Расчет усилителя
1. Общие сведения об усилительных устройствах
Основные определения
Усилительным устройством (усилителем) называется устройство,
в нагрузку которого поступает усиленный по мощности входной сигнал. Эффект
усиления сигнала по мощности наблюдается только в том случае, когда имеется
источник энергии, за счет которого можно увеличить мощность сигнала на выходе.
В зависимости от вида энергии, отбираемой от источника
питания, усилители делятся на электрические, пневманические, механические и
т.д. Электронные усилители представляют собой разновидность электрических,
управление электрической энергией источника питания в которых происходит с
помощью усилительных элементов (УЭ), например, биполярных и полевых
транзисторов, электронных ламп, транзисторных оптопар и т.п. В результате
мощность P0, потребляемая усилителем от источника питания, преобразуется УЭ в
мощность P2, выделяемую в нагрузке. Преобразование мощности P0 (в большинстве случаев
постоянного тока) в мощность нагрузки P2 переменного тока происходит с помощью входной
мощности P1, получаемой усилителем от источника питания[1].
При усилении, как и при любом преобразовании сигнала, имеет
место его искажение. В усилителях любые искажения усиливаемого сигнала не
должны превышать допустимых. Таким образом, основным свойством электронного
усилителя является его способность увеличивать мощность входного сигнала (P1<P2). Если же мощность
входного сигнала превышает мощность выходного, хотя выходное напряжение и
больше входного, например повышающий трансформатор, такое устройство не может
считаться усилителем[3].
В пассивных и активных элементах усилителя происходят потери
энергии, в результате всегда выполняется неравенство P2<P0 и мощность потерь
Pп=P0 - P2.
Среди множества современных электронных устройств усилители электрических
сигналов получили самое широкое распространение. Они применяются в устройствах
радиосвязи, радиовещания, телевидения, измерительной техники, автоматики,
вычислительной техники, устройствах бытовой техники и т.п. В связи с таким
огромным диапазоном применения электронных усилителей источники усиливаемых
сигналов и нагрузки могут быть самыми разнообразными. В качестве источников
сигнала используются микрофоны, термопары, фотоэлементы и другие устройства, а
также усилители, уровни выходных сигналов которых недостаточны для нормального
функционирования нагрузки. Нагрузками усилителей могут служить динамики,
электронно-лучевые трубки, каналы связи, а также другие усилители.
Поскольку перечисленные нагрузки сильно отличаются друг от
друга по параметрам, то один и тот же усилитель при различных нагрузках может
быть зависимым источником ЭДС или зависимым источником тока. Отметим, что
наряду с зависимыми источниками ЭДС и тока имеются и независимые источники
питания. При анализе необходимо учитывать соотношение между сопротивлением
нагрузки и выходным сопротивлением усилителя. Если сопротивление нагрузки на
два порядка и более превышает выходное сопротивление усилителя, то последний
является источником напряжения. В противном случае имеем источник тока.
Когда входное сопротивление усилителя значительно превышает
(не менее чем на два порядка) сопротивление источника сигнала, считается, что
усилитель управляется напряжением. Если входное сопротивление усилителя
значительно меньше, чем источника сигнала, то усилитель управляется током.
Неотъемлемой частью любого усилителя является источник
питания, который в большинстве случаев представляет собой источник постоянного
тока (выпрямитель, химический источник тока и т.п.). Следует отметить, что в
электронных усилителях может быть не один, а два и более источников питания.
В качестве УЭ в усилителях используются биполярные и
униполярные (полевые) транзисторы, аналоговые интегральные микросхемы,
электронные лампы, тиристоры, транзисторные оптопары и другие приборы, т.е. Для
усиления электрических сигналов в них в основном применяются явления
электрической проводимости в полупроводниках, в вакууме и т.д.[2].
Классификация электронных усилителей
Классификация электронных усилителей только по назначению
(измерительные, радиолокационные, следящих систем и т.д.) не раскрывает всех их
особенностей, так как усилители различного назначения могут обладать
одинаковыми свойствами. Поэтому, усилители электрических сигналов
классифицируются по ряду различных признаков:
характеру усиливаемых сигналов;
диапазону частот;
назначению;
электрическим характеристикам усиливаемого сигнала;
типу усилительных (активных) элементов.
