Главная | Обратная связь

Регулировка усиления.

КТ603Б.

Данные транзистора:

P_кm=500 мВт;U_кэm=10 В;I_кm=600 мА;h_21Эmin=60 200;

1.10.Коэффициент усиления по мощности инверсного каскада с разделенной нагрузкой ориентировочно будет равен:

;

1.11.Найдем приближенное значение амплитуды тока входной цепи транзистора, инверсного каскада:

(1.8);

 

 

1.12.Коэффициент усиления по мощности оконечного и инверсного каскада составит:

(1.9);

Этого усиления недостаточно. Добавим в усилитель резистивный каскад предварительного усиления.

1.13.По току входной цепи инверсного каскада выбираем тип транзистора первого резистивного каскада.

КТ603Е.

Данные транзистора:

P_кm=500 мВт; U_кэm=10 В; I_кm=300 мА; h_21Э=20;

1.14Коэффициент усиления по мощности первого резистивного каскада ориентировочно будет равен:

(1.10);

1.15.Общий коэффициент усиления по мощности составит:

(1.11);

Этого усиления недостаточно. Добавим в усилитель второй резистивный каскад предварительного усиления.

1.16.Выбираем тип транзистора второго резистивного каскада.

КТ201Г.

Данные транзистора:

P_кm=150 мВт; U_кэm=10 В; I_кm=20 мА; h_21Э=70 210;

1.17.Коэффициент усиления по мощности второго резистивного каскада ориентировочно будет равен:

(1.12);

1.18.Общий коэффициент усиления по мощности составит:

(1.13);

1.19.Сравним с заданным коэффициентом усиления: ;

2. Расчёт оконечного каскада.

2.1. Мощность сигнала:

(2.1);

2.2. Ориентировочное максимальное значение выходного тока:

(2.2);

2.2.1. По семейству выходных характеристик транзистора определяем U_ост.

U_ост=2 В;

 

Определим сопротивление нагрузки одного плеча выходной цепи переменному току:

(2.3);

(2.4);

2.3. Отдаваемая мощность каскада:

(2.5);

2.4. Максимальная мощность, выделяемая на коллекторе транзистора при работе в режиме B:

(2.7)

Принимаем:

2.5. Амплитуду входного сигнала U_бэmax определяем как разность входных напряжений соответствующих точке покоя и точке H’ (см. рис.2):

;

2.6. Построение сквозной характеристики.

Для значения рассчитаем данные для ряда точек сквозной характеристики и построим эту характеристику.

Таблица 2.

Сквозная динамическая характеристика транзистора КТ803А.

Номер точки										Н
Iк, А		0,45	1,1	1,52	2,15	2,65	3,1	3,6		4,35
Iб, А		0,025	0,05	0,075	0,1	0,125	0,15	0,175	0,2	0,225
Uэб, В	0,5	0,96	1,33	1,48	1,6	1,68	1,73	1,76	1,82	1,86
Uист=Uэб+IбRист	0,5	20,06	39,52	58,77	77,98	97,16	116,3	135,43	154,58	173,72

 

Рисунок 2. Статические характеристики транзистора КТ803А.

2.7. По сквозной характеристики определяем:

Рисунок 3. Сквозная динамическая характеристика транзистора КТ803A.

 

Коэффициент асимметрии транзистора: b=0,06

2.8. Для расчета коэффициента гармоник двухтактного каскада в режиме B с учетом асимметрии плеч найдем:

(2.8)

2.9. Амплитуды первых четырех составляющих выходного тока:

(2.9)

2.10. Найдем коэффициент гармоник:

(2.10);

2.11. Найдем амплитуду входного тока сигнала: (2.11)

2.12. Найдем сопротивление делителя, задающего смещение на вход каскада, задавшись постоянной составляющей тока делителя в этом сопротивлении при отсутствии сигнала:

(2.12);

(2.13);

2.13. Найдем сопротивление делителя:

(2.14);

2.14. Величина стабилизирующего напряжения:

(2.15);

2.15. Необходимая входная мощность сигнала с учетом делителя смещения:

(2.16);

2.16. Входное сопротивление каскада с учетом влияния делителя смещения:

(2.17);

2.17. Мощность, выделяющаяся в транзисторе:

;

2.18. Радиатор для каждого из транзисторов рассчитываем, исходя из T_{п max}=85⁰C:

(2.18);

 

Рисунок 4. Принципиальная электрическая схема оконечного каскада.

