Анализ технического задания

Техническое задание

Рассчитать усилитель гармонических сигналов, удовлетворяющий следующим требованиям:

• ЭДС входного сигнала: E=2 мВ
• Активная нагрузка: R_н=100 кОм
• Частотные искажения: M_Н=2,8; М_В=3
• Минимальная рабочая температура: t_min= -5°С
• Максимальная рабочая температура: t_max=40°С
• Внутреннее сопротивление источника: R_ист=400 Ом
• Нижняя граничная частота: f_Н=20 Гц
• Верхняя граничная частота: f_В=12 МГц
• Коэффициент гармоник: K_Г=3 %
• Входное сопротивление: R_вх=2 кОм
• Амплитуда выходного сигнала: U_вых=2,5 В
• Допустимая нестабильность коэффициента усиления в заданном диапазоне рабочих температур не должна превышать 10%.

Анализ технического задания

Рассчитываемый усилитель имеет высокую верхнюю граничную частоту, что потребует применения высокочастотных усилительных секций типа общий эмиттер (ОЭ) с использованием коррекции эмиттерной противосвязью, которая дополнительно стабилизирует коэффициент усиления каскада.

Умеренные требования по нижней граничной частоте позволяют использовать конденсаторы, как в цепях межкаскадной связи, так и в цепях эмиттерной стабилизации.

Входное сопротивление усилителя не оговорено (по умолчанию R_вх=1÷3 кОм), а сопротивление генератора мало (R_ист=400 Ом), что позволяет не выделять входной каскад, полагая вносимые им искажения такими же, как и у промежуточных каскадов. Таким образом вся схема широкополосного усилителя будет реализована на усилителях с ОЭ.

Сравнительный анализ вариантов построения усилителя, выбор числа каскадов или усилительных секций, выбор типов транзисторов

При проектировании широкополосного усилителя (ШУ) основное внимание должно быть уделено мерам по обеспечению требуемого постоянства коэффициентов усиления в заданном частотном диапазоне. Расчет ШУ должен производиться с учетом частотной зависимости параметров усилительного прибора (УП).

Определяем выходные характеристики:

=15,625 мкВт

Далее выберем схемы выходных, входных каскадов и КПУ:

Выходной каскад и каскады предварительного усиления (КПУ) выбираем по схеме с ОЭ (большое выходное и малое входное сопротивление). Схемная реализация которого представлена на Рис.1. Это схема усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером.

Рис. 1 Принципиальная схема усилителя с ОЭ.

Элементы усилительного каскада выполняют следующие функции:

- обеспечивают выбранное положение рабочей точки (РТ) и температурную стабилизацию транзистора.

- разделяет усилительные каскады по постоянному току.

- является коллекторной нагрузкой транзистора.

- устраняет отрицательную обратную связь по переменному току.

В качестве входного каскадатакже выбираем схему с ОЭ. Если сопротивление источника сигнала составляет сотни Ом, то входной каскад выбирается по схеме с общим эмиттером. В нашем случае в качестве входного каскада выбираем схему с ОЭ.

Найдём количество КПУ:

КПУ - каскады предварительного усиления предназначены для усиления напряжения, тока и мощности до значения, необходимого для подачи на вход усилителя мощности.

При проектировании усилителя необходимо решить ряд задач, связанных с составлением схемы, наилучшим образом удовлетворяющей поставленным требованиям, с расчетом этой схемы на основании выбранных параметров и режимов работы ее элементов.

Количество каскадов предварительного усиления определяется необходимым усилением.

, где

- коэффициент усиления требуемый от КПУ.

- коэффициенты усиления входного и выходного каскадов ( )

- коэффициент усиления внутренних цепей усилителя.( )

- заданный коэффициент усиления УНЧ

(K= )

Для каскадов с ОЭ коэффициент усиления i-го каскада . Выбираем .

Тогда количество КПУ находится по формуле: N= =

Структурная схема данного усилителя будет состоять из трех блоков: входной каскад, промежуточный каскад и выходной или оконечный каскад.

Усиление по каскадам распределим равномерно. Структурная схема усилителя представлена на рис.2. ,

Частотные искажения на верхней частоте целесообразнее всего распределить по каскадам неравномерно, т.е. усилим требования к одному из них – к первому, т.к. в нем происходит незначительное увеличение входного напряжения.

Распределение частотных искажений на верхней частоте f_в=12 МГц:

Мв_ВЦ=0,86 Мв₁=0,97 Мв₂=1,55 Мв₃=1,55

Распределим частотные искажения на нижней частоте f_н=20 Гц одинаково по каскадам, для упрощения расчетов: Мн_ВЦ=Мн₁=Мн₂=Мн₃=Мн₄=1,3

=1,3 2,86

Частотные искажения на нижней частоте для блокирующей емкости резистора подстройки усиления возьмем М_БЛ=0,86

Рис.2. Структурная схема усилителя.

Таким образом: