Расчёт усилителя с двухтактным бестрансформаторным выходным каскадом

Расчёт усилителя с двухтактным бестрансформаторным выходным каскадом

Московская Государственная Академия

Приборостроения и Информатики

Кафедра персональная электроника ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА По курсу “Схемотехника электронных устройств ” Отделение (УКП)                      г. Москва Группа                                      ПР-7 Специальность                        2008 Курс                                           4 Шифр                                        93097 Студент                                    Лебедев А.В. Тема                               “ Расчёт усилителя с двухтактным бестрансформаторным выходным каскадом.“

 

2003г.

Исходные данные:

Рассчитать усилитель звуковой частоты.

Pн, Вт   35                                               

Rн, Ом  9

Uвх, мВ

  5

Вых. каскад       Двухтактный бестрансформаторный

Мв = Мн = 2 (дБ)

fн = 100 Гц

fв = 10 кГц

Теоритическая часть.

 Расчёт усилителя с двухтактным бестрансформаторным выходным каскадом.

  В настоящее время бестрансформаторные схемы выходных каскадов практически вытеснили традиционные ранее трансформаторные схемы, что обусловлено прежде всего их достоинствами: малыми габаритами, меньшим весом и стоимостью, более высоким к.п.д., меньшим уровнем нелинейных искажений.

Особенно широкое применение бестрансформаторных схем в последнее время вызвано тем, что промышленностью освоен выпуск комплиментарных транзисторов, т.е. пар транзисторов, имеющих разную проводимость и идентичные параметры, что собственно и позволяет обходиться в выходном каскаде без трансформаторов.

Одна из простейших схем бестрансформаторного двухтактного выходного каскада приведена на рис. 1.

 

 Рис. 1

Для расчёта схемы  сначала определяем напряжение источника питания из соображения получения максимального к.п.д. каскада:   

         

.                                 

                                       

Е = 52,2

принимая значение остаточного напряжения коллектора – эмиттер Uост    равным 1B.

   Амплитуда выходного тока коллектора:

 

                                      

            Iвых = 2,789

   По найденным значениям выбираем из справочника транзисторы Т2 и Т3, представляющие комплиментарную пару. Принадлежность двух транзисторов к комплиментарной паре можно определить по одинаковым последним буквам в обозначении,   

                    

 Транзисторы выбираем при соблюдении следующих условий:

                          Uкэmax > E, Iкmax > Iвых,

где Uкэmax - максимально допустимое напряжение коллектор – эмиттер,

Iкmax - максимальное значение коллекторного тока (см. справочник).

Транзисторы: КТ 842 Б  ( р-n-p) , КТ 841 Б  (n-p-n). Выбираем транзистор КТ 842 Б  ( р-n-p), т.к. его хар-ки слабее чем у его комплиментарной пары ( тр-ра КТ 841 Б  (n-p-n)):

Uкэmax = 250 В, Iкmax = 5 А.

На выходных характеристиках транзистора одного из плеч строим нагрузочную прямую (см. рис.2). Плечо работает в режиме В. Ток покоя коллектора обычно выбирает I0»0,05Iвых.  Нагрузочную прямую проводим через точку Е/2 = Uо  на оси Uк и точку Uо / Rн  на оси   Уточняем напряжение Uост. Как показано  максимальная мощность, выделяемая на коллекторе транзистора равна:

 

                                                                

Рис.2

                                 Pmax = 7,569

и обычно превышает величину Ркmax для выбранного транзистора при использовании его без радиатора. Однако с использованием радиатора величина Ркmax значительно выше, поэтому предусмотрим установку радиатора.  Его площадь поверхности определяется по формуле:

 

                                                                

        П = 116,345

где Тnmax  - максимальная температура коллекторного перехода (см. справочник),

      Тmax - максимальная температура окружающей среды (обычно 40°С)

      Rтnк - тепловое сопротивление между коллектором и корпусом транзистора (см. справочник). Обычно у мощных транзисторов Rтnк = (3 – 10)°С/Вт.

