Расчет нелинейных искажений каскада.

Для этого определим амплитуды гармоник коллекторного тока по сквозной динамической характеристике I_к(E_ист) методом пяти ординат.

Сопротивление источника находим по формуле:

R_ист=1,5*h_11э=1,5* (DU_бэ / DI_б) | _Uкэ=const

На входных ВАХ используем треугольник MNK для определения h_11э.

h_11э= (DU_бэ / DI_б) | _Uкэ=const=(0,8-0,725)/0,2ּ10^-3=375 Ом.

R_ист=1,5*375 =562,5 Ом.

Далее, перенося точки на нагрузочной прямой с выходной ВАХ на входную, рассчитываем э.д.с. эквивалентного источника питания по формуле:

Е_ист = U_бэ + I_б * R_ист

Накопленные данные заносим в табл.3.1:

Таблица 3.1

Iк, мА	Iб, мА	Uбэ, В	Eист, В
5,625	0,0055	0,72	0,75
	0,1	0,76	0,816
11,875	0,15	0,78	0,864
14,375	0,2	0,8	0,9125
18,125	0,27	0,83	0,982

Строим сквозную динамическую характеристику I_к(E_ист) (рис. 3.4).

Рис. 3.4 – Сквозная динамическая характеристика оконечного каскада.

Уровни сигнала определяются следующим образом: амплитуда Е_{ист m} однозначно определяется “треугольником мощности” АВС на выходных ВАХ транзистора VT1.

По сквозной динамической характеристике находим номинальные токи:

I_к’_max=18,125 мА;

I_кmin =5,6 мА;

I₀=11,9 мА;

I₂=8,6 мА;

I₁=14,85 мА.

Далее определяем амплитуды гармоник тока

Проверка:

I_к’_max = I_1m+ I_2m+ I_3m+ I_4m+ I_mср =18,125 мА;

Находим коэффициент нелинейных искажений для транзистора, работающего в режиме А по формуле:

.

Должно выполняться условие: γ < 4% (1,79 < 4).

 

Расчет цепи делителя.

1. Находим ток делителя:

I_д= 5 * I_б0= 5*0,15ּ10^-3= 0,75ּ10^-3 А

2. Находим сопротивление резистора R_Д2:

R₂= (U_бэ0 + I_э0* R_э) / I_д=(0,78+12,025ּ10^-3*200)/0,75ּ10^-3=4247 Ом.

Выбираем R₂=4300 Ом.

Р_R2= I_д­²* R₂=(0,75ּ10^-3)²*4300=0,00242 Вт.

Тогда тип R₂: МЛТ-0,125-4300±10%.

3. Находим сопротивление резистора R₁:

R₁= (E_к - U_Rф - I_д*R₂) / (I_д + I_б0);

U_Rф= I_ко* R_ф=11,875*10^-3*560=6,65 В.

R₁=(18-6,65-0,75ּ10^-3*4300)/(0,75 ּ10^-3+0,15ּ10^-3)=9028 Ом.

Выбираем R₁=9100 Ом.

Р_R1=(I_д + I_б0)_­²* R₁=(0,75ּ10^-3+0,15ּ10^-3)²*9100=0,00737 Вт.

Тогда тип R₁: МЛТ-0,125-9100±10%.

 

Расчет выходного трансформатора.

Находим сопротивление нагрузки коллекторной цепи VT1 по переменному току:

R_~=Uкэ_m/Iк_m

R_~=(Uкэ_{0 ­}- Uкэ_min)/(Iк’_max- Iк₀)=(9-2)/[(18,125-11,875)ּ10^-3] = 1120 Ом

Коэффициент трансформации находим по формуле:

Находим активное сопротивление первичной обмотки

r₁= R_~(1-η_тр)* с /(1+ с)

Находим активное сопротивление вторичной обмотки

, где с =(0,5¸0,7)

Получаем:

r₁=1120(1-0,65)*0,7/1,7=161 Ом

r₂=1/1,7*0,967*0,35/0,65=0,306 Ом

По полученным данным выбираем типовой трансформатор ТМ10-16, параметры которого:

Номинальная мощность Р_ном=0,01 В·А.

1) Входное сопротивление R_вх=2256 Ом.

2) Выходное сопротивление R_вых=17,5 Ом.

3) Коэффициент трансформации n=0,095.

4) Сопротивление первичной обмотки по постоянному току r₁= 166 Ом.

