Методика расчёта каскадов усилителя

Проектирование усилителя начинают с составления структурной схемы и выбора её элементов, исходя из предъявленных к усилителю требований.

При выборе структурной схемы решают, нужны ли в проектируемом усилителе входное и выходное устройства, усилитель мощности и предварительный усилитель. Составив структурную схему усилителя, выбирают принципиальные схемы входного и выходного устройств (резистивно-емкостные, трансформаторные), каскада усилителя мощности (однотактный, бестрансформаторный, трансформаторный), каскадов предварительного усиления (с прямой связью, резистивный, трансформаторный, инверсный и т.д.).

После этого выбирают транзисторы для всех усилительных каскадов, исходя из заданной выходной мощности или выходного напряжения и напряжения источника сигнала, приближённо определив требуемый от каскадов коэффициент усиления. Затем осуществляют ориентировочный выбор принципиальной схемы усилителя и распределяют заданные частотные искажения М_н и М_в по цепям и каскадам, вносящим эти искажения. Распределение М_н и М_в производят отдельно на нижней и верхней рабочих частотах. После этого выбирают режим работы транзисторов и осуществляют электрический расчёт элементов схемы.

Расчёт усилителя проводят начиная с оконечного каскада, а затем рассчитывают предоконечный каскад и последовательно доходят до входа.

1. Расчёт выходной цепи.

Эквивалентная схема выходной цепи для сигнала (по переменному току) приведена на рис.3,

где транзистор представлен источником тока, шунтированным сопротивлением r_к и ёмкостью С_к его коллекторного перехода.

Так как ток каскада следует брать минимальным, определим максимально допустимое сопротивление R₅ обеспечивающее пропускание f_гр.в. Ёмкость конденсатора С₃ >> С_н заведомо, поэтому на высоких частотах С₃ можно считать коротко замкнутым. Кроме того r_к >> R_н и С_к<< С_н, поэтому влияние r_к и С_к меньше погрешности расчёта и соответственно ими можно пренебречь. Таким образом, постоянная времени перезаряда С_н есть Т_н@ (R₅ II R_н) С_н

Имеем f_гр.в = 1 / 2p Т_н, откуда R₅ II Rн £ 1 / 2p С_н f _гр.в.

Из уравнения R₅ II R_н = R₅ R_н / (R₅ + R_н) получим значение R₅.

Чтобы иметь запас по f_гр.в выбираем ближайший меньший номинал для резистора R₅

Выбираем напряжение покоя коллектора транзистора U_ко. Максимальное амплитудное значение выходного сигнала есть U_вых.а =К_uo U_вх.а.

Следовательно, диапазон возможных напряжений на коллекторе U_ко будет равен.

Примем U_ко =2Е / 3 и напряжение покоя базы U_бо = Е / 3, тогда диапазон возможных изменений U_к будет U_к @ U_ко ± и если он заведомо больше чем требуется, то такой запас позволяет не беспокоиться о возможном отклонении U_ко от расчётного значения вследствие отклонений сопротивлений резисторов от номинальных значений или температурного дрейфа параметров транзисторов.. Вместе с тем ток покоя коллектора транзистора будет достаточно невелик.

I_к = (Е — U_ко) / R₅

Ёмкость конденсатора С₃ должна быть выбрана такой, чтобы обеспечивалась передача сигнала с f_гр.н с коллектора транзистора на сопротивление нагрузки. Из эквивалентной схемы видно, что перезаряд этого конденсатора происходит через последовательное соединение R₅ и R_н. Следовательно, постоянная времени перезаряда С₃ составит:

Т_нч = (R_{5 +} R_н) С₃ ³ 1/ 2p f_гр.н.