Григорьев А.Г., Скачко В.Д. Схемотехника аналоговых электронных устройств
Подождите немного. Документ загружается.
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ
3.3. Примеры расчета
Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе
-21-
низких частот [2, (16.4)]:
н
22
нн
11
τ 0,022с.
2π 1 2π 20 1,63 1
i
ii
fM
= = =
⋅⋅ − ⋅⋅ −
Для выходного каскада, задаваясь
α 0,5=
и учитывая, что
δн
22
11
τ τ 1 0,022 1 0,0494с;
α 0,5
i
=⋅+ = ⋅+ =
эδ
τ 0,5 τ 0,5 0,0494 0,0247с;= ⋅= ⋅ =
энр к ндоп
670 2000 2670Ом;R RR=+=+=
кпр бсв
энδэ б'б б'э
кпр бсв
1
β1
RR
R R rr
RR
⋅
=+ ⋅ ++ =
++
1 670 6200
33,2 160 523 49Ом,
80 1 670 6200
⋅
= + ⋅ ++ =
++
найдем значения разделительной на выходе и эммитерной блокировочной
емкостей:
δ
р
энр
τ 0,0494
18,5мкФ;
2670
С
R
= = =
э
э0
энδ
τ 0,0247
500мкФ.
49
С
R
= = =
В промежуточном каскаде при том же значении
0,5α=
получим для
разделительного межкаскадного конденсатора на выходе каскада:
бсл вхтр.сл
энр ксв
бсл вхтр.сл
6200 3375
670 2855Ом;
6200 3375
RR
RR
RR
⋅
⋅
=+=+=
++
р
0,0494
17,3мкФ.
2855
С = =
Для блокировочного конденсатора в эмиттере
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ
3.3. Примеры расчета
Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе
-22-
энδ
1 670 6200
34 160 523 50Ом;
80 1 670 6200
R
⋅
=+ ⋅ ++ =
++
э0
0,0247
494мкФ.
50
C = =
Во входном каскаде следует учесть три конденсатора: два разделитель-
ных на входе и выходе и конденсатор в цепи эмиттерной термостабилизации.
Задаваясь значениями
0,5α=
и
вх
α1=
, найдем:
рн
22 2
вх э
11 1
τ τ 1 0,0494 1 1 0,121с;
α α 0,5
i
=⋅+ + = ⋅++ =
вх р
τ τ 0,121с;= =
эр
τ α τ 0,5 0,121 0,061с;=⋅= ⋅ =
эквивалентные сопротивления:
энр.вых
6200 3450
670 2887Ом;
6200 3450
R
⋅
=+=
+
б вх
энр.вх г
б вх
6200 3370
100 2283Ом;
6200 3370
RR
RR
RR
⋅⋅
=+=+ =
++
энδ
1 100 6200
32 160 523 41,6Ом.
80 1 100 6200
R
⋅
=+ ⋅ ++ =
++
Значения емкостей оказываются равными:
рвых
рвх
э0
0,121
41мкФ;
2887
0,121
53мкФ;
2883
0,061
1470мкФ
41,6
C
C
C.
= =
= =
= =
Далее рассчитывают индивидуальные частотные характеристики кас-
кадов и частотные характеристики усилителя в целом.
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ
3.3. Примеры расчета
Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе
-23-
3
3
.
.
3
3
.
.
2
2
.
.
Р
Р
а
а
с
с
ч
ч
е
е
т
т
у
у
с
с
и
и
л
л
и
и
т
т
е
е
л
л
ь
ь
н
н
о
о
й
й
с
с
е
е
к
к
ц
ц
и
и
и
и
О
О
Э
Э
–
–
К
К
П
П
Необходимо оценить усилительные свойства секции общий эмиттер –
коллекторный повторитель (ОЭ – КП), выполненной на ИС К265УВ7, при
работе в промежуточном каскаде (
г ндоп ндоп
16Ом; 780 Ом; 20 пФRRС= = =
).