По характеру усиливаемых сигналов усилители разделяют
на две группы: усилители гармонических и усилители импульсных сигналов.
К усилителям гармонических сигналов относятся микрофонные, магнитофонные,
радиовещательные, медицинского назначения и др. К импульсным усилителям
относятся усилители телеграфных, радиолокационных сигналов, видео усилители,
усилители цифровых кодов и т.д.
По диапазону частот усилители подразделяются:
усилители постоянного тока, усиливающие медленно
изменяющиеся сигналы, при чём усиление может происходить как постоянных, так и
переменных составляющих сигналов;
усилители переменного тока, усиливающие только
переменные составляющие сигналов, к ним относятся:
усилители инфразвуковых частот (ИНЧ) c fн<20
Гц;
усилители низкой частоты (НЧ) c D f Î [20 Гц - 20 кГц];
усилители высоких частот (ВЧ) c D f Î [100 кГц - 100 МГц];
широкополосные усилители c D f Î [1 кГц - 1 МГц];
избирательные усилители;
универсальные многофункциональные усилители и др.
По назначению усилители разделяют на телевизионные,
магнитофонные, измерительные, усилители медико-биологических сигналов и др.
По электрическим характеристикам усиливаемого сигнала
различают усилители напряжения, тока и мощности. В целом это разделение
условно, так как в любом случае усилитель усиливает мощность.
По типу усилительных (активных) элементов усилители
делятся на ламповые, полупроводниковые, магнитные, оптоэлектронные,
диэлектрические и др [3].
Основные характеристики усилителя
К характеристикам преобразования усилителей относятся:
амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) - зависимость
модуля коэффициента усиления от частоты входного сигнала;
фазо-частотная характеристика (ФЧХ) - зависимость угла сдвига
фазы между входным и выходным напряжениями от частоты;
амплитудно-фазовая характеристика (АФХ) - построенная в
полярной системе координат зависимость коэффициента усиления и фазового сдвига
усилителя от частоты;
амплитудная характеристика - зависимость амплитудного
значения напряжения первой гармоники выходного напряжения от амплитуды
синусоидального входного напряжения;
переходная характеристика - зависимость от времени выходного
напряжения усилителя, на вход которого подан мгновенный скачок напряжения (d - функция) [3].
Основные параметры усилителей
При усилении сигнала всегда происходит некоторое искажение
его формы и потребляется энергия от источника питания. Поэтому данные,
характеристические свойства усилителя, должны включать количественную оценку
самого эффекта усиления, меру искажений усиливаемого сигнала, а также его
энергетические показатели. Все эти сведения и являются основными параметрами
усилителя. К ним относятся:
коэффициент преобразования (коэффициент передачи или
чувствительность) - отношение выходного сигнала к входному. В случае, когда
входной и выходной сигналы имеют одинаковую размерность, можно использовать
термин коэффициент усиления, соответствующего электрического параметра.
номинальная выходная мощность - мощность на выходе усилителя
при работе на расчетную нагрузку и заданном коэффициенте гармоник или
нелинейных искажений;
полоса пропускания - частотный диапазон (значения нижней и
верхней частоты, соответственно fн и fв), в котором
усилитель должен удовлетворять требованиям к своим характеристикам;
коэффициент полезного действия (КПД) - отношение выходной
мощности, отдаваемой усилителем в нагрузку, к общей мощности, потребляемой от
источника питания;
входное и выходное сопротивления.
искажения сигнала - его изменение, вызванное несовпадением
реальных и идеальных характеристик усилителя. Линейные искажения (частотные, и
фазовые, переходные) обусловлены влиянием таких реактивных элементов, как
конденсаторы и катушки индуктивности, применяющиеся в качестве элементов связи,
а также некоторых реактивных паразитных элементов в УЭ. Нелинейные искажения
сигнала оцениваются по коэффициенту гармоник[3].
