КП - Дифференциальный усилитель - 3 (1266567), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Схема сдвига потенциала выполнена на транзисторе , включенного по схеме общий коллектор, и генераторе стабильного тока (далее ГСТ2) на транзисторах и (токовое «зеркало»). Постоянная составляющая компенсируется на база-эмиттерном переходе и резисторе . Выходное сопротивление ГСТ очень большое, поэтому можно пренебречь делением

напряжения. Эмиттерный повторитель на транзисторе помимо всего понижает выходное сопротивление второго ДК, согласовывая тем самым его с низкоомной нагрузкой.

Работа генераторов стабильного тока (ГСТ1 и ГСТ2) обеспечивается нижним источником питания . Верхний источник питания обслуживает

первый и второй дифференциальные каскады, а также эмиттерный повторитель на транзисторе .

Теперь рассмотрим возможные пути распространения сигнала по схеме данного дифференциального каскада. Допустим, в некоторый момент времени с генератора на базу транзистора поступил сигнал с положительным значением напряжения, тогда:

1. На коллекторе он станет отрицательным, далее он приходит на базу и на коллекторе он вновь становится положительным.

2. С базы сигнал приходит неинвертированным на коллектор (т.к включен по схеме с ОБ), передается на базу , где также проходит не изменяя знак ( относительно такой передачи является эмиттерным повторителем) на , где также не происходит его инвертирование.

Таким образом, на коллектор приходит усиленный на ДК сигнал в фазе с входным. При этом на коллекторе уже имеет место наличие нежелательной постоянной составляющей напряжения. Этот постоянный уровень напряжения сдвигается на нулевой уровень после прохождения через каскад сдвига потенциала.

Расчетная часть

Перед тем как приступить к непосредственному расчету каскадов произведем распределение потенциалов источников питания.

Рис. 4.1.

Для того, чтобы транзистор в электронной схеме не заходил в режим насыщения необходимо на база-коллекторном переходе всегда иметь напряжение не менее 1В при любых крайних режимах работы. Для того,

чтобы транзистор работал на линейной части своих входных характеристик необходимо на база-эмиттерном переходе иметь напряжение не менее 0.6В для кремниевых и 0.45В для германиевых.

Выбор транзистора

Из технического задания на курсовой проект следует, что активный элемент (транзистор) должен обладать следующими эксплуатационными данными и электрическими параметрами:

1. Возможно бóльшим коэффициентом усиления по току;

2. Малым током коллектора в линейном режиме работы (порядка ), для того, чтобы сопротивление коллектора было достаточно большим;

3. Малой емкостью коллекторного перехода;

4. Высокой граничной частотой коэффициента передачи тока;

5. Большим предельно допустимым напряжением коллектор-эмиттер: .

Всем вышеперечисленным критериям удовлетворяет транзистор BC847A производства фирмы General Semiconductor. Транзистор кремниевый эпитаксиально-планарной структуры, n-p-n усилительный. Предназначен для применения в усилителях, генераторах, преобразователях частоты.

Статический коэффициент передачи тока в схеме ОЭ

при , , ……………………………………………………………110…220

Граничная частота коэффициента передачи тока

При , …………………………………………………………………………….300 МГц

Емкостью коллекторного перехода

при , , не более…………………………………………………………6 пФ

Предельно допустимое напряжение ………………………………………………50 В

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора

при …………………………………………………………………………………………….310 мВт

Дифференциальные параметры:

……………………………………………………………………………………………………………2.7 кОм

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………220

…………………………………………………………………………………………………………… См

*Более подробно параметры транзистора приведены в спецификации (приложение к курсовой работе)

Для гарантированного выполнения заданного технического задания, расчет электронной схемы усилителя будем вести по худшим параметрам транзистора.

Используя систему дифференциальных h-параметров, найдем объемное сопротивление базы транзистора:

Выбор рабочей точки транзистора

В спецификации к данному транзистору отсутствуют графики входных и выходных вольтамперных характеристик, однако имеется передаточная характеристика , воспользовавшись которой также можно задать оптимальный режим работы транзистора.