Расчет режима транзисторов. В соответствии с рекомендациями РТМ
между выводами 11 и 13 ИС включим дополнительный резистор
доп
160Ом,R =
уменьшающий эмиттерное сопротивление первого транзисто-
ра до величины
( )
( )
35доп
э0
35доп
510 30 160
138Ом.
510 30 160
RRR
R
RRR
⋅+
⋅+
= = =
++ ++
Рассчитаем коллекторные токи. Напряжение в узле после сопротивле-
ния
6
R
к
66
1 78
2
12,6
11,5В.
100 100
11
10000 1200 590 510
E
E
RR
RR RR
= = =
++ + +
++ + +
Значения токов коллектора транзисторов микросхемы:
3
2
к1 бэ
э0 1 2
1 1 1200
11,5 0,6 4,6 10А,
138 10000 1200
R
IE U
R RR
−
= ⋅ −=⋅ −=⋅
++
( )
( )
бэ к1 4 3 3
к2
78
11,5 0,6 0,0046 680 510
5,1 10А.
590 510
EU I R R
I
RR
−
−− +
−− ⋅ +
= = = ⋅
++
Потенциалы в коллекторных и эмиттерных узлах:
э1 к1 э0
0,0046 138 0,63В;U IR=⋅= ⋅=
э2 к2 8
0,0051 510 2,6В;U IR= ⋅= ⋅ =
( ) ( )
к2 7 к1 к2
11,5 590 0,0046 0,0051 6,07В;U ERI I=− += −⋅ + =
к1 2 к1 4
6,07 0,0046 680 2,9В
к
U U IR= −⋅= − ⋅ =
.
Для падений напряжений на транзисторах получим:
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ
3.3. Примеры расчета
Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе
-24-
кэ1 к1 э1
2,9 0,63 2,33ВU UU=−=− =
;
кэ 2 к 2 э1
6,07 2,6 3,47В.U UU=−= −=
Определение параметров транзисторов. Типовые параметры транзи-
сторов в рабочем режиме могут быть определены по формулам пересчета
справочных параметров транзистора к рабочему режиму [1].
Имея в виду
к1 к2 кизм
,III≈≈
пересчет
т
f
можно упростить:
min max
β β β 40 160 80;= ⋅ = ⋅=
12
ос
б'б
12
к
τ 500 10
ξ 1,5 160Ом;
4,7 10
r
C
−
−
⋅
=⋅=⋅ =
⋅
( )
( )
б'э
к
0,0252 0,0252
β 1 0 80 1 444Ом;
0,0046
rr
I
=∆+ ⋅+= + ⋅ +=
33
б'э
2 2 300 10 600 10Ом;rr==⋅⋅= ⋅
88
т тспр
2 2 2,5 10 5 10Гц;ff= =⋅⋅=⋅
8
б'э
8
т
β 80
τ 2,55 10с;
2π 2π 5 10f
−
= = = ⋅
⋅ ⋅⋅
12
12
к изм
3
3
б'к1
кэ1
4,7 10 2
2,23 10Ф;
2 2 2,33
CU
C
U
−
−
⋅
=⋅= ⋅=⋅
12
12
к изм
3
б'к2
кэ2
4,7 10 2
1,91 10Ф.
2 2 3,74
CU
C
U
−
−
⋅
=⋅= ⋅=⋅
Поскольку вывода непосредственно от эмиттера первого транзистора
данная ИС не имеет, местную частотно-независимую обратную связь следует
учесть пересчетом:
( ) ( )
35
б'э1 б'э
35
30 510
β 1 444 80 1 2740Ом.
30 510
RR
rr
RR
∗
⋅⋅
= + ⋅+= + ⋅ +=
++
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ
3.3. Примеры расчета
Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе
-25-
Основные показатели каскада. Входное сопротивление первого и
второго транзисторов определяют из выражений:
вхт1 б'б б'э
160 2740 2900Ом;R rr
∗
=+= + =
вхт 2 б'б б'э
160 444 604Ом.R rr=+= + =
Сопротивление нагрузки второго транзистора
1
1
н2
7ндоп
11 11
336Ом.