2. Операционный усилитель
усилитель цепь каскад
Операционный усилитель (ОУ) (рис. 1.2.1.) - это усилитель
постоянного тока, имеющий в диапазоне частот от нуля до нескольких килогерц
усиление не менее нескольких тысяч. Операционный усилитель с обратной связью
(ОС) имеет коэффициент передачи, который определяется только отношением
значений элементов цепи ОС. При соответствующем выборе внешних элементов ОУ
может использоваться для сложения, вычитания, усреднения, интегрирования,
дифференцирования сигналов, а также для получения различных функциональных
зависимостей. За способность выполнять различные математические операции он и
получил название «операционный усилитель»
Условное обозначение ОУ на схемах
Операционный усилитель - сложная схема, содержащая десятки
транзисторов. На входе схемы находится дифференциальный усилитель напряжения,
выполненный на двух транзисторах. Он усиливает разность входных сигналов.
После выхода дифференциального усилителя идет многокаскадный
усилитель, задача которого - получить необходимый коэффициент усиления сигнала.
Многие характеристики схем на ОУ с внешними обратными связями
определяются параметрами ОУ.
Идеальный
ОУ
Операционный усилитель, как правило, имеет дифференциальный
вход и одиночный выход. Усиливается разность напряжений, приложенных к обоим
входам. Если увеличение входного напряжения относительно общей точки вызывает
уменьшение выходного напряжения, то считают этот вход инверсным
(инвертирующим). Если этот же сигнал вызывает увеличение выходного напряжения,
то вход не инверсный (неинвертирующий). Соответственно на схемах эти входы
обозначают знаками «-», «+». Далее инверсный вход будем называть «вход (-)», а
неинверсный - «вход (+)» [4].
Для идеального ОУ справедливы следующие допущения:
- бесконечно большой коэффициент усиления 
;
бесконечно большое входное сопротивление 
;
нулевое выходное сопротивление 
;
бесконечная ширина полосы пропускания;
нулевое выходное напряжение при нулевом входном сигнале.
Из приведенных допущений вытекают два основных свойства ОУ:
входные токи пренебрежимо малы; дифференциальное входное напряжение равно нулю.
Используя эти свойства идеального ОУ, можно проводить в первом приближении
анализ большинства конкретных схем включения ОУ.
По закону Кирхгофа имеем следующую систему уравнений:
Uвх1 - I1R1 + eвх - Uвх2
= 0
Uвх1 - I1R1 - I2R2
- Uвых = 0
С учетом того, что iвх = 0 и евх = 0, найдем Uвых = - R2Uвх
Это выражение часто называют основным уравнением идеального ОУ.
Вывод коэффициента передачи ОУ с учетом основных параметров является громоздкой
задачей[4].
Инвертирующий
усилитель
Включение операционного усилителя с параллельной,
отрицательной обратной связью по напряжению позволяет использовать его в
качестве инвертирующего усилителя. Входной и выходной сигналы инвертирующего
усилителя сдвинуты по фазе на 180О. Часть выходного сигнала в
противофазе поступает на вход усилителя[4].
Коэффициент передачи такого усилителя:
Инвертирующий
усилитель
Выходное напряжение имеет полярность, обратную входному
напряжению. При замкнутой обратной связи входное сопротивление со стороны
источника сигнала
R'вх = R1.
Выходное сопротивление R'вых = Rвых /(1+K/Ku).
Отношение K/Ku называют петлевым усилением. От значения этого отношения
зависят характеристики и устойчивость замкнутого усилителя[4].
Неинвертирующий
усилитель
позволяет использовать операционный усилитель в качестве
неинвертирующего усилителя с высоким полным входным сопротивлением, причем
коэффициент передачи неинвертирующего усилителя определяется из:
при
Uвх1 = 0:
Ku = R2/R1 +1.
Сопротивления R1 и R2 образуют
делитель напряжения с очень малой нагрузкой, в силу того что ток, необходимый
для управления усилителем, очень мал (Iст 
0). Поэтому через R1
и R2 течет
одинаковый ток, и напряжение, приложенное к инвертирующему входу, равно UвыхR1/(R1 + R2) [4].
