III. Расчёт оконечного каскада, обеспечивающего усиление сигнала по мощности.




 

1. Определяем рабочий диапазон оконечного каскада:

fmin= 10 Гц Tmax= 0,1 c

fmax= 10­4 أِ Tmin= 10-4c

 

На вход подаются прямоугольные импульсы

а) На верхних частотах:

 

OK эквивалентен

Uвых(t) = Um×(1 – e-tимп/t)

tфр = 2,3×t, t - постоянная времени схемы,

tимп.мин= 1/2×Tmin= 1/(2×fmax) = 1/(2×104) = 5×10-5c,

обычно считают tфр = 0,1×tимп min= 5×10­-6с (наша цель – сделать как можно меньше tфр), а так как tвч= tфр/2,3, то fвч= 2,3/ tфр×2p =

= 73кГц

 

б) На нижних частотах:

 

 

OK эквивалентен

Uвых(t) = Um×e-tимп/t

d = D/Um= 0,1 (наша цель - сделать как можно меньше D),

Um- D = Um×e-tимп/t, следовательно 1 - d = e-tимп/t,

tнч= tимп/d, tнч= tимп/0,1, tимп= 1/2×Tmax= 1/(2×fmin) = 1/(2×10) = 0,05c, tнч= 0,05/0,1 = Ѕ c, следовательно fнч= 0,3 Гц,

считаем fнч= 0.

fпред(> 5×fвч) = 400 кГц, fгран= h21Э× fпред= 50×400кГц = 20 Мгц

Определимся с режимами работы транзисторов. Для транзисторов VT1 и VT2 лучше использовать режимы работы класса АВ. Это немного снизит энергетические показатели работы транзисторов, но зато приведет к значительному уменьшению нелинейных искажений на выходе. Для остальных транзисторов выберем режим А.

 

2. Расчёт параметров транзисторов эмиттерного повторителя (VT1 и

VT2).

 

Потребляемая мощность Pïîًٍ = Im×п; мощность, потребляемая нагрузкой н= Im×m; 2×m pасс.= Pпотр- Pн; P'm pаб= 0, следовательно Eп= 2Um, Pm pасс = .

زàê êàê Rي = 5 خى, à Pي= 15 آٍ, ٍî àىïëèٍَنيûه çيà÷هيèے ٌèميàëà يà يàمًَçêه:

Um ي= آ, Im ي = Um ي/Rي= 9/5 = 1,8 ہ,

а необходимое напряжение питания:

Eï= Uê‎+ Um ي= 2 + 9 = 11 آ.

زًهلَهىûé êî‎ôôèِèهيٍ ٌَèëهيèے تU= = 9/2 = 4,5,

а мощность, рассеиваемая на коллекторе одного транзистора:

ذm pàٌٌ »0,1× = 0,1×112/5 = 2,42 Вт.

 

Исходя из полученных данных, выбираем транзисторы, так чтобы

PKmax> Pmрасс= 2,42 Вт, IKmax> Imн= 1,8 А, UКЭ0max> 2×Eп= 22 В,

а fгр/h21Э > 5×fвч= 400 кГц:

  VT1 VT2
марка транзистора КТ850Б КТ851Б
тип транзистора p-n-p n-p-n
IKmax – постоянный ток коллектора, А    
UKЭ0max – постоянное напряжение кол.-эм. ( =0), В    
PKmax – постоянная рассеиваемая мощность коллектора, Вт 2,5 2,5
статич. коэф-т передачи тока в схеме с ОЭ h21, минимальное значение    
fгр граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ, МГц    

 

Найдем ток баз транзисторов (максимальный входной ток) и входное напряжение каждого транзистора оконечного каскада:

IБ max= IKmax/h21Э= Imн/ h21Э= 1,8/65 = 0,028А, UБ max» Umн = 9 В,

входное сопротивление оконечного каскада:

RвхОК= (h21Э+ 1)×Rн= 66×5 = 330 Ом.

 

3. Расчёт транзистора усилителя с ОЭ (VT3).

 

Транзистор VT3 работает в режиме А (однотактный).

Так как RвыхГСТ2>> RвхОК, то

= 28 ىہ (Im أرز2= 0). زîمنà

пусть = 30 мА – постоянная соста-

вляющая тока коллектора VT3.

 

Очевидно, что от выбора IК0зависит мощность, рассеиваемая на транзисторе VT3. Поэтому для того чтобы поставить маломощный транзистор, желательно IК0снизить.

