Тенденции развития схемотехники

В качестве предварительного каскада выберем каскад с резисторно-конденсаторной связью на биполярном транзисторе, включённом по схеме с

общим коллектором (рис.4) т.е. эмиттерные повторители (ЭП).

Применение ЭП непосредственно перед входом двухкаскадного УМЗЧ, имеющего малое входное сопротивление из-за параллельной по входу общей ООС, может оказаться более целесообразным по сравнению с каскадом с ОЭ. Так как коэффициент усиления напряжения каскада с ОЭ при работе на малое входное сопротивление УМЗЧ получается очень малым и в этих условиях сквозной коэффициент усилия ЭП может оказаться больше, чем у каскадов с ОЭ. Кроме того при использовании ЭП будут лучше АЧХ и ФЧХ на верхних частотах вследствие того, что у ЭП очень малые выходные сопротивления и входная ёмкость.

На (рис.5) приведена принципиальная схема однотактного ЭП в режиме «А» с фильтром R_ФС_Ф. Резисторы R_Б и R служат для обеспечения требуемого смещения в цепи базы транзистора. Конденсаторы С_{Р.ВХ.ПР.} и С_{Р.ВЫХ.ПР.} служат для связи VT1 с источником сигнала и с внешней нагрузкой по переменному току и разделения их по постоянному току. R_ФС_Ф. служат для развязки каскадов по цепям питания и дополнительного сглаживания пульсации питающего напряжения Е_В. Резистор R_Э. в ЭП не только обеспечивает эмиттерную стабилизацию постоянного коллекторного тока, но

и является элементом связи транзистора VT1 с внешней нагрузкой, т.е. входит в связку VT по переменному току (по сигналу). Поэтому в ЭП его нельзя шунтировать по переменному току конденсатором большой ёмкости С_Э.

Рисунок 5. Принципиальная схема однотактного ЭП в режиме «А»

Порядок расчёта.

1. Выберем постоянный коллекторный ток и постоянное коллекторное

напряжение , постоянный ток базы и постоянное напряжение на базе транзистора VT.

а)

б) . По условию, (условие выполнено)

в)

г)

2.Выбираем сопротивление резистора

Резистор в ЭП выбирают с точки зрения обеспечения необходимой стабилизации постоянного коллекторного тока по формулам:

[1,(3.133)]

где

в соответствии, с чем оказывается достаточным для обеспечения требуемой сквозной глубины ООС по постоянному току и стабильности тока .

Следовательно

[ГОСТ ]

3. Рассчитаем резисторы делителя смещения и в цепи базы транзистора VT по соотношениям, где

-ток делителя смещения.

-потери питающего напряжения на R_Ф фильтра R_ФС_Ф в общей питающей цепи каскада.

[ГОСТ ]

[ГОСТ ] [1,(3.138)]

4. Рассчитаем входное сопротивление транзистора VT.

а) сначала без ООС по формуле

[1,(3.140)]

б) с учётом действующей в ЭП местной последовательной по выходу ООС

[1,(3.168)]

где -сопротивление нагрузки VT по переменному току (по сигналу);

-коэффициент усиления по коллекторному току транзистора VT

Следовательно

5. Коэффициент усиления тока VT в ЭП по эмиттерной цепи и по выходу ЭП не изменяются последовательной по входу ООС в ЭП и соответственно будут: [1,(3.169)]

[1,(3.170)]

Коэффициент усиления напряжения ЭП с учётом местной

последовательной по входу ООС будет близким к единице:

[1,(3.171)]

6. Входное сопротивление ЭП с учётом делителя смещения будет определятся параллельным соединением входного сопротивления транзистора VT с учётом последовательной по входу ООС и сопротивлений делителя и

[1,(3.172

7. Входная ёмкость ЭП с учётом последовательной по входу ООС будет

[1,(3.173)]

где -входная ёмкость транзистора с учётом последовательной по входу ООС

-входная ёмкость транзистора VT без ООС;

-проходная ёмкость транзистора VT.

Следовательно

Подставляя полученные значения в формулу [1,(3.173)] получим

8. Рассчитаем требуемый уровень сигнала на входе ЭП. Требуемая амплитуда напряжения сигнала на входе ЭП с учётом последовательной по входу ООС в ЭП будет

[1,(3.176)]

Амплитуда тока на входе транзистора VT. и амплитуда тока на входе всего ЭП соответственно будут:

[1,(3.177)]

[1,(3.178)]

9. Рассчитаем ёмкость конденсатора с точки зрения отводимого на выходную цепь ЭП коэффициента частотных искажений

[1,(3.179)]

где -выходное сопротивление ЭП;

-выходное сопротивление транзистора VT с учётом параллельной по выходу ООС;

-эквивалентное сопротивление тракта сигнала предшествующего транзистору VT ЭП.