. Практические схемы усилителей
Линейный широкополосный усилитель мощности (UA4UDF)
Усилитель предназначен для работы в диапазоне 1,8 - 30 МГц на
нагрузку сопротивлением 75 Ом и развивает выходную мощность около 10 Вт. Он
очень прост в настройке и, как правило, начинает работать сразу при соблюдении
элементарных правил монтажа ВЧ цепей. Тем не менее для получения высоких
параметров необходимо стремиться емкости монтажа сделать минимальными (особенно
базовые цепи выходных транзисторов). Усилитель имеет очень «мягкую» телеграфную
манипуляцию. Он предназначен для встраивания в многодиапазонные любительские
трансиверы и обладает следующими параметрами: АЧХ линейна в диапазоне до 21 МГц
и имеет спад -3 дБ на 30 Мгц, максимальная выходная мощность в диапазоне 2 - 21
МГц - 10 Вт, максимальная выходная мощность в диапазоне 21 - 30 МГц - 6 Вт,
уровень интермодуляционных искажений (измерялся на 1,8 МГц): при Pвых=10 Вт -
-43 дБ, при Pвых=5 Вт - -52 дБ, уровень гармоник - не более -30 дБ (без подбора
транзисторов, при максимальной выходной мощности, с подбором - порядка -34 дБ),
уровень третьей гармоники - не более -70 дБ, потребляемый ток от источников: 12
В: 100 - 135 мА, 25 В: 80 мА, 50 В: 50 - 400 мА (при сопротивлении нагрузки 75
Ом).
Усилитель малочувствителен к сопротивлению нагрузки, которое
может меняться в широких пределах, но при сопротивлении менее 70 Ом нужно
ограничивать выходную мощность во избежание теплового или токового пробоя
выходных транзисторов.
Ещё одно достоинство подобной схемы усилителя - надежная и
простая защита на диодах VD5 и VD6.
Схема усилителя мощности (UA4UDF).
Усилитель мощности звуковой частоты с укороченным
трактом усиления[6]
В данном усилителе используется параллельное включение
транзисторов. К сожалению, параллельное включение транзисторов неизбежно влечет
за собой ухудшение частотных характеристик эквивалентного транзистора.
Устранить это препятствие удалось при использовании мощных транзисторов с более
хорошими частотными характеристиками. Из распространенных транзисторов для этой
цели подходят КТ864 и КТ865, имеющие более высокую граничную частоту передачи
коэффициента токов схеме с ОЭ. Определяя оптимальную величину тока покоя такого
транзистора можно видеть из характеристики транзистора, что оптимальным
является ток коллектора порядка 1 А. При параллельном включении трех таких
транзисторов ток покоя звена должен составить 3 А, а диапазон изменения тока
коллектора 50…5950 мА. Однозвенный выходной каскад на таких транзисторах при
токе покоя 3А потребляет от предыдущего каскада в том же режиме не более 50 мА,
что позволяет отказаться от использования дополнительных звеньев усиления тока
и подключить такой каскад непосредственно к достаточно мощному усилителю
напряжения.
На транзисторе VT6 собран аналог регулируемого стабилитрона. Сам
транзистор размещается на теплоотводе выходных транзисторов. В качестве
выходных транзисторов VT7 и VT8 использованы по три параллельно соединенных
транзистора типов КТ864А и КТ865А. Ток покоя усилителя напряжения - 300,
выходного каскада - 3000 мА. Резисторы R10 и R11 входят в цепи местных
безынерционных ООС. Они также могут быть использованы в качестве датчиков
активных систем установки и поддержания тока покоя транзисторов выходного
каскада.
Схема УМЗЧ с максимально укороченным трактом усиления
УМЗЧ с выходным каскадом на биполярных МОП- и
СИТ-транзисторах[7]
В последние годы в УМЗЧ высокой верности широко применяются
однотактные выходные каскады на биполярных МОП- и СИТ-транзисторах. Такие
каскады могут работать только в режиме А, что заранее определяет их
потенциальную линейность. Спектр искажений таких усилительных элементов
содержит значительно меньше высших гармоник и с более низкими амплитудами.
Однако конструирование таких каскадов имеет свои сложности, связанные с
обеспечением достаточной выходной мощности, отводом от транзисторов излишнего
тепла, обеспечением температурной стабильности режимов транзисторов.
Необходимо сконструировать высоколинейный однотактный выходной
каскад на биполярных транзисторах с выходной мощностью около 60 Вт на канал.
