционирующая  глубокая ООС;

    3. Достигнуто минимальное отклонение коэффициента усиления от заданного даже в реальном наихудшем случае разбросов параметров усилителя.

    4. Получена АЧХ с заданными граничными  частотами.