590 780
R
RR
−
−
=+ =+=
Выходное сопротивление секции [2, (11.10)
]
вхт2
вых 4 вхт2
к1
1 1 604
1 680 1 600 16Ом.
β 80
R
RR R
R
=⋅ ⋅+ + = ⋅+ + =
∞
Для коэффициента усиления при работе без дополнительной обратной
связи
4
вхт1
β 80 680
18,8.
2900
R
K
R
⋅⋅
= = =
Постоянные времени каждого из транзисторов равны:
г б'б 1 4
1б'б вхт 2 б'к1
г вхт1 2 к1
β
ττ 1
β
Rr R
RC
RR R
+
= ⋅ + ⋅ ⋅+ =
+
8 12 9
16 160 80 680
2,55 10 604 2,23 10 1 1,6 10с;
16 2900 80
−− −
+
= ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅+ = ⋅
+∞
( )
4н вхт 2
2б'э2 н б'к2 4 вхт2
н 2 к1
ττ β 1
ββ
RC R
RC R R
RR
= +⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + + =
⋅
( )
12
8 12 9
680 20 10 604
2,55 10 80 680 1,91 10 680 1 604 2 10с,
80 680 80
−
−− −
⋅
= ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅+ + =⋅
⋅∞
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ
3.3. Примеры расчета
Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе
-26-
а эквивалентная постоянная времени секции и соответствующая ей верхняя
граничная частота:
( ) ( )
22
22 9 9 9
в 12
τ τ τ 1,6 10 2,0 10 2,5 10с;
− −−
= += ⋅ + ⋅ = ⋅
в
9
в
11
63,7МГц.
2π τ 2π 2,5 10
f
−
= = =
⋅ ⋅⋅
Таким образом, площадь усиления
6
в
П 18,8 63,7 10 1200 МГц.Kf=⋅= ⋅ ⋅ =
Входное сопротивление секции
1
1
вхсекции
1
вхт1 2
111 1 1 1
780Ом.
2900 10000 1200
R
R RR
−
−
= ++ = + + =
Нужно заметить, что в рассматриваемом варианте секция используется
без высокочастотной коррекции, поэтому площадь усиления должна быть
в
к
γ
раз больше, чем [2, (4.1)].
Если в первом транзисторе используется коррекция, то следует записать:
1св
вхт1 1 ос
β+
,
β
R
K
RR
=
+⋅
ос
1
вхт1
в
в
1β
.
2πτ
R
R
f
+⋅
=
⋅
3
3
.
.
3
3
.
.
3
3
.
.
Р
Р
а
а
с
с
ч
ч
е
е
т
т
у
у
с
с
и
и
л
л
и
и
т
т
е
е
л
л
ь
ь
н
н
о
о
й
й
с
с
е
е
к
к
ц
ц
и
и
и
и
О
О
Э
Э
–
–
О
О
Б
Б
Необходимо оценить усилительные свойства ИС К265УВ6 при работе
в качестве промежуточного каскада многокаскадного усилителя.
Расчет режима и параметров транзисторов. Ориентируясь на типо-
вой режим интегральной схемы с напряжением питания
к
6,3В;E = +
см
6,3В,E = −
на сопротивление термостабилизации в эмиттерной цепи
э0 2 4 5
620 100 84 804ОмR RRR=++= + +=
и сопротивление коллекторной цепи
к67
470 200 670Ом,RRR=+= + =
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ
3.3. Примеры расчета
Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе
-27-
определим коллекторные токи транзисторов. Эквивалентные параметры цепи
смещения:
1
б см
13
6200
6,3 4,25В;
6200 3000
R
EE
RR
==⋅=
++
13
б
13
6200 3000
2000Ом;
6200 3000
RR
R
RR
⋅⋅
= = =
++
откуда для тока получим:
3
б бэ
к1 к2
б
э0
4,25 0,6
4,4 10А.
