II. Расчет ФВЧ второго порядка.

Схема ФВЧ второго порядка:

С₃

U_вых

U_вх

_ОУ

₊

R₁

С₁

С₂

R₂₂

-1).Зададимся ёмкостью C = C₁ = С₃ = 500 пФ

-2).Рассчитаем значения С₂, R₁, R₂

Округлим по ряду Е12:

-3).Проверим значения частоты среза f₀и усиления k₀

Полученное значение отличается от заданного менее чем на 10%.

Полученное значение не отличается от заданного.

-4). Рассчитаем коэффициент усиления k₀ в децибелах для построения ЛАЧХ

-5). Определить параметры операционного усилителя – ОY.

-6). Наберём на компьютере (пакет EW) схему рассчитанного ФВЧ и исследуем его работу.

Экспериментальный

При f₀= 33.8 кГц

Получаем, что экспериментальные данные отличаются от исходных менее чем на 15%, значит ФВЧ спроектирован верно.

Усилители мощности

Обзор проектируемого усилителя:

Двухтактный оконечный каскад на комплементарных транзисторах с двумя источниками. В рассматриваемом каскаде транзисторы включены по схеме с ОК (эмиттерные повторители) режим работы В или АВ. При отсутствии входного сигнала ток в сопротивлении нагрузки R_н практически отсутствует, так как небольшие начальные токи, протекающие через транзисторы VT₁ и VT₂, взаимно вычитаются. При подаче входного сигнала на базы обоих транзисторов один из транзисторов в зависимости от фазы сигнала закрывается, а открытый транзистор работает как усилительный каскад, собранный по схеме с ОК. Следовательно, выходной сигнал U_km на сопротивлении нагрузки R_н практически равен входному, а усиление мощности достигается за счет усиления тока I_э_m. Во время другого полупериода открытый и закрытый транзисторы меняются местами.

Рис.3.1. Схема двухтактного выходного бестрансформаторного каскада с ОК, работающего в режимах В, АВ; с двумя источниками питания

Задание

Для расчета транзисторного каскада мощного усиления необходимо иметь следующие данные:

P_H – выходную мощность усилителя;

R_H – сопротивление нагрузки;

K_г– допустимый коэффициент гармоник;

( f_H и f_B) – рабочий диапазон частот;

М_H и М_B – допустимые коэффициенты частотных искажений каскада;

(t⁰_срmax и t⁰_срmin ) – высшую и низшую температуры окружающей среды.

В расчет каскада мощного усиления входят:

— выбор схемы усилителя;

— выбор напряжения источника питания;

— выбор транзисторов;

— выбор точки покоя на выходных и входных характеристиках транзистора;

— построение нагрузочной линии;

— определение тока и напряжения смещения входной цепи;

— определение сопротивления нагрузки выходной цепи переменному току;

— проверка по выходной динамической характеристике (нагрузочной прямой), отдаваемой каскадом мощности;

— определение амплитуды тока и напряжения входного сигнала (входной мощности), коэффициента усиления по мощности, коэффициента полезного действия каскада;

— расчет сопротивлений, задающих смещение, и входного сопротивления каскада;

— расчет реального значения коэффициента гармоник каскада и проверка его с допустимым значением (К_грасч.<К_{гзадан.});

— расчет емкостей и площади радиатора, охлаждающего транзистор каскада мощного усиления.

