Разработка интегральной микросхемы
3.1. Выбор навесных элементов и расчёт конфигурации плёночных элементов.
Рассматривая работу активных элементов в квазистатическом режиме и используя семейства выходных характеристик с построением нагрузочных прямых произвожу расчёт требуемого коэффициента усиления напряжения и номинальных значений пассивных элементов.
Для первого каскада более подходит ПТ марки 2П201А р – типа [1], его выходные вольт – амперные характеристики ВАХ приведены на рисунке 3.1.
По условию задано напряжение питания - 12 В, поэтому через точку по оси напряжений 12 В и UЗИ = 0 проведем нагрузочную прямую.
В схеме с несимметричным питанием на Rэ падает напряжение, равное падению напряжению в нагрузке: Urэ= Uн.
Uном = 2 В, номинал напряжение на входе устройства.
Urэ = Uном √2 = 2 * 1,41 = 2,8 В
Uси а = Urэ + 0,7 = 2,8 + 0,7 = 3,5 В (0,7 – падение напряжения на базе эммитера)
С другой стороны на Rэ падает половина напряжения питания:
Urэ = ½ Uпит = 6 В
Uси б = Urэ + 0,7 = 6,7 В
То есть оптимально выбирать рабочую точку в пределах 3,5 – 6,7 В
В РТ c координатами IСО = 1,45 мА и UСИ = 3,5 В:
Что слишком много.
В РТ c координатами IСО = 2,4 мА и UСИ = 6,7 В:
Что слишком мало.
Рисунок 3.1 - Семейство ВАХ транзистора 2П201А
Экспериментальным путем выбираю рабочую точку в координатах IСО = 2,2 мА и UСИ = 6,2 В при UЗИ = 0 В.
Выбор рабочей точки при UЗИ = 0 В гарантирует упрощение принципиальной схемы и топологии, так как отпадает необходимость в использовании сопротивления в цепи тока Ru, и конденсатора большей емкости Сu, устраняющего отрицательную связь во всей полосе рабочих частот.
|
|
|
Линия нагрузки однозначно определяет выбор сопротивления нагрузки RC:
, (1)
Далее рассчитываем значение коэффициента усиления по напряжению первого каскада КU1. ТК рабочая точка выбирается в пологой области выходных ВАХ ПТ, то коэффициент усиления по напряжению первого каскада рассчитывается по упрощенной формуле:
КU1 = SRC, (2)
где S - крутизна ПТ в рабочей точке (находится по семейству стоковых характеристик).
Крутизна рассчитывается для рабочей точки (рисунок 3.1) по формуле:
, (3)
По формуле 2 определяю: 
.
Сопротивление затвора по условию: RЗ = RВХ = 0,68 МОм.
Транзистор выходного каскада выбирается по току покоя Iк.о., который должен в 2¸3 раза превышать ток нагрузки:
. (4)
Отсюда, 
.
Выбираю биполярный транзистор структуры p-n-p, пользуясь приложением 4 [1], марки 2Т3704-1. На рисунке 3.2 приведены входные и выходные ВАХ 2Т3704-1.
а) б)
Рисунок 3.2 - Семейство входных (а) и выходных (б) ВАХ БТ 2Т3704-1.
Усилитель двухкаскадное устройство, поэтому общий коэффициент передачи определяется: 
, (5)
Для выходного контура, используя ЗНК, составляю уравнение:
|
|
|
(6)
Urэ = 6,2 – 0.7 = 5.5 В
Uкэо = Uп – Urэ = 12 – 5.5 = 6.5 В
На выходных характеристиках БТ строю нагрузочную прямую и определяю положение рабочей точки (А). Координаты точки РТ IКО = 2,82 мА, UКЭО = 6,5 В, IБО = 25 мкА, UБЭО = 0,75 В.
Рассчитываю коэффициент усиления каскада на VT2 для этого необходимо определить коэффициент усиления по току h21Э, входное сопротивление h11Э, RЭП.
Значение параметра h21Э определяется с использованием семейства выходных характеристик в районе точки покоя РТ.
(7)
Значение параметра h11Э определяют по входной характеристике БТ.
(8)
Коэффициент усиления транзистора включенного по схеме с общим коллектором определяется по формуле (11) [1]:
(9)
где сопротивление эмиттерного повторителя составляет:
(10)
Входное сопротивление эмиттерного повторителя определяется по формуле:
(11)
Второй каскад усиления выполнен по схеме включения с общим коллектором ОК и обеспечивает коэффициент усиления КU2 
0,97. Поэтому общий коэффициент по напряжению определяется и удовлетворяет исходным данным:
(12)
Полученное значение КU =6,07 не сильно превышает требуемое КU.ТРЕБ. = 6,
Рассчитываю ёмкости конденсаторов по формулам (8,9,10) [1]. Коэффициент частотных искажений в области нижних частот разделяют отдельно на 1-ый и 2-ой каскады, соответственно:
|
|
|
МН1= 0,2 дБ (1,023);
МН2 = 1,8 дБ (1,230).
Ёмкость первого разделительного конденсатора:
(15)
Ёмкость второго разделительного конденсатора:
(16)
Ёмкость корректирующего конденсатора:
(17)
Расчёт амплитудно-частотной характеристики
Сравнительный анализ усилительных устройств приводят используя понятие относительного усиления Y, представляющего собой отношение коэффициента усиления схемы К на данной частоте f к ее коэффициенту усиления в области средних частот Кср:
. (18)
Для оценки частотных искажений используют обратное отношение, обозначаемое через М и называемым коэффициентом частотных искажений:
. (19)
Относительное усиление и коэффициент частотных искажений выражают как в относительных, так и в логарифмических единицах.
Расчёт АЧХ в области нижних частот проводят по формуле:
. (20)
Рекомендуемые значения частот: 0,1fн; 0,2fн; 0,5fн; 0,7fн; fн; l,5fH; 2f.
(Расчет выполнен с учетом замены конденсаторов Cр1 и Cр3 на навесные с номиналами 22000 пФ и 2,2 мкФ соответственно.
Частотная характеристика усилителя в области верхних частот зависит от выбора ёмкости конденсатора Ск. Расчёт АЧХ в области верхних частот проводят по формуле:
|
|
|
. (21)
Рекомендуемые значения частот: 0,5fв; fв; 2fв; 5fв; 10fв.
Результаты расчётов свожу в таблицу 3.1, 3,2. Затем по результатам расчёта строю АЧХ, используя логарифмический масштаб оси частот (рисунок 3.3).
Таблица 3.1
| f | 0,1fн | 0,2fн | 0,5fн | 0,7fн | fн | 1,5fн | 2,0fн |
| f, Гц | |||||||
| Lg f | 0,7 | 1,4 | 1,5 | 1,7 | 1,9 | ||
| YН | 0,057 | 0,181 | 0,522 | 0,664 | 0,794 | 0,891 | 0,934 |
Таблица 3.2
| F | 0,5fв | fв | 2,0fв | 5,0fв | 10,0fв |
| F, кГц | |||||
| Lg f | 3,7 | 4,3 | 4,7 | ||
| Yв | 0,971 | 0,899 | 0,712 | 0,376 | 0,199 |
После расчётов произвожу проверку соответствия расчётных и заданных значений Мн и Мв: 
. (22)
Расчётные величины равны заданным, отсюда следует что расчёт номиналов элементов верный.
Рисунок 3.3 - Относительная АЧХ усилителя
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 14; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!