Выбор положения рабочей точки VT1 по постоянному току.

Рабочую точку А необходимо выбирать так, чтобы выполнялись следующие условия:

1. Напряжение питания каскада должно иметь стандартное значение E_с={9,12,18,24 и т.д.}В и удовлетворять неравенству:

,

2. Рабочая точка в режиме A обычно находится в середине активной области работы транзистора VT.

Пользуясь выходными ВАХ выбираем положение рабочей точки транзистора VT, работающего в режиме А. Исходя из этого, выбираем:

Е_с=0,9·U_сиmax =0,9·20=18 В.

Строим кривую

Р_сmax= U_си·I_с = 0,3 Вт.

Положение рабочей точки:

I_с0 = 20 мA,

U_си0 = (E_с+U_синас)/2» 12 В,

U_зи0 = 0,6 В.

 

4. Расчет по постоянному току_.

1. Величина сопротивления истоковой цепи определяется по формуле:

R_и = U_зи0 / I_c0 =0,6/20·10^-3 = 30 Ом.

Примем R_и = 33 Ом.

Рассчитаем мощность, выделяемую на этом резисторе:

P_и = (I_c0)²·R_и = (0,02)²·30 = 0,013 Вт < 0,125 Вт.

Тогда тип R_и : МЛТ-0,125-33±10%.

2. Величина сопротивления резистора RC – фильтра:

;

.

P_ф = (I_c0)²·R_ф = (0,02)²·270 = 0,108 Вт < 0,125 Вт.

Тогда тип R_ф : МЛТ-0,125-270±10%.

3. Величина сопротивления затвора:

R_з = (0,5¸1,5)МОм = 0,5МОм = 500 кОм.

Примем Rз = 470 кОм.

Тип R_з: МЛТ-0,125-470±10%.

 

Положение нагрузочной прямой по переменному току.

Также как и для двухтактного каскада коэффициент передачи n Тр1 обеспечивает любое положение нагрузочной прямой по переменному току I~. Поворачивая нагрузочную прямую I~ вокруг рабочей точки А, выбираем наиболее “высокомощный” режим. Но в заданном случае транзистор VT1 выбран с большим запасом по мощности и практически при любом положении I~ мы можем обеспечить требуемую мощность в нагрузке.

 

Расчет по переменному току.

Рассчитаем параметры схемы замещения VT1:

1. Крутизна стоко-затворной ВАХ:

.

2. Внутреннее сопротивление транзистора:

.

3. Коэффициент усиления m транзистора VT1:

.

4. Омическое сопротивление в стоковой цепи транзистора VT1 по переменному току (приведенное к первичной обмотке трансформатора), оцениваем по формуле:

 

Расчет нелинейных искажений каскада.

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

Напряжение источника расcчитывается по следующим формулам:

E_ист = I_вх·(R_ист+R_з)» I_вх·R_з;

I_вх = U_зи/R_з;

.

Данные заносим в табл. 4.1:

Таблица 4.1

Ic, мА	Uзи=Eист, В
21.3	0.5
	0.6
15.8
10.5	1.5
5.6
2.3	2.5

 

Строим сквозную динамическую характеристику I_с=f(E_ист):

Рис. 4.5. Сквозная динамическая характеристика однотактного каскада.

 

По сквозной динамической характеристике находим номинальные токи:

I_max=27 мА;

I_min =13,6 мА;

I₀=20 мА;

I₂=16,7 мА;

I₁=23,5 мА.

Далее определяем амплитуды гармоник тока

 

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

.

Должно выполняться условие: γ < 4% (2,3 < 4).

 

Расчет выходного трансформатора.

Коэффициент трансформации находим по формуле:

.

Находим активное сопротивление первичной обмотки

r₁= R_с~(1-η_тр)· с /(1+ с);

Находим активное сопротивление вторичной обмотки

, где с =(0,5¸0,7).

Получаем:

r₁=220·(1-0,65)·0,7/1,7=31,7 Ом

r₂=78·1/1,7·0,35/0,65=24,7 Ом

 

 

Находим номинальный ток:

I = I_с0 = 20 мА.

По полученным данным выбираем типовой трансформатор

Характеристики каскада.

1. Коэффициент усиления каскада по напряжению

K_u = S·R_c~·n_tr= 10,5·10^-3·220·0,74 = 1,71.

2. Мощность первичной обмотки трансформатора:

 

Р_~1=Р_н /η_тр = 0,0148/0,65 = 0,023 Вт.

 

3. Входное сопротивление каскада принимаем равным величине сопротивления R_з:

R_вх = R_з = 500 кОм.

4. Входное напряжение каскада:

.

5. Входная мощность:

.

6. Коэффициент усиления мощности:

 

.

7. Коэффициент усиления тока:

.

Расчет конденсаторов.

Хс(f _н) << R

, отсюда

1. Емкость конденсатора C_ф:

.

U_cmax = 2·(0,02·270) = 10,8 В;

Выбираем С_ф=10 мкФ.

Тогда тип С_ф: К53-1-10´20±20%.

 

2. Находим емкость конденсатора истоковой цепи С_и:

U_cmax = 2·(0,02·30) = 1,2 В.

Выбираем С_и=47 мкФ.

Тогда тип С_и: К53-1-47´20±20%.

 

3. Находим емкость конденсатора С₁:

Выбираем С₁ =0,033 мкФ.

Тогда тип С₁: К53-1-0,033´20±20%.

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

5. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОПЕРЕЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ

Исходные данные для расчета:

1) Допустимые нелинейные искажения g_ТЗ = 0,37%

2) Нелинейные искажения, вносимые генератором g_Г = 0,2%

3) Нелинейные искажения, вносимые 2УМ g_2УМ = 3,46%

4) Нелинейные искажения, вносимые 1УМ g_1УМ = 1,79%

5) Мощность на нагрузке Р_н = 12,5 Вт

6) Сопротивление нагрузки R_н= 25 Ом

7) Входное сопротивление 1УМ R_{вх.к. 1УМ} = 331 Ом

8) Входная мощность 1УМ P_{вх.к.1УМ} = 0,003 мВт

9) Частота сигнала f _н=5,5 кГц

10) Нестабильность амплитуды ∆U_н/U_н= 10^-2

Рис. 5.1 – Принципиальная схема ПУ с инверсным включением

Выполним предварительный усилитель (ПУ) на ОУ с инвертирующим включением.