3.1.1 Выбор схемы усилителя

Коэффициент усиления усилителя равен:

,

где – амплитуда напряжения на входе усилителя; R_вх – входное сопротивление усилителя.

Так как R_д = 2 кОм достаточно велико, то для уменьшения шунтирующего влияния входного сопротивления усилителя на источник сигнала, необходимо перед усилителем поставить эмиттерный повторитель (ЭП), обладающий большим входным сопротивлением. Тогда можно считать, что и требуемый коэффициент усиления равен:

.

.

Для компенсации разброса параметров транзисторов коэффициент усиления усилителя следует выбирать с запасом 20…25%:

К = 1,25 · К₀ = .

Так как К = 62,5 сравнительно небольшой, а сопротивление нагрузки R_н = 1 кОм достаточно велико, то в качестве последующего каскада усилителя целесообразно выбрать один каскад усиления, выполненный по схеме с эмиттерной стабилизацией рабочей точки.

Таким образом, схема усилителя, соответствующая исходным данным, должна содержать два каскада: эмиттерный повторитель и один каскад усиления напряжения (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Принципиальная электрическая схема усилителя

Примечания:

1. Если сопротивление нагрузки R_н мало (десятки, сотни Ом), то для согласования выходного сопротивления усилителя с малым сопротивлением нагрузки между усилителем и нагрузкой необходимо включить эмиттерный повторитель.

2. Если внутреннее сопротивление источника входного сигнала мало (десятки Ом), то эмиттерный повторитель во входной цепи нецелесообразен.

3. Если коэффициент усиления усилителя К больше 100, то целесообразно использовать два и более каскадов усиления.

4. Так как выбранная схема усилителя состоит из двух каскадов, то она содержит три разделительные цепи, влияющие на работу усилителя в области нижних частот (С₁, С₂ и С₃) и две цепи, влияющие на работу усилителя в области верхних частот (С₄ и С_н). Поэтому заданные коэффициенты частотных искажений в области нижних и верхних частот необходимо разделить следующим образом:

М_н1 = М_н2 = М_н3 = = = 1,12;

М_в1 = М_в2 = = = 1,19.

5. Расчет усилителя следует начинать с последнего каскада.

3.1.2 Выбор типа транзистора

Транзистор выбирают из следующих условий:

• верхняя граничная частота транзистора должна быть больше заданной верхней частоты усилителя с учетом допустимых частотных искажений в области верхних частот, т. е.

;

• коэффициент усиления по току h_21Э = β должен быть как можно большим, а начальный (неуправляемый) ток коллектора I_к0 – как можно меньшим;

• мощность рассеивания на коллекторе транзистора должна быть больше мощности в нагрузке, которая равна:

.

Анализ значений f_грЭ и Р_н показывает, что необходимо выбрать маломощный низкочастотный транзистор с достаточно большим коэффициентом усиления по току h_21Э и малым начальным током коллектора I_к0.

По справочнику выбираем транзистор МП42 с характеристиками:

• верхняя граничная частота для схемы с общей базой

f_грБ = f_ = 2 МГц;

• коэффициент усиления по току

h_21Э = β = 45…100;

• максимальный ток коллектора в режиме усиления

I_к max = 40 мА;

• максимальное напряжение на коллекторе

U_к max = 15 В;

• емкость коллекторного перехода

С_к = 20…50 пФ.

Так как в справочнике приведена верхняя граничная частота транзистора для его включения по схеме с общей базой, а в рассчитываемой схеме усилителя транзистор включен по схеме с общим эмиттером, то определим верхнюю граничную частоту транзистора МП42 для его включения по схеме с общим эмиттером:

;

Так как f_β = 20 кГц > f_грЭ = 15,502 кГц, транзистор выбран с запасом по частоте.