2000
804
β 1 169 1
EU
II
R
R
−
−−
= = = = ⋅
++
++
Напряжение коллектор – эмиттер обоих транзисторов определяют из
соотношений:
кэ1 см бэ к1 э0
6,3 0,6 0,0044 804 2,2В;U E U IR= − −⋅ = − − ⋅ =
кэ2 к бэ к2 к
6,3 0,6 0,0044 670 4,0В.U EU IR=+ −⋅= + − ⋅ =
Теперь по соотношениям [1, с. 65
] можно оценить параметры каждого
из транзисторов:
min max
β β β 40 120 69;= ⋅ = ⋅=
12
ос
б'б
12
к
τ 120 10
ξ 1, 5 36Ом;
5 10
r
C
−
−
⋅
=⋅=⋅ =
⋅
( ) ( )
б'э
к
0,0252 0,0252
β 1 0 69 1 401Ом;
0,0044
rr
I
=∆+ ⋅+= + ⋅ +=
33
б'э
2 2 300 10 600 10Ом;rr==⋅⋅= ⋅
12 12
ки
эб э
к бэ
0,82 1
12 10 35 10Ф;
0,82 0,6
U
CC
U
−−
ϕ+ +
=⋅ =⋅⋅ =⋅
ϕ− −
тспр
6
т
3
ик
тспр эб
ик
2
482 10МГц;
12π 25,2 10
f
f
II
fС
II
−
⋅
= = ⋅
−
+⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
⋅
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ
3.3. Примеры расчета
Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе
-28-
8
б'э
8
т
β 69
τ 2,28 10с;
2π 2π 4,8 10f
−
= = = ⋅
⋅ ⋅⋅
12
12
к изм
3
3
б'к1
кэ1
5 10 5
3,4 10Ф;
2 2 2,2
CU
C
U
−
−
⋅
=⋅ = ⋅=⋅
12
12
к изм
3
б'к2
кэ2
5 10 5
2,7 10Ф.
2 24
CU
C
U
−
−
⋅
=⋅ = ⋅=⋅
При работе рассматриваемой ИС между двумя аналогичными микро-
схемами сопротивления генератора и нагрузки окажутся равными:
кб
гн
кб
670 6200
502Ом.
670 6200
RR
RR
RR
⋅⋅
= = = =
++
Емкость нагрузки с учетом емкости монтажа
м
2,5пФC =
12 12 12
0б'к2 м
2,7 10 2,5 10 5,2 10Ф.CC C
−−−
= += ⋅ +⋅ =⋅
С учетом этого для площади усиления секции получим:
0,5
2
н т т 0 н б'э
г б'б г б'б
2π
П1 1
β
Rf fCR r
Rr Rr
−
⋅ ⋅⋅⋅
= ⋅+ ⋅+ =
++
0,5
2
8 8 12
6
502 4,82 10 2π 4,82 10 5,2 10 502 401
11
502 36 69 502 36
401 10Гц.
−
−
⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅⋅
= ⋅+ ⋅+ =
++
= ⋅
Площадь усиления секции оказалась весьма большой, она незначитель-
но отличается от граничной частоты транзистора
т
f
и практически в четыре
раза превышает площадь усиления одиночного каскада с ОЭ.
Для оценки максимально достижимого коэффициента усиления найдем
сопротивление нагрузки с учетом входного сопротивления следующего каска-
да:
1
1
'
н
ксв бсл б'б б'э
11 1 1 1 1
234Ом.
680 2000 36 401
R
R R rr
−
−
= ++ = + + =
++
Тогда
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ
3.3. Примеры расчета
Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе
-29-
'
н
max
б'б б'э
β 69 234
37.
36 401
R
K
rr
⋅⋅
= = =
++
Реально ИС рекомендуется использовать при коэффициентах усиления
в 2–3 раза меньших максимально возможного. Это связано со следующими
обстоятельствами.
Нестабильность усиления без обратной связи довольно велика:
б'э
г б'б
к
βг б'б б'э
401
502 36
δ
β1
69 1
0,58,
δ 502 36 401
r
Rr
Rr r
++
++
+
+
= = =
++ ++
и введение обратной связи необходимо для ее уменьшения.