Считая UKЭ0 » Eп= 11 В, находим Pmрасс = IK0×UKЭ0= 0,03×11 =0,33Вт,

исходя из полученных данных, выбираем транзисторы, так чтобы

PKmax> Pmрасс= 0,33 Вт, IKmax> IКЭ m= 0,028 + 0,030 =58 мА,

UКЭ0max> 2×Eп= 22 В, а fгр/h21Э > 5×fвч= 400 кГц:

  VT3
марка транзистора КТ604БМ
тип транзистора n-p-n
IKmax – постоянный ток коллектора, А 0,2
UKЭ0max – постоянное напряжение кол.-эм. ( =0), В  
PKmax – постоянная рассеиваемая мощность коллектора, Вт  
статич. коэф-т передачи тока в схеме с ОЭ h21, минимальное значение  
fгр граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ, МГц  

 

Рассчитаем коэффициент усиления VT3:

KU= Uвых/Uвх = = =30×330/(150 + 13) = 88

Рассчитаем максимальный входной ток VT3:

IБ m= IКЭ m/h21Э= 0,058/30 = 1,9 мА

 

Расчёт генератора стабильного тока (ГСТ2).

ГСТ является активной нагрузкой для каскада ОЭ. Он нам необходим для поддержки на входе оконечного каскада постоянного сигнала. Обыкновенный резистор не годится, так как при этом возникает смещении потенциала, и в выходной цепи возникнет нестабильность, приводящая к искажениям сигнала. Поэтому в качестве ГСТ мы будем использовать транзистор VT4 в схеме ОБ.

 

جîùيîٌٍü, ًàٌٌهèâàهىàے يà VT4:

Pmpacc= IK0 VT4×UK0VT4= IK0 VT3×Eп= 0,03×11 = = 0,33Вт, исходя из полученных данных, выбираем транзисторы так,

что PKmax> Pmрасс= 0,33 Вт,

IKmax> IКЭ m= 0,028 + 0,030 =58 мА,

UКЭ0max> 2×Eп= 22 В,

а fгр/h21Э > 5×fвч= 400 кГц:

 

  VT4
марка транзистора КТ941А
тип транзистора p-n-p
IKmax – постоянный ток коллектора, А 0,3
UKЭ0max – постоянное напряжение кол.-эм. ( =0), В  
PKmax – постоянная рассеиваемая мощность коллектора, Вт  
статич. коэф-т передачи тока в схеме с ОЭ h21, минимальное значение  
fгр граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ, МГц  

 


Определяем значения сопротивлений R18, R19, R20:

для улучшения характеристик ГСТ используем отрицательную обратную связь по току,

поставив RЭ= R20= UR20/IК0 VT4= 1/0,058 » 20 Ом,

где UR20= Eп– (Um н+ UБЭ VT1+ UKЭ VT4) = 11 – (9 + 0,7 + 0,3) = 1 В.

 

Расчёт делителя:

IБ0 VT4= IК/h21Э= 0,058/20 = 2,9 мА, Iдел³ (5…10)×IБ0 VT4= 20 мА,

R18= (UR20+ UБЭ VT4)/Iдел= (1 + 0,7)/0,02 » 100 Ом

R19= (Еп– UR18)/Iдел= (11 - 1200×0,0015)/0,02 » 500 Ом

 

Выполним проверку: Rвых ГСТ2= , где

RБ= R18×R19/(R18+ R19) = 100×500/(100+500) = 85 Ом,

h11Э= rБ + (h21Э+ 1)×rэ= 100 + (20 + 1)×0,44 = 53,3 Ом, где rЭ= jт/IК0 VT4=

= 0,026/0,058 = 0,44 Ом, h22Э= 1/rКЭ= 10-4, подставляем:

Rвых ГСТ2= 104×(85 + 53,3 + 21×20)/(85 + 53,3 + 20) = 35 кОм,

т.е. Rвых ГСТ2>> Rвх ОК и мы можем пренебречь пульсацией тока на выходе DI = Umн/ Rвых ГСТ2= 11/35000 = 0,3 мА.

 

5. Расчет дифференциального каскада.

 

دîëîوèى, Iف m نèôô= Iت m VT5,6> (5¸)×Б mVT3= 15 мА,

IК0 VT5,6= IК mVT5,6+ 0,05×IК mVT5,VT6= 16 мА;

R13= IБЭ VT3/ I К0 VT5,6= 0,7/0,016 » 50 Ом

Расчитаем транзисторы для данного каскада.

Р mрасс= IК0×UК0 = 0,016×11 = 0.176 Вт. Теперь мы

можем подобрать транзисторы VT5 и VT6 так, чтобы

PKmax> P mрасс= 0,176 Вт,

IKmax> IК mVT5,6 + IК0VT5,6 = 0,015 + 0,016 = 31 мА,

UКЭ0max> Eп= 22 В,

а fгр/h21Э > 5×fвч= 400 кГц:

 

  VT5, VT6
марка транзистора КТ107Б
тип транзистора p-n-p
IKmax – постоянный ток коллектора, мА  
UKЭ0max – постоянное напряжение кол.-эм. ( =0), В  
PKmax – постоянная рассеиваемая мощность коллектора, Вт 0,3
статич. коэф-т передачи тока в схеме с ОЭ h21, минимальное значение  
fгр граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ, МГц  

 

Определим ток эмиттера транзисторов IБ= IК/h21Э, то есть IЭ= (h21+

+ 1)×IБ= (h21+ 1)×IК/ h21» IК0 VT5,6= 16 мА. Постоянная составляющая

IЭ VT5= IК VT5= 5×IБ VT3= 5×0,0015 = 7,5 мА, при этом выходной ток ГСТ1

IК ГСТ1= 2×IЭ VT5,6= 2×0,0075 = 15 мА, мощность, рассеиваемая на VT7

Ррасс m= IK0×UK0= 0.015×11=0.165 Вт.