 

Данные выходного трансформатора:

2.19. Коэффициент трансформации:

(2.19);

2.20. Активное сопротивление половинки первичной обмотки:

(2.20);

2.21. Активное сопротивление вторичной обмотки:

(2.21);

2.22. Индуктивность половинки первичной обмотки:

(2.22);

2.23. Индуктивность всей первичной обмотки:

(2.23).

3. Расчёт инверсного каскада.

3.1. Данные каскада мощного усиления:

U_{бэ m сл}=1,35 В; I_{вх m сл}=0,405 А;

U_{вх m сл}=2,1 В; R_вх»сл=4,7 Ом;

R_{дел сл}=1,2 Ом; R₁₇=1,3 Ом;

R₁₆=19 Ом;

3.2. Положив падение напряжения на R₁₂ и R₁₃ по 0,3E_к, найдем ориентировочное значение R_12ор и I_кm:

(3.2); (3.3);

 

3.3. Минимальный ток покоя коллектора транзистора инверсного каскада составит:

(3.4);

3.4. Применим в каскаде транзистор:

КТ603Б.

Данные транзистора:

P_кm=500 мВт; I_кm=300 мА; h_21Эmin=60;

R_тт=100 C⁰/Вт;

3.5. Необходимые значения R₁₂ и R₁₃ составят:

(3.5);

3.6. При этом напряжение коллектор-эмиттер будет равно:

(3.6);

3.7. По выходной характеристике определим:

I_б=6,5 мА;

 

3.8. По статическим характеристикам транзистора КТ603Б для U_кэ0=8В и I_к0=0,27 А находим U_бэ0 и R_{вх оэ}.

U_бэ0=1,15В; R_вхоэ=2,7*10 Ом;

3.9. Найдем амплитуду входного тока:

(3.7);

3.10. Найдем сопротивление нагрузки цепи эмиттера переменному току и входное сопротивление транзистора инверсного каскада:

(3.8);

(3.9),

где =0,98;

3.11. Выходное сопротивление нижнего плеча каскада с разделенной нагрузкой будет равно:

(3.10);

3.12. Входное напряжение сигнала равно:

(3.11);

3.13. Расчет стабилизации проведем с учетом замены транзистора, задавшись значением R₁₁.

(3.12);

3.14. Для температуры коллекторного перехода:

(3.13);

(3.14);

3.15. Емкость конденсатора связи C₉ или C₁₀ находим по формуле, рассчитав R_{вых инв} и R_{вх сл}:

(3.15);

(3.16);

(3.17);

Конденсаторы C₆ и C₇ берем электролитические с емкостью не менее рассчитанной.

3.16. Определим сопротивление R₁₀.

(3.18);

(3.19);

;

3.17. Найдем сопротивление делителя:

(3.20).

Рисунок 6.Принципиальная электрическая схема инверсного каскада.

 

4. Расчёт первого резистивного каскада предварительного усиления.

4.1. Данные инверсного каскада:

I_{вх m сл}=0,41 А; U_{вх m сл}=69,3 В;

R_{вх Тр сл}=1,3 кОм; R_{дел сл}=1,5 Ом;

R₁₀=2,2 кОм; R₁₁=3,9 Ом;

4.2. Положив падение напряжения на R₈ 0,4E_к, найдем ориентировочное значение R_8ор и I_кm:

(4.1);

(4.2)

4.3. Минимальный ток покоя коллектора транзистора резистивного каскада составит:

(4.3);

4.4. Применим в каскаде транзистор:

КТ603Е.

Данные транзистора:

P_кm=500 мВт; U_кэm=10 В;

I_кm=300 мА; h_21Э=20 80;

R_тт=100 C⁰/Вт;

4.5. Найдем R₈ и R₉:

(4.4);

(4.5);

 

4.6. При этом напряжение коллектор-эмиттер будет равно:

(4.6);

 

4.7. По выходной характеристике определим:

I_б0=0,0015=1,5 мА;

4.8. По статическим характеристикам транзистора КТ603Е для U_кэ0=8В и I_к0=0,08 А находим U_бэ0 и R_{вх оэ}.