5) Сопротивление вторичной обмотки по постоянному току r₂= 0,7х2 Ом.

 

Температурная стабильность каскада.

Температурная стабильность каскада определяется по формуле:

S = (1+D) / (1 - a_min + D),

причем должно выполняться условие S < 4 (для однотактных усилителей мощности на биполярных транзисторах, работающих в режиме А).

a_min = h _{21э min} / (1+ h_{21э min})= 30/31=0,9677.

Находим S:

S=(1+0,132)/(1-0,9677+0,132)=6,89

Т.к. условие S < 4 не выполняется, поэтому вместо резистора R₂ ставим термистор, параметры которого:

ММТ-4-4,3 кОм ± 20%; ТКС=3 %/˚С; t_раб=(-60…+125) ˚С.

11. Расчет блокирующих конденсаторов С_ф,С_э.

Хс(f _н) << R

, отсюда

 

1. Находим емкость конденсатора С_ф:

 

U_cmax=2*7,4=14,8 В.

Выбираем С_ф=0,56 мкФ.

Тогда тип С_ф: К53-1-0,56±20%-20.

2. Находим емкость конденсатора С_э:

 

U_cmax=2*2,41=4,82 В.

Выбираем С_э =1,5 мкФ.

 

Тогда тип С_э: К53-1-1,5±20%-20.

Тип конденсатора определяет U_co (берем U_cmax=2* U_co) по постоянному току.

 

Определение входных параметров.

1. Находим входное сопротивление каскада

R_вх.к.= (R₁|| R₂)|| h_11э = 4300*9100/(4300+9100)||375= =2920*375/(2920+375)=332 Ом

1. Находим входную мощность каскада

P_вх.к.= I_бm* U_бm / 2 = (0,27ּ10^-3-0,15ּ10^-3)*(0,83-0,78)/2= 0,003 мВт.

 

Расчёт разделительного конденсатора С1

мкФ.

Выбираем С1 =1 мкФ.

Тогда тип С1: К53-1-1±20%-30.

 

Коэффициент усиления по мощности.

Находим коэффициент усиления

K_P = P_н / P_вх = 0,0075/(0,003ּ10^-3)=2500

 

15. Коэффициент усиления по напряжению:

=

16. Коэффициент усиления по току:

K_I=K_P/K_U=2500/3,31=755,29

ОДНОТАКТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Исходными данными для расчета однотактного усилителя мощности являются входные параметры двухтактного усилителя мощности:

1) Р_н = 14,8 мВт;

2) R_н = 78 Ом;

3) Частота сигнала f _н=1 кГц;

4) ;

5) g £ 4%.

Рис. 4.1. Принципиальная схема однотактного усилителя на полевом транзисторе

Рис. 4.2. Схема замещения однотактного усилителя на полевом транзисторе по переменному току в области СЗЧ

Расчет каскада производится аналогично расчету усилителя с общим истоком, но необходимо учитывать, что подключение сопротивления нагрузки R_н к стоковой цепи транзистора VT1 происходит через трансформатор Тр. По переменному току напряжение стока VT1 U₁ и напряжение нагрузки U_н связаны через коэффициент трансформации n:

n=W2/W1= U_н/U_1.

Рис. 4.3. Схема замещения трансформатора Тр в области СЗЧ.

.

1. Выбор КПД трансформатора осуществляем по таблице 2.1 [стр. 21]:

η_тр= 0,65.

Выбор типа транзистора VT1.

Рассчитываем необходимую допустимую мощность, рассеиваемую на стоке транзистора.

P_с.доп.=(1,1¸1,2)*P_н / h_тр.

P_c.доп.=1,1* 0,0148 / 0,65 = 25 мВт.

2) Рассчитываем граничную частоту, которая должна быть в 5¸10 раз больше частоты сигнала в нагрузке:

f_гр= (5¸10)*f_н = (5¸10) кГц.

3) Примем E_c равным одному из стандартных значений (с учетом напряжения питания 2-хтактного усилителя мощности).

E_c = 18 В.

Рассчитываем максимальное напряжение U_си:

U_си=(1,1¸1,2)·E_c=1,1·18=20 В

Исходя из полученных данных выбираем транзистор КП302,Б, параметры которого:

U_си.max = 20 В;

P_с.max= 300 мВт при температуре окружающей среды Т_с=(-60¸+90) ˚С.

Рис. 4.4. Выходные ВАХ VT1.