Для питания выходного каскада мощностью 60 Вт подойдет источник питания с
напряжением 
50 В. При КПД=20% его постоянная мощность
составит 300 Вт, а средний выходной ток - 3 А. Для питания двухканального
выходного каскада необходим источник питания с постоянной мощностью 600 Вт и
постоянным выходным током 6 А. В динамическом режиме потребляемые пиковые
мощность и ток составят 1200 Вт и 12 А соответственно.
Далее выбор типа и числа транзисторов выходного каскада. Это будет
транзистор структуры n-p-n КТ864А. Для
него оптимален ток покоя порядка 1 А. При токе покоя 3 А в усилителе и
источнике тока необходимо включить в параллель по три таких транзистора.
Рассеиваемая на каждом транзисторе мощность составит 50 Вт. Для поддержания
нулевого потенциала на выходе усилителя необходимо принять меры по
термостабилизации режимов источников тока по току. Этого можно добиться,
включив в нижнее звено делителя смещения кремниевые диоды. Для
термостабилизации режимов усилителя тока следует в усилителе напряжения
применить любой вариант термокомпенсированного источника смещения, транзистор
или диоды которого рекомендуется разместить на теплоотводе транзистора.
Возможная полная схема УМЗЧ с таким выходным каскадом изображена на рис.
Схема УМЗЧ с выходным каскадом на биполярным МОП- и
СИТ-транзисторах
УМЗЧ с однокаскадным усилением напряжения[8]
Это неинвертирующий УМЗЧ, схема его показана на рис. 1.3.4.
Усилитель представляет собой мощный высоковольтный ОУ с одним каскадом
усиления. Его показатели значительно превосходят аналогичные параметры
многокаскадных устройств по скорости, полосе и точности. Это достигается
благодаря улучшенной однокаскадной архитектуре и режиму работы с глубокой и
широкополосной ООС. Вход УМЗЧ выполнен на МДП приборах, но даже с полевыми
транзисторами в дифференциальном каскаде удалось получить достаточно большой
коэффициент усиления без обратной связи. Его значение на частоте 1кГц
составляет не менее 100000. Номинальная выходная мощность усилителя на нагрузке
8 Ом - 50 Вт, номинальное входное напряжение - 1,1 В, коэффициент нелинейных
искажений в звуковом диапазоне не превышает 100 дБ (0,001%), скорость
нарастания выходного напряжения не менее 200 В/мкс, выходное сопротивление на
частотах 100 Гц, 1кГц, 10 кГц и 20 кГц соответственно 0,012, 0,012, 0,02 и 0,04
Ом.
Входной каскад построен на полевых МДП-транзисторах VT2, VT6.
Резисторы R4 и R7 несколько снижают крутизну каскада и повышают устойчивость
работы усилителя в целом. Вторая секция входного каскада выполнена по свернутой
каскодной схеме на транзисторах VT7, VT9 и нагружена на токовое зеркало типа
«источник тока, смещенный другим источником тока» на полевом транзисторе VT10 и
биполярных транзисторах VT8, VT11.
Оконечные транзисторы VT17-VT20 подключены базами к
низкоомной цепи - эмиттеру VT16 и точке С, что обеспечивает практически полную
развязку между каскадами и позволяет получить максимальный коэффициент усиления
по напряжению.
УМЗЧ с однокаскадным усилением напряжения
Ток покоя оконечного каскада стабилизирован термозависимым
источником напряжения смещения на элементах VT15, R17, R18.
4. Расчет усилителя низкой частоты
Исходные данные к расчёту:
Rг=1 (кОм);
Uвх=1 (В);
Pвых=100 (Вт);
Rнаг=4 (Ом);
Дf=20ч20000 (Гц);
ДT=(10 ч 50) oC;
Кгос=5%;
Uп - задаётся
Выходной каскад усилителя
Расчет усилителя следует начинать с расчета выходного
каскада. Выходные каскады, используемые для построения усилителей мощности,
бывают двух типов - однотактные и двухтактные. В данной работе используется
двухтактный эмиттерный повторитель.
Оценка технического задания:
На заданной нагрузке Rн=4 Ом необходимо получить
мощность Pвых=100 Вт, отсюда следует что амплитуда выходного напряжения будет
равняться:
где Uкд - действующее коллекторное напряжение.