Следовательно

Подставляя полученные значения в формулу [1,(3.179)] получим

[ГОСТ ]

10.Расчёт фильтра R_ФС_Ф

Сопротивление R_Ф рассчитаем по выражению:

[ГОСТ ] [1,(3.153)]

Ёмкость С_Ф рассчитывается по формуле

; [1,(3.154)]

откуда [ГОСТ ]

11. Проверяем, обеспечивает ли источник сигнала Е_ИСТ.,R_ИСТ. на входе предварительного каскада требуемые значения амплитуды входного и входного напряжения сигнала:

[1,(3.155)]

[1,(3.156)]

(условие выполнено)

12. Оценим коэффициент частотных искажений входной цепи на верхней частоте сигнала

[1,(3.157)]

где

-эквивалентная ёмкость, шунтирующая входную цепь каскада на верхних частотах.

-эквивалентное сопротивление входной цепи предварительного каскада на верхних частотах;

Следовательно

13. Определяем ёмкость с точки зрения отводимого на входную цепь

на нижней рабочей частоте коэффициента частотных искажений

[1,(3.158)] [ГОСТ ]

3.9. Расчёт ёмкостей переходных конденсаторов С_р.вых. и С_р.вх. и блокировочного конденсатора.

1. С точки зрения допустимых частотных искажений на нижней частоте f_Н. сигнала М_{Н.СР.ВЫХ} ёмкость этого конденсатора должна быть

[1,(3.115)]

где -выходное сопротивление транзистора VT2 с учётом параллельной по выходу местной ООС в выходном каскаде и с учётом параллельной по выходу общей ООС, охватывающей предвыходной и выходной каскады. Определяется выражением

[1,(3.116)]

где

-выходное сопротивление транзистора VT2 обратной связи.

[1,(3.117)]

петлевое усиление местной отрицательной обратной связи, вычисленное при холостом ходе со стороны выхода схемы.

[1,(3.118)]

петлевое усиление общей отрицательной обратной связи, вычисленное при холостом ходе со стороны выхода схемы

причём с учётом влияния и местной обратной связи.

Петлевое усиление местной обратной связи и общей обратной связи

вычисляется по формулам:

[1,(3.119)]

[1,(3.120)]

Глубина обратной связи вычисляется по формуле

[1,(3.121)]

где

коэффициент усиления по току выходного каскада.2

После предварительных вычислений получим, что

Подставляя полученное значение в формулу [1,(3.115)] получим [ГОСТ ]

С точки зрения допустимых нелинейных искажений ёмкость конденсатора должна быть не выше

[1,(3.123)]

где

Следовательно

[ГОСТ8200]

Из двух полученных значений выбираем большее, вычисленное по формуле [1,(3.115)]

2. Ёмкость конденсатора .

Так как на входе УМЗЧ стоит предвыходной каскад ЭП то найденная по формуле [1,(3.179)] ёмкость будет выполнять роль ёмкости Следовательно

3. Ёмкость блокировочного конденсатора находим по формуле

[1,(3.126)]

где -эквивалентное выходное сопротивление тракта, предшествующего входу транзистора VT1.

-выходное сопротивление тракта предвыходного каскада стоящего на входе схемы.

-результирующее сопротивление делителя в цепи базы транзистора VT1.

Следовательно

[ГОСТ ]

На этом расчет усилителя звуковой частоты согласно исходных данных закончен. На рисунке 6 данного проекта изображена рассчитанная схема УЗЧ

Рисунок 6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ О РЕЗУЛЬТАТАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

В ходе курсовой работы был разработан усилитель мощности звуковой частоты, определена область применения и назначения. Описана и разработана функциональная схема, приведены расчеты, предпологающие работоспособность схемы. Графическая часть включает принципиальную схему, перечень элементов. Получены в ходе работы расчеты параметров, соответствуют техническому заданию данного курсового проекта.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Расчет бестрансформаторных усилителей звуковых частот Г.А. Травин Учебное пособие Новосибирск 2003

2. Основы схемотехники. Г.А. Травин Методические указания по изучению дисциплины и выполнению заданий по контрольным и курсовым работам Новосибирск 2003

Тенденции развития схемотехники

На сегодняшний день можно выделить основные тенденции в развитии схемотехники:

а) непрерывный рост уровня интеграции микросхем;

б) уменьшение размеров, стоит тут отметить, что это является главной тенденцией;

в) увеличение быстродействия (быстродействие – это число операций в секунду);

г) уменьшение уровня напряжения питания;

д) уменьшение уровня тока потребления;

е) стремление использовать все U_пит (от 0 до U_пит) – Rail-to-Rail;

ж) использование одного источника питания;

з) улучшение параметров аналоговых схем на постоянном токе (уменьшение дрейфа нуля, уменьшение уровня входных токов, максимальный коэффициент усиления ОУ не требует коррекции, так как они имеют внутреннюю коррекцию и так далее);

и) уменьшение уровня шумов по току и напряжению;

к) увеличение функциональных возможностей микросхем;

л) обработка сигналов в реальном времени;

м) расширение номенклатуры изделий (микросхем).