Немаловажно и другое. При коэффициентах усиления, близких к мак-
симальному, выигрыш, даваемый схемой коррекции, очень мал (коэффици-
ент
к
γ
в [2, (4.1)] близок к единице). Введение обратной связи с глубиной
1β (2 3)K+ ⋅≥ −
позволяет полностью реализовать преимущества, свойствен-
ные корректированным схемам.
Суммируя вышесказанное, отметим, что секция ОЭ – ОБ имеет коэф-
фициент усиления, близкий к коэффициенту усиления одиночного каскада
с ОЭ, вместе с тем площадь усиления существенно возрастает. Поэтому пре-
имущественная область использования секции ОЭ – ОБ – усилители с высо-
кой верхней граничной частотой, особенно в тех случаях, когда из-за жестких
требованиям к габаритам усилителя применение секции ОЭ – КП (например,
ИС К265УВ7) нецелесообразно.
3
3
.
.
3
3
.
.
4
4
.
.
Р
Р
а
а
с
с
ч
ч
е
е
т
т
в
в
ы
ы
х
х
о
о
д
д
н
н
о
о
г
г
о
о
к
к
а
а
с
с
к
к
а
а
д
д
а
а
п
п
р
р
и
и
р
р
а
а
б
б
о
о
т
т
е
е
н
н
а
а
с
с
о
о
г
г
л
л
а
а
с
с
о
о
в
в
а
а
н
н
н
н
у
у
ю
ю
н
н
а
а
г
г
р
р
у
у
з
з
к
к
у
у
Требуется рассчитать маломощный выходной каскад широкополосного
усилителя, работающий на согласованную нагрузку и имеющий параметры:
в вн н
вых ндоп ндоп
г к min max
20МГц; 1,05; 20 Гц; 1,03;
0,5В;ρ 50Ом; 0;
670
Ом;δ 5%; 0C; 50C.
fМf М
URС
R TT
= = = =
= = = =
= = =°=°
Анализ исходных данных. При выходной мощности порядка единиц
милливатт к каскаду предъявляются жесткие требования как по высокой, так
и по низкой частоте:
3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ
3.3. Примеры расчета
Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе
-30-
6
6
в
в
2
кв
20 10
32,6 10Гц,
1,92 1,05 1
γ1
i
f
f
M
⋅
= = = ⋅
⋅−
⋅−
где
'
кк
γ 2,15; γ 1,92.= =
Расчеты показывают, что от одиночного каскада с ОЭ получить усиле-
ние больше единицы нельзя, и следует использовать усилительные секции.
Хорошим свойством обладают секции ОЭ – КП и ОЭ – ОБ с эмиттер-
ным повторителем на выходе. Целесообразно выбрать секцию ОЭ – ОБ, об-
ладающую меньшим числом крупногабаритных конденсаторов. Поэтому
в дальнейшем будем ориентироваться на ИС К265УВ6, рассмотренную в
предыдущем параграфе.
Расчет электрических показателей. Ориентируясь на применение
в повторителе транзистора К1325В для согласующего сопротивления на вы-
ходе повторителя, можно записать:
г б'б б'э г
доп
33
670
ρ ρ 50 47,3Ом,
β 1 β 1 252 1
Rr r R
R
++
=− ≈− = − =
+ ++
откуда полное сопротивление нагрузки
н
R
и напряжение на ней
вых
U
∗
равны:
н доп
ρ 47,3 50 97,3Ом;RR= += + =
н
вых вых
97,3
0,5 0,97В.
ρ 50
R
UU
∗
= ⋅=⋅ =
Амплитудное значение
ка
I
и постоянная составляющая
к
I
коллектор-
ного тока следующие:
2
вых
ка
н
0,97
10А;
97,3
U
I
R
∗
−
= = =
( )
2
к ка
1,5 2 2 10 0,02А.II
−
= −⋅ =⋅ =
Величина эмиттерного сопротивления
к см к 2 к бэ
э
к
6,3 6,3 0,0044 670 0,6
452Ом
0,02
EE IRU
R
I
+ − ⋅− + − ⋅ −
= = =
(номинал равен 470 Ом).