U_бэ0=0,95 В; R_вхоэ=30 Ом;

4.9. Взяв падение напряжения на R_ф равным 4 В получим напряжение подводимое к делителю смещения:

(4.7)

4.10. Температуры коллекторного перехода:

(4.8);

(4.9);

4.11. Найдем сопротивление R₇:

(4.10);

4.12. Определим сопротивление R₁₀:

(4.11);

(4.12);

;

4.13. Найдем сопротивление нагрузки цепи коллектора переменному току:

(4.13)

 

4.14. Найдем амплитуду входного тока:

(4.14);

4.15. Найдем амплитуду входного напряжения:

(4.15)

4.16. Найдем сопротивление:

(4.16);

4.17. Емкость конденсатора связи C₅ находим по формуле:

(4.17);

Конденсатор C₅ берем электролитический с емкостью не менее рассчитанной.

4.18. Найдем сопротивление делителя и источника:

(4.18);

(4.19);

4.19. Определим величину S_эс:

(4.20);

4.20. Необходимая емкость блокировочного конденсатора C₄:

(4.21);

Конденсатор C₄ берем электролитический с емкостью не менее рассчитанной.

 

 

Рисунок 8. Принципиальная схема I-го резистивного каскада.

5. Расчёт второго резистивного каскада.

5.1. Данные первого резистивного каскада и использованного в нем транзистора КТ603Е:

I_{вх m сл}=0,031 А; U_{вх m сл}=0,95 В;

R_{дел сл}=3,3*10 Ом; R₇=5,6*10² Ом;

R₆=8,2*10² Ом;

5.2. Найдем ориентировочное значение R_3ор и I_кm:

(5.1);

(5.2);

5.3. Минимальный ток покоя коллектора транзистора резистивного каскада составит:

(5.3);

5.4. Применим в каскаде транзистор:

КТ201Г.

Данные транзистора:

P_кm=150 мВт; U_кэm=10 В;

I_кm=100 мА; h_21Э=70 210;

R_тт=150 C⁰/Вт;

5.5. Найдем R₃ и R₄:

(5.4);

(5.5);

5.6. При этом напряжение коллектор-эмиттер будет равно:

(5.6);

5.7. По выходной характеристике определим:

I_б0=0,0001 А=0,1 мА;

5.8. По статическим характеристикам транзистора КТ201Г для U_кэ0=6,4В и I_к0=0,005 А находим U_бэ0 и R_{вх оэ}.

U_бэ0=0,65 В; R_вхоэ=1,1*10³ Ом;

5.9. Температуры коллекторного перехода:

(5.7);

(5.8);

5.10. Найдем сопротивление R₂:

(5.9);

5.11. Определим сопротивление R₁:

(5.10);

(5.11);

;

5.12. Найдем амплитуду входного тока:

(5.12);

(5.13)

5.13. Найдем сопротивление:

(5.14);

 

5.14. Емкость конденсатора связи C₃ находим по формуле:

(5.15);

Конденсатор C₃ берем электролитический с емкостью не менее рассчитанной.

5.15. Найдем сопротивление делителя и источника:

(5.16);

(5.17);

5.16. Определим величину S_эс:

(5.18);

5.17. Необходимая емкость блокировочного конденсатора C₄:

(5.19);

Конденсатор C₄ берем электролитический с емкостью не менее рассчитанной.

 

Рисунок 10. Принципиальная электрическая схема II-го резистивного

каскада предварительного усиления.

Регулировка усиления.

Регулятор усиления R₅ установим перед вторым каскадом предварительного усиления.

5.18. Рассчитаем сопротивление R₅:

(5.20);

-необходимый диапазон регулировки усиления, выраженный в относительных единицах.

 

6. Расчёт источника питания.

6.1 Предварительный расчёт блока питания и выбор трансформатора:

Рассчитаем токи, потребляемые усилителем в режиме холостого хода:

Необходимый источник питания должен на выходе формировать однополярное напряжение 20 В. На транзисторах может быть падение напряжения база – эмиттер до 1.2 В. Падение напряжения на резисторах R3 и R4 обычно составляет 3 В. Падение напряжения на диодах составляет до 3 В, так как одновременно на каждую полярность работает только один диод. Пусть напряжение пульсаций не превосходит 3 В. Тогда получаем, что выпрямитель с фильтром должен обеспечить напряжение:

Для оценки ёмкости конденсатора фильтра, считаем, что на выходе источника питания поддерживается максимальный ток потребления. Отсюда:

, то . Максимальный ток потребления:

, где

 

Так как и период при частоте сети 50 Гц равен примерно , то .

Сформулируем требования к трансформатору:

Напряжение вторичной обмотки: , так как в справочниках приведены действующие значения.

Ток вторичной обмотки: , так как ток покоя течёт постоянно, а ток нагрузки имеет переменный характер.