Тогда максимальное коллекторное напряжение Uкm будет в 
раз больше, то есть будет составлять
Необходимое напряжение питания находим по формуле:
где Uкmin=2ч5 (В), примем Uкmin=2 (В). Выберем двуполярное питание, тогда
Еп=±30,2.
Рассчитаем максимальный ток коллектора, отдаваемый транзисторами в
нагрузку:
;
Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе одного
транзистора выходного каскада:
По параметрам Pрас, Uкm, Iкm, fгран выбираем комплементарную пару транзисторов для оконечного
каскада: КТ908А (n-p-n типа) и КТ907А (p-n-p типа), так как
выходной каскад двухтактный.
Из характеристики транзистора h21э(Iк), изображенной на рис. h21э=в=25, при данном токе коллектора.
Зависимость h21э(Iк) транзистора КТ908А
Входная
характеристика Выходная характеристика
КТ908А КТ908А
В системе координат выходной характеристики (рис. 2.1.3)
строим треугольник мощности: откладываем величину Uкэ, Iк, затем соединяем точки Iк и Uкэ.
По выходной характеристике определяем: 
.
Резисторы 
принимают равными друг другу и выбирают из
такого расчёта, чтобы падение напряжения на них не превышало 1 (В). Исходя из
этого, примем 
. При 
на резисторах
будет падать напряжение 
.
Зададим ток покоя 
,Þ
.
Расчёт коэффициента гармоник.
На выходной характеристике проводится нагрузочная прямая.
Ток базы 
выразим из соотношения 
Вычисляем значения ЭДС генератора, который имеет сопротивление 
:
Оценка коэффициента усиления.
,
Тогда коэффициент усиления каскада
,
.
Расчёт источника тока.
Находим ток базы:
. Именно этот ток должен выдавать источник постоянного тока.
Зададим ток покоя 
, Þ 
. характеристике определяем 
. Падением напряжения на резисторах R1 и R2 при
протекании тока покоя можно пренебречь. Следовательно необходимо, чтобы
коллекторный ток транзистора T3 при равнялся: 
. Мощность, рассеиваемая на транзисторе Т3 
. По этим параметрам подбираем в качестве
транзистора Т3 транзистор КТ816Г. Транзистор Т5 выберем комплементарным
транзистору Т3 - КТ817Г. Характеристики транзисторов КТ816Г и КТ817Г изображены
на рис.
Входная и выходная характеристики транзисторов КТ816Г и
КТ817Г
Зададим падение напряжения на резисторе R3 = 0,66 (В). Тогда зная ток, протекающий через R3 находим его номинал: R3=
.
По характеристике h21э(Ik) транзистора Т3 (рис) находим h21э = 40.
Характеристика h21э(Ik) транзисторов КТ816Г и КТ817Г
Тогда ток базы Т3 
. По входной характеристике транзистора Т3 находим 
. Падение напряжения на диодах D1 и D2 при токе
делителя 
.На одном диоде должно падать 
Ток делителя задается равным 
, тогда 
Зависимость прямого тока от напряжения для диодов КД103А(а) и
КД101 (б)
Выберем диоды D1 и D2 так, чтобы при токе 45 (мА) на них падало 0,68 (В). Этим
параметрам соответствуют диоды 2Д103А. На рис. 2.1.7. (а) представлена диодная
характеристика 
.
Через сопротивление R4 течет ток
Сопротивление источника тока определяется по формуле:
Расчет
цепи смещения.
Напряжение смещения равняется падению напряжения на транзисторе Т1
и Т2 и резисторах R1 и R2 и при максимальном токе коллектора 
. Максимальный ток коллектора для транзистора Т4 
Мощность, рассеиваемая на транзисторе Т4 
По этим параметрам подбираем транзистор
Т4 - КТ914А. Характеристики транзистора КТ914А изображены на рис.
Входная и выходная характеристики транзистора КТ914А
При токе коллектора 
.Отсюда 
. По входной характеристике транзистора Т4 находим 
. Падение на резисторе R6 =.
Ток делителя Iдсм=47
(мА). Тогда 
R7 находится по формуле:
При токе покоя напряжение смещения
.