    Для выбранного типа транзистора находим амплитуду входного тока сигнала: Iвх = Iвых / h21э, где h21эmin берётся из справочникаф:

 

Iвх = 0,186

 Определяем ток покоя транзистора Т1, работающего в режиме А: Iк01 » 1,1*Iвх :

Iко1 = 0,205

Считаем, что на коллекторе Т1 напряжение покоя равно Uко1 = 0,5*Е, поэтому выделяющаяся на его коллекторе мощность Pко1 = Iко1*Uко1:

Pко1 = 5,338

 Максимальное напряжение на коллекторе Т1 может доходить до величины Е. По этим данным в справочнике находим транзистор для предоконечного каскада так, чтобы его параметры удовлетворяли следующим условиям:

             Pкmax > Pк01 ,  Iкmax > Iк01 + Iвх (т.е. больше чем 0,391 мА), Uкэmax > E.

Из справочника определяем напряжение смещения Uбо, которое надо подать на базы выходных транзисторов для обеспечения тока покоя Iо.

Uбо = 0,6

Теперь можно определить R1 по формуле R1 = (E/2 – Uбо)/ Iко1:

R1 = 0,977

Сопротивление R1 включено в схему для введения глубокой отрицательной обратной связи по постоянной и переменной составляющим, которая стабилизирует положение точки покоя и снижает нелинейные искажения каскада.

    Сопротивление R2 определяем по формуле R2 = 2 Uбо/ Iк01:

R2 =5,867

Более точно значение R2 подбирается по настройке усилителя, а чаще всего вместо него ставится температурно – зависимый резистор или диод. Рассчитываем ёмкость разделительного конденсатора:

                                                                            

                      С = 355,556

Частотные искажения выходн. каскада на низшей частоте:

 

       Мнок = 0,5

причём ¦н - Гц. Rн – Ом, С – мкф.  На высшей частоте искажения каскада зависят только от частотных свойств транзисторов, поэтому:

 

                          Мвок = 1,002

   Сопротивление R3 рассчитываем по формуле коллекторной стабилизации:

 

                                                                                    

               

              R3 = 1.108*104

где Uбо1 – смещение на Т1, необходимое для получения тока покоя Iк01. Значение определяется из справочника по графикам для транзистора Т1. По этим же графикам определяется амплитуда входного Uвх1   напряжения сигнала на базе Т1, необходимая для обеспечения тока Iвх, если Uвх1 > Uвх , то необходимо дополнительно рассчитать предусилитель. Если же эта амплитуда меньше, чем Uвх, то надо рассчитать делитель напряжения обеспечивающий наличие на входе Т1 заданной амплитуды сигнала.

В качестве предварительного усилителя использовать операционный усилитель по типовой схеме включения (К 157 УД 2).

Расчет предварительного каскада.

 

Коэфициент передачи неинверцирующего усилителя:

Ки = Uвых   /  Uвх           Uвых = Uко1/ h21э             Uвх = 5 * 103

Uвых =26,1/ 30 » 1

Ки = 1 / 0,005 = 200

1 + R2 / R1 = 200

 

R2 = 199* R1

Пусть R1 = 0,1 кОм , тогда R2 » 20 кОм.

Принципиальная схема усилителя

Спецификация элементов

 

 

 

 

№ п/п	Обозначение	Тип	Кол - во
1.	R1	Резистор 0.977 Ом  ± 10 %	1
2.	R2	Резистор 5.867 Ом  ± 10 %	1
3.	R3	Резистор 1.108*104 Ом  ± 10 %	1
4.	R’1	Резистор 0.1 кОм  ± 10 %	1
5.	R’2	Резистор 20 кОм  ± 10 %	1
6.	С	Конденцатор 355.556 мкф	1
7.	VT1	Транзистор КТ 841 Б  (n-p-n)	1
8.	VT2	Транзистор  КТ 842 Б  ( р-n-p)	1
9.	VT3	Транзистор КТ 841 Б  (n-p-n)	1
10.	DA1	Операционный усилитель К 157 УД 2	1