Рис. 4.2.

Из графика видно, что в режиме малого сигнала передаточная характеристика практически линейна в окрестности рабочей точки А. Относительно выходной характеристики достоверно известно, что у подавляющего большинства биполярных транзисторов ее также можно заменить с большой точностью линейной характеристикой, при условии малых сигналов и достаточном напряжении смещения, не позволяющим транзистору войти в насыщение.

Итак, задаем ток в цепи коллектора равным , тогда статический коэффициент передачи тока . Однако в расчетах будем принимать во внимание худшие показатели, поэтому примем .

Расчет выходного каскада

Выходное сопротивление эмиттерного повторителя (транзистор ):

Входное сопротивление эмиттерного повторителя при подключении нагрузки

Однако, вследствие использования ГСТ в цепи эмиттера транзистора , , поэтому можно записать

;

Входное сопротивление является нагрузкой второго дифференциального каскада.

Расчет второго дифференциального каскада (несимметричный выход)

Пусть потенциал в точке Е равен ; рабочий ток коллектора равен . Оба плеча данного каскада являются полностью идентичными ( , ) поэтому ток коллектора транзистора равен току коллектора . Сопротивление коллектора и резистор являются включенными параллельно относительно коллектора транзистора . Для расчета воспользуемся следующим соотношением:

Выходное сопротивление каскада:

Входное сопротивление каскада:

Расчет первого дифференциального каскада (симметричный выход)

Через оба плеча данного ДК также протекают равные коллекторные токи (вследствие симметрии схемы, , ). Эти токи также соответственно равны коллекторным токам второго ДК, т.е. имеют величину равную . Примем, что на база-коллекторном переходе транзистора падение напряжения равно . Тогда потенциал точки A равен . Найдем сопротивление коллектора :

Выходное сопротивление каскада

Входное сопротивление каскада

Расчет генератора стабильного тока (ГСТ1)

Токи во все трех плечах данного ГСТ можно считать одинаковыми, т.к. коэффициент имеет очень высокое значение. На рис. 4.1 символом D обозначены точки равного потенциала . Генерируемый ток определяется следующим выражением

Резистор обратной связи

Токи каждого плеча ГСТ в 2 раза больше по величине коллекторных токов дифференциальных каскадов

Найдем величину сопротивлений резисторов обратной связи

Потенциал в точке С равен , определим величину резистора :

Выходное сопротивление данного генератора стабильного тока

Расчет коэффициентов усиления дифференциальных каскадов

Второй каскад (несимметричный выход):

Коэффициент усиления дифференциального сигнала.

Выходное сопротивление первого каскада является сопротивлением генератора для второго:

Коэффициент усиления синфазного сигнала

Коэффициент подавления синфазного сигнала

Первый каскад (симметричный выход):

Коэффициент усиления дифференциального сигнала

Пусть , тогда

Коэффициент усиления синфазного сигнала.

В этом случае синфазно работают оба транзистора. При полной симметрии схемы напряжение на дифференциальном выходе равно нулю. В реальных схемах всегда существует некоторое различие в значениях сопротивлений и коэффициентов передачи токов. Эти разбросы значений характеризуются: относительным отклонением сопротивления резистора от номинального значения ; относительным отклонением коэффициента передачи тока

эмиттера от номинального значения . При выполнении ДК на дискретных компонентах трудно получить малые значения и . В интегральном исполнении погрешности и незначительны. Для удобства расчетов вводят коэффициент асимметрии схемы , определив его следующим образом:

тогда коэффициент усиления синфазного сигнала

В данной курсовой работе ведется расчет ДУ на дискретных элементах, поэтому следует ожидать существенной асимметрии дифференциальных каскадов. Условно примем, что для первого ДК :

Коэффициент подавления синфазного сигнала

Расчет результирующих коэффициентов усиления для всего усилителя

Коэффициент усиления дифференциального сигнала

Коэффициент подавления синфазного сигнала

Расчет схемы сдвига потенциала

Характеристики

Список файлов курсовой работы