Исходя из полученных данных, выбираем VT7 так,

что PKmax> 2×Pmрасс VT5,6= 0,352 Вт,

IKmax> 2×IК0 VT7 = 32 мА,

UКЭ0max> Eп= 11 В:

 

  VT7
марка транзистора П504
тип транзистора p-n-p
IKmax – постоянный ток коллектора, мА  
UKЭ0max – постоянное напряжение кол.-эм. ( =0), В  
PKmax – постоянная рассеиваемая мощность коллектора, Вт 0,4
статич. коэф-т передачи тока в схеме с ОЭ h21, минимальное значение  
fгр граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ, МГц  

 

Определим значения резисторов R10, R×11, R14. Дабы повысить

сопротивление ГСТ1, падение напряжения на R14 полагаем

UR14= 0,8 В;

IЭ VT7 = IБ VT7+ IК VT7; IБ VT7= IК VT7/h21Э, то есть IЭ VT7= IК VT7» 0,015 А;

R14= UR5/IЭ VT7 = 0,5/0,016 = 31,25 Ом, полагаем 35 Ом.

IБ VT7= 0,015/10 = 1,5 мА; Iдел ГСТ1= 10×IБ VT7= 15 мА;

R10= (UR14+UБЭ VT7)/Iдел= (0,8 + 35×0,015)/0,015 » 88,3 Ом,

выбираем R10= 100 Ом;

R11= (Еп– UR10)/Iдел= (11 - 100×0,015)/0,015 » 633 Ом,

выбираем R11= 650 Ом.

Проверим Rвых ГСТ1= (RБ+ h11Э+ (h21Э + 1)×RЭ/ h22Э×(RБ+ h11Э+ RЭ), где RБ= R10×R11/(R10 + R11) = 87 Ом; h11Э= rБ+ (h21Э+1)×rЭ= 100 + (10 + 1)× ×0,026/0,015 = 120 Ом, h22Э = 10-4, тогда Rвых ГСТ1= 104×(87 + 120 + 81× ×35)/(87 + 120 + 35) = 126 кОм, что нам и было нужно.

Найдем R12. Для согласования каскадов возьмем R12>> rвх VT5;

r вх VT5= rБ VT5+ rЭ VT5×h21Э VT5= rБ VT5+ (0,026/IЭ VT5)×h21Э VT5= 100 +

+ (0,026/0,015)×81 = 240 Ом. Положим R12= 10 кОм

6. Расчет диодов организующих смещение транзисторов ЭП

Диоды, позволяющие работать эмиттерному повторителю в режиме класса В, можно выбрать по единственному параметру – протекающему току:

IД= 35 мА, выбираем УД413В

7. Расчет системы отрицательной обратной связи

Необходимый коэфф-т усиления выходного каскада КU= Uвых/Uвх=

= 9/2 = 4,5. Но нам известно, что если общий коэффициент усиления много больше требуемого, то коэффициент усиления равен глубине обратной связи: КU= K/(1 + b×K) » 1/b = 4.5, то есть b = 0,22, где b - коэффициент передачи обратной связи. Определим КUдифференциального каскада:

КUдифф = Uвых/Uвх= IK×RKN/(IБ×rвх) = b×RKN/(rБ + rЭ×(1+b)) » RKN/rЭ,

RKN= R13×rвх каск ОЭ/(R13 + rвх каск ОЭ),

rвх каск ОЭ = rБ каск ОЭ + (h21Э VT3 + 1)×rЭ каск ОЭ = 100 + 0,026×30/0,03 = 126 Ом, RКН= 50×126/(50+126) = 35,8 Ом,

rЭ VT5,6= 0,026/0,016 = 1,6 Ом

KUдифф= 35,8/1,6 = 22,4

КU= KUдифф×КUОЭ= 22,4×88 = 1971 >> 4.5, видно, что общий коэффициент усиления много больше требуемого. Тогда для резисторов R17 и R16 получаем систему b = R16/(R17+ R16), R16<rвх ДифКаск, R16+ R17>>Rн. Выбрав R16=65 Ом, получим R17= R16/b - R16= 65/0,22 – 65 =230 Ом. Данные значения сопротивлений удовлетворяют всем условиям.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-10-21 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: