Схемотехника телекоммуникационных устройств

Задача № 1. Начертить принципиальную схему однотактного резисторного каскада предварительного усиления на БТ, включенном по схеме с ОЭ с эмитерной стабилизацией точки покоя. Рассчитать параметры элементов схемы, режим работы каскада по постоянному току, коэффициент усиления в области средних частот, входные параметры каскада и амплитуду входного сигнала.

Таблица 1

Исходные данные

Таблица 2

Справочные параметры

1. Принципиальная схема каскада (рис.1).

Рисунок 1

2.      Рассчитывается общая нагружающая каскад емкость:

где СВЫХ.VT – выходная емкость транзистора, которую можно принять приблизительно равной емкости коллекторного перехода СК;

СМ – емкость монтажа, которую можно взять примерно равной 5 пФ.

3.      Находится эквивалентное сопротивление выходной цепи каскада в области верхних частот с учетом заданного относительного коэффициента усиления YВ на верхней частоте

4.      В соотношении:

можно пренебречь влиянием большого выходного сопротивления RВЫХ.VT транзистора VT:

Следовательно

Для RК применяем резистор из ряда Е24 с сопротивлением 680 Ом.

5.      Определяется амплитуда тока в нагрузке ImН и ток покоя транзистора iК0

6.      Напряжение покоя UКО должно быть в несколько раз больше амплитуды сигнала. По условию Um.Н < 2В. Поэтому удобно принять UК0 = 5В (при этом напряжении обычно измеряются параметры транзисторов).

7.      Расчет элементов схемы эмиттерной стабилизации тока покоя начинается с определения величин токов базы iБ0 и делителя iД.

Постоянный ток базы (ток смещения)

Ток делителя смещения:

Падение напряжения на резисторе RЭ

Тогда

Для RЭ применяем резистор из ряда Е12 с сопротивлением 270 Ом.

Входное сопротивление транзистора VT

где rББ’ – сопротивление базы.

Потенциал базы UБ0

где UБЭ0 ≈ 0,5 В – напряжение база – эмиттер для маломощных кремниевых транзисторов при токе покоя, измеряемого единицами миллиампер. Расчетная величина тока покоя устанавливается при настройке путем подбора сопротивлений резисторов базового делителя.

Напряжение источника питания

Сопротивление резисторов делителя

Для RБ применяем резистор из ряда Е24 с сопротивлением 18 кОм.

Для R применяем резистор из ряда Е24 с сопротивлением 4,3 кОм.

8.      Коэффициент усиления каскада

9.      Входное сопротивление и входная емкость каскада

сопротивление эмиттера:

где fТ – граничная частота транзистора;

СК – емкость коллектора.

10. Амплитуда входного сигнала Um.ВХ:

11. Величина допустимых искажений в области нижних частот распределяется с учетом разрешенной к применению элементной базы и других соображений между переходной цепью YН.Ср.вых и цепью СЭRЭ – YН.Сэ.

В данном случае ограничений нет и можно принять

Для Сp.вых используем конденсатор типа К4-13 с номинальной емкостью 0,01 мкФ.

где крутизна характеристики тока эмиттера

Где эквивалентное сопротивление тракта, предшествующего транзистору VT:

Для СЭ используем конденсатор типа К50-6 с номинальной емкостью 200 мкФ.

Задача №2. Начертить принципиальную схему инвертирующего усилителя на ОУ без указания цепей подачи питания и балансировки (установки нуля), цепей коррекции АЧХ. Рассчитать параметры элементов принципиальной схемы, кроме разделительного конденсатора на входе схемы, определить максимально допустимую амплитуду входного сигнала и граничную частоту (иначе, частоту среза или частоту полюса) АЧХ спроектированного усилителя, глубину обратной связи F.

1.      Исходные данные для расчета приведены в таблице 3.

Таблица 3

Исходные данные

2.      Принципиальная схема усилителя (рис.2).

Рисунок 2

3.      Определим сопротивление защиты RЗАЩ:

где uВЫХ.МАКС – максимальная амплитуда выходного сигнала; IВЫХ.МАКС – максимальный постоянный выходной ток.

Для Rзащ используем резистор из ряда Е24 сопротивлением 5,1 кОм

4.      Рассчитаем сопротивление RОС

Для RОС используем резистор из ряда Е24 сопротивлением 154 кОм

5.      Для расчета R1 рассчитаем сквозной коэффициент усиления ОС с обратной связью К*ОУ.ОС и коэффициент усиления по напряжению с обратной связью КОУ.ОС, они практически равны друг другу К*ОУ.ОС = КОУ.ОС:

где К*ОУ и КОУ –сквозной коэффициент усиления и коэффициент усиления по напряжению ОУ без ОС соответственно, которые практически равны К*ОУ ≈ КОУ.

 - коэффициент передачи цепи обратной связи.

 можно выразить через RИСТ, R1 и RОС

Поскольку по условию заданы КОУ и КОУ.ОС, то в дальнейшем используем формулу для КОУ.ОС.

Согласно выражению для КОУ.ОС, рассчитываем  :

По найденному  находим сопротивление R1

Для R1 используем резистор из ряда Е12 сопротивлением 680 Ом

Для того, чтобы не дебалансировать усилитель за счет входных токов, выбираем R2 = RОС=154 кОм.

6.      Рассчитаем входное и выходное сопротивления:

7.      емкостная составляющая цепи ООС создается за счет проходной емкости СПР резистора RОС. Тогда

СВХ.ОУ.ОС  СПР  КОУ.ОС

где СПР  1пФ

8.      Максимальная амплитуда выходного сигнала um.ВХ зависит только от максимальной амплитуды выходного сигнала и коэффициента усиления:

9.      Глубина обратной связи

10. Определим граничные частоты ОУ без ОС и с ОС fГР и fГР.ОС.

Для проведения инженерных расчетов воспользуемся идеализированной АЧХ, приведенной на рис.3. На оси ординат в логарифмическом масштабе отметим заданную величину коэффициента усиления без ОС КОУ, а на оси абсцисс – частоту единичного усиления f1 (это частота, на которой КОУ уменьшается до единицы). КОУ = 2∙104, f1 = 1МГц.

От отметки КОУ = 2∙104 на оси ординат проведем прямую, параллельную оси абсцисс до частоты fГР:

Соединяем эту точку с отметкой f1. Всегда наблюдается закономерность: чем больше КОУ тем меньше fГР.

Рисунок 3

Для нахождения граничной частоты fГР.ОС на оси ординат идеализированной АЧХ отметим заданный коэффициент усиления с ОС КОУ.ОС = 200 и проводим прямую, параллельную оси абсцисс до пересечения с АЧХ. Из точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось абсцисс, получаем

fГР.ОС≈6∙103 Гц=6 кГц

АЧХ спроектированного усилителя будет ограничиваться горизонтальной пунктирной линией и склоном АЧХ ОУ.