Решение

Задание на контрольную работу

Расчет принципиальной схемы однотактного резисторного каскада предварительного усиления на МОП-транзисторе с индуцированным каналом, параметров элементов схемы, режима работы каскада по постоянному току, коэффициента усиления каскада в области средних частот, входных и выходных параметров каскада.

Исходные данные

Решение

Расчет ведется аналитическим методом в следующем порядке:

1 Приводится принципиальная электрическая схема каскада и вводятся обозначения элементов на схеме.

Рисунок 1 – Схема КПУ на полевом транзисторе по схеме с общим истоком и истоковой стабилизацией

2 Рассчитывается общая нагружающая каскад емкость

, где

– выходная емкость транзистора, где

– справочное значение емкости затвор-сток, согласно характеристик, приведенных в Приложении 1 равно 2,5 пФ

– емкость сток-исток транзистора в схеме с общим истоком (зададимся равной 2 пФ)

2,5+2=4,5 пФ,

– емкость монтажа, 2 пФ,

– емкость нагрузки каскада, согласно исходным данным110 пФ.

3 Находим эквивалентное сопротивление выходной цепи каскада в области верхних частот на частоте с учетом заданного коэффициента частотных искажений :

, где

– допустимые частотные искажения в выходной цепи КПУ на верхней частоте.

4 Определяем сопротивление стоковой нагрузки транзистора

Принимаем Р1-4 12 кОм×0,25Вт±2%

5 Определяем режим работы транзистора по постоянному току и амплитуду тока в нагрузке .

Амплитуда тока в нагрузке определяется по формуле:

Ток покоя стока (постоянную составляющую) определяют по формуле:

, где

– коэффициент запаса тока.

6 Определяем напряжение покоя , которое должно быть в несколько раз больше амплитуды сигнала на выходе усилителя:

Часто характеристики транзисторов в справочнике приводятся для напряжения В, поэтому иногда в расчетах при прочих допустимых условиях можно принять напряжение на стоке равным 10 В, т.е. если амплитуда сигнала не превышает 2-3 В (как в нашем случае).

7 Определяем мощность, рассеиваемую полевым транзистором

Максимальная рассеиваемая мощность равна 1 Вт, так что условие выполняется.

8 Определяем напряжение питания каскада

Для выбора значения напряжения питания удобно пользоваться следующим выражением:

, где

– коэффициент, определяющий величину падения напряжения на сопротивлении обратной связи . Обычно значение находится в интервале 1,2…1,4. Примем

9 Определяем сопротивление стоковой цепи по постоянному току:

10 Определяем сопротивление резистора в истоковой цепи по формуле:

Принимаем Р1-4 160Ом ×0,25Ом±2%

– напряжение смещения затвора соответствующее току покоя стока , найденное по справочной зависимости тока стока от напряжения затвор-исток при указанной температуре, согласно характеристик в приложении 1 равно -2 В

В результате расчета оказалось , то следует выполнить цепь смещения по схеме на рисунке 1 и дополнительно рассчитать сопротивление в цепи питания затвора .

11 Рассчитываем коэффициент усиления каскада по напряжению без ООС

, где

– среднее значение крутизны тока стока от напряжения затвор-исток в окрестности рабочей точки ( ), 1,2мА/В.

12 Определяем величину сопротивлений цепи смещения затвора

Постоянный ток затвора крайне низок (около ), но сильно зависит от температуры – возрастает в 10 раз на каждые 30ºС. Поэтому выбор номинала резистора в основном определяется требуемым входным сопротивлением КПУ. Обычно его номинал составляет 47кОм-2МОм. Максимальное значение резистора определяется максимальным током утечки затвора при указанной температуре, при условии, что напряжение на резисторе не приведет к существенному изменению напряжения смещения . Обычно изменение смещения допускается не более 1%. С учетом этого можно определить максимальное значение сопротивления в затворе по формуле:

Значение можно найти в справочных данных на транзистор, согласно приложению 1 равен -1 нА

Так как то , т.е.

Принимаем Р1-12 22 МОм ×0,05 Вт±5%

Принимаем Р1-4 1 МОм×0,25Вт±2%

13 Находим сопротивление резистора , обеспечивающего ООС в каскаде.

Принимаем Р1-4 4,7 кОм×0,25Вт±2%

14 Находят общее входное сопротивление КПУ

15 Определяем общее выходное сопротивление каскада с ООС

Т=βК=0,34*15,61=5,31

16 Находим общее входное сопротивление с учетом действия ООС, которое равно

Определяем емкостную составляющую входного сопротивления каскада

17 Величина допустимых частотных искажений в области нижних частот распределяется с учетом разрешенной к применению элементной базы и других соображений между входной цепью и выходной цепью. В данном случае, ограничений на распределение частотных искажений нет. Поэтому можно принять, что частотные искажения распределены равномерно

, тогда

19 Величина допустимых частотных искажений в области верхних частот распределяется между входной цепью и выходной цепью . Необходимо проверить, что результирующее значение частотных искажений в области верхних частот вносимых каскадом не превышает заданное значение

Условие выполняется. Значит, режим каскада выбран правильно.

Приложение 1

Список использованной литературы

1. Травин Г.А. Основы схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения. Ч.1. Учебное пособие для вузов и факультетов связи. Новосибирск, СибГУТИ, 2001. – 196с.

2. Травин Г.А. Основы схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения. Ч.2. Учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов. Новосибирск, СибГУТИ, 2002. – 354с.

3.Травин Г.А. Схемотехника и расчет бестрансформаторных усилителей сигналов звуковых частот. Учебное пособие для вузов и факультетов связи. Новосибирск, СибГУТИ, 2003. – 148с.