Исходные данные для расчета усилителя помещены в таблицах

№ п.п.	Р_Н [вт]	f_H [кГц]	f_B [кГц]	t⁰_срmin [⁰С]	t⁰_срmax [⁰С]
		0.1		-5	+30

№ п.п.	R_Н [Ом]	К_г [%]	М_Н [дб]	М_В [дб]
		2.5	3.0	3.5

3.2. Методика расчета двухтактного бестрансформаторного
усилителя мощности

1). Определение значения мощности, которую должны выделять транзисторы, и составляющих коллекторного тока и напряжения соответственно:

P ³ 1.1 P_H = 1.1 · 30 = 33 Вт P = 33 Вт

2). Выбрать напряжение источников питания Е_к1 и Е_к2 (Е_к1 = Е_к2 = Е_к):

Е_к ³ U_к_m + U_ост

где U_ост – напряжение, отсекающее нелинейную часть выходных характеристик транзистора в области малых коллекторных напряжений (U_ост» 0,3¸1,5 В)

Примем U_ост = 0,8 В U_ост = 0,8 В

Получаем, что Е_к ³ 29 В

Возьмём Е_к = 30 В Е_к = 30 В

3). Выбрать транзисторы по предельным параметрам.

U_кэдоп.³ (2¸2.5)Е_к U_кэдоп ³ 60 В

I_кдоп. ³ I_к_m I_кдоп. ³ 2,34 А

Р_кдоп.³ (0.4¸0.7)Р Р_кдоп ³ 15 Вт

М_Вдб= 20lgМ_В, М_Вдб = 3.5дб → М_В = 1,49

Выбранная пара транзисторов: КТ816 и КТ817

U_кэдоп. = 100 B

I_кдоп.= 3 A

Р_кдоп.= 25 Вт

f_гр = 3 МГц

b_min = 25

t°_пер._max = 150°C

4). Построение входной характеристики I_б = f (U_бэ) при U_кэ¹ 0 и семейства выходных вольт-амперных характеристик I_к= f(U_кэ) при I_б = const.

Входная характеристика

I_б

U_бm = 0.8

I_бmin = 1.25

U_бэ

U_об_э = 0.7

U_бmax = 1.5

Семейство выходных вольт-амперных характеристик

Р_кдоп

E_к = 30.6

U_ост = 0.88

I_ок = 0.13

U_км = 29

2.47

I_бmin = 1.25

U_кэ

I_к

5). Параметры

6). Определение параметров входной цепи.

7). Коэффициент усиления по мощности

Потребляемая каскадом номинальная мощность

Коэффициент полезного действия каскада

8). Расчет сопротивлений делителя

t wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/></w:rPr><m:t>=211.7 РћРј</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000" wsp:rsidRPr="00CC6C9B"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></wx:sect></w:body></w:wordDocument>">

Округлим по ряду Е12: 220 Ом

Округлим по ряду Е12: 4.7 Ом

9). Входное сопротивление каскада

R_вхок» R₂+ bR_H = 4,7 + 25 · 12 = 304,7 Ом

10). Определить уровень нелинейных искажений

R_г= R_вхок

Е_г= U_бэ+ I_бR_г.


Iб,мА	Uбэ,В	Ег,В	Ik,А
1,25	0,7	1,08	0,13
	0,8	2,32	0,475
	0,86	3,9	0,795
	0,895	5,455	1,046
	0,928	7,008	1,288
	0,963	8,563	1,455
		10,12	1,615
	1,034	11,674	1,765
	1,07	13,23	1,84
	1,107	14,787	1,925
	1,142	16,342	1,983
	1,178	17,898	2,038
	1,213	19,453	2,092
	1,25	21,01	2,146
	1,285	22,565	2,2
	1,322	24,122	2,253
	1,357	25,677	2,3
	1,392	27,232	2,35
	1,43	28,79	2,4
	1,466	30,346	2,437
	1,5	31,9	2,46

I_к

U_кэ

I_б

U_бэ

Строим сквозную динамическую характеристику каскада

E_Гб = 31.9

E_Г

По сквозной характеристике находим номинальные токи I'_km_, I'₁, I'_к_min, соответствующие напряжениям Е_г_max, 0,5(Е_г_max + Е_г_min), Е_г_min.

t wx:val="Cambria Math"/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/></w:rPr><m:t>=2.5</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000" wsp:rsidRPr="00B013D0"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></wx:sect></w:body></w:wordDocument>">