Общее сопротивление цепи смещения определяется как
Тогда
Схема выходного каскада приведена на рис.
Выходной каскад усилителя
Рассчитаем коэффициент усиления выходного каскада:
где
тогда
Входной каскад усилителя
В качестве входного каскада применяют дифференциальный
каскад. Схема используемого дифференциального каскада изображена на рис.
Дифференциальный каскад.
Ток в коллекторных цепях Т7 и Т8 должен быть больше 5мА. Выберем 
.
Выберем транзисторы Т7, Т8. Пусть Это будут транзисторы КТ210А со
статическим коэффициентом передачи по току 
, следовательно 
. Характеристики транзисторов КТ210А изображены на рис.
Входная и выходная характеристики транзистора КТ210А
Расчет источника тока дифференциального каскада
Источник тока рассматриваемой схемы должен выдавать ток равный 
. Схема используемого источника тока
изображена на рис.
Источник тока дифференциального каскада
Входная и выходная характеристики транзистора КТ605А
Пусть транзистор Т6 - КТ605А, для которого 
, следовательно 
. Характеристики транзистора КТ605А
изображены на рис. 2.2.4.
Ток делителя 
Выберем падение на резисторе R7=0,61 (B), тогда 
Падение напряжения на диодах D3 и D4 при токе
делителя 
На одном диоде должно падать 
, тогда 
Выберем диоды D3 и D4 так, чтобы при токе 11,9 (мА) на них падало 0,65 (В).
Этим параметрам соответствуют диоды 2Д101А. На рис. 2.1.7. (б) представлена
диодная характеристика .
Через сопротивление R4 течет ток 
Сопротивление источника тока определяется по формуле:
Входное сопротивление дифференциального каскада:
Так как
, то
Необходимое условие 
выполняется так как RГ=1 (кОм).
Оценим коэффициент усиления дифференциального каскада по
формуле:
Общий коэффициент усиления равен произведению
коэффициентов усиления выходного и входного каскадов:
Полученный коэффициент усиления удовлетворяет расчетному заданию.
Полная
схема усилителя изображена на рис.
Схема усилителя низких частот
Расчет цепей обратной связи
Сопротивления R12 и R13 образуют обратную связь. Емкости С1 нужна для
предотвращения попадания постоянной составляющей на землю, то есть короткого
замыкания.
Для того чтобы в цепи обратной связи тек ток необходимо, чтоб
входы дифференциального каскада были немного смещены относительно половины
напряжения питания. Напряжение на входах должно быть ниже напряжения на выходе.
Выберем сопротивление R12, так чтобы
падение на нем стремилось к нулю, UR12 =0,0135
(В), тогда 
Исходя из формулы
, 
Резистор R14 выбираем равным R12, R14=56 (Ом). Падение потенциала на входе усилителя будет равно
UR14 =0,0135 (В).
Cопротивление емкости C1 RC=R13/10=0,2 (Ом). Емкость С1
находим по формуле:
Заключение
В данной курсовой работе был произведен расчет усилителя
низких частот с двуполярным источником питания. Чтобы уменьшить нелинейные
искажения в схему были включены цепи отрицательной обратной связи. Была разработана
схема усилителя на биполярных транзисторах [Приложение].
Все требования, отраженные в техническом задании были
выполнены.
Список используемой литературы
усилитель цепь каскад
1. У. Титце, К. Шенк. «Полупроводниковая
схемотехника», 1982 г.
. П. Хоровиц, У. Хилл «Искусство схемотехники»
том, 1, 1986 г.
. Г.С. Остапенко «Усилительные устройства», 1989
г.
. В.З. Ковалев «Исследование схем с операционными
усилителями при помощи программы Micro-cap V», методические указания, 2002 г.
. «Транзисторы для аппаратуры широкого
применения: Справочник» под ред. Перельмана, 1981 г.
. М. Корзинин «Схемотехника УМЗЧ высокой
верности», журнал «Радио»№8, 1996 г.
. М. Корзинин «Схемотехника УМЗЧ высокой
верности», журнал «Радио»№9, 1996 г.
. А. Орлов «УМЗЧ с однокаскадным усилением»,
журнал «Радио»№12, 1997 г.