Следует отметить, что ток нагрузки имеет переменный характер, но это не обязательно синусоидальный ток. Ток хаотического характера имеет обычно более низкую мощность, чем ток синусоидальной формы, поэтому, считая его таковым, мы рассчитаем блок питания уже с запасом по мощности.

Из стандартного ряда трансформаторов выбираем стержневой трансформатор ТПП 311 – 127/220 - 50, имеющий следующие параметры

Напряжения вторичных обмоток: 2,5 В, 2,5 В, 10,0 В, 10,0 В, 2,5 В, 2,5 В.

Ток вторичной обмотки: 5,35 А.

Номинальная мощность: 160 В А.

 

Максимальное обратное напряжение на диодах:

,

где - падение напряжения на открытом диоде.

Так как на выходе необходимо получить однополярное напряжение 20 В и на цепи управления зададимся 4,2 В (1,2 в – падение напряжения на эмиттерном переходе и 3 В – падение напряжения на резисторе R3), то после фильтра минимальное значение пульсирующего напряжения должно быть равным 24,2В.

Амплитуда напряжения на выходе трансформатора:

.

Тогда отводим под допустимые пульсации амплитуды:

.

Минимальное значение пульсирующего напряжения:

, где - напряжение на выходе фильтра в предположении, что ёмкость конденсатора бесконечно велика. В этом случае выходное напряжение будет постоянным. Найдём его:

.

Внутреннее сопротивление трансформатора определяется через его КПД. КПД определяем из графиков. Для стержневых трансформаторов мощностью 160 В А, рассчитанных на 50 Гц питания сети: .

, где - внутреннее сопротивление трансформатора.

, где - эквивалентное сопротивление нагрузки.

Определяем ёмкость накопительного конденсатора:

.

Из ряда Е12 выбираем: С₇=4300 мкФ.

Импульсный ток диодов: .

Выбираем диоды: ГД246А с параметрами:

Прямой средний ток-10 А, импульсный ток -100 А, обратное напряжение 400 В, прямое напряжение 1 В.

Сопротивления и служат для разрядки конденсаторов при отключении питания сети. Их выбирают достаточно большими, чтобы не изменять режим работы схемы. Выбираем . При этом через них потечёт ток , что при токах покоя 1,97 А незначительно. Конденсатор разрядится полностью через

с.

Выбираем стабилитрон VD5 на напряжение 20+1,2=21,2 В. Выбираем стабилитрон 2С222Ж с напряжением стабилизации 22 В. Ток стабилизации-150 мА.

На сопротивлении падение напряжения составляет максимум . При токе 150 мА его номинал составляет 49,048 Ом. Берём 51 Ом.

Транзистор VT1 включён по схеме эмиттерного повторителя.

Ток транзистора: 5,41 А. Максимальное падение напряжения на переходе коллектор-база – 31,82-22=9,82 В. Тогда максимальная рассеиваемая мощность: 53,13 Вт. Выбираем транзистор КТ829Г (n-p-n). Он имеет следующие параметры :

Ток базы при максимальном выходном токе 6,84 А будет составлять 6,84/750=0,00912 А=9,12 мА, что незначительно по отношению к току стабилизации.

По входным характеристикам при таком токе базы падение напряжения база-эмиттер составляет 1,3 В. Оно немного больше рассчитанных 1,2 В, но напряжение стабилитрона взято на 0,8 В выше рассчитанного, поэтому 0,1 В не повлияет на работу схемы.

7. Расчет частотных характеристик.

Оконечный каскад.

7.1. Найдем сопротивление R_экв:

(7.1);

7.2. Определим частотные искажения на низшей рабочей частоте:

(7.2);

Подставляя вместо f_н значения 0,5 f_н; f_н; 2 f_н, находим значения M_н и записываем их в таблицу.

Частотные искажения на верхних частотах у выходного трансформатора отсутствуют.

 

7.3. Определим относительное усиление по формуле:

(7.3);

и запишем их в таблицу.

Инверсный каскад.

7.4. Определим частотные искажения на низшей рабочей частоте:

(7.4);

Подставляя вместо f_н значения 0,5 f_н; f_н; 2 f_н, находим значения M_н и записываем их в таблицу.

7.5. Определим частотные искажения на высшей рабочей частоте:

(7.5);

Подставляя вместо f_в значения 0,5 f_в; f_в; 2 f_в, находим значения M_в и записываем их в таблицу.

7.6. Определим относительное усиление по формуле:

;

и запишем их в таблицу.