1. Задаться величиной емкости С2 (не более 2200рФ, значение брать по ряду Е12) и найти значение вспомогательного коэффициента k.
C2=1800пФ
k=2pf0C2=2,827×10-4
2. Рассчeт значений всех элементов схемы фильтра.
3. Проверка значения частоты среза f0 и усиления k0.
4. Рассчет коэффициента усиления k0 в децибелах
k0, д Б = 20lg k0=20lg30=29,54
5. Исследование работы ФНЧ.
k0, д Б =30,35 д Б
ki, д Б =k0, д Б – 3 д Б=27 д Б
f0=23,71кГц
II. Расчет ФВЧ второго порядка.
1. Задать значение емкости конденсаторов С1 = С3 = С (не более 2200 рФ) и найти значение вспомогательного коэффициента k.
С1 = С3 =1500пФ
k = 2pf0C=2×3,14×25×103×1500×10-12 = 2,356×10-4
2. Рассчитать значения всех элементов схемы фильтра.
3. Проверка значения частоты среза f0 и усиления k0.
4. Рассчитать коэффициент усиления k0 в децибелах
k0, д Б=20lg k0=20lg30=29,54
5. Исследование работы ФВЧ.
k0, д Б =28,56 д Б
ki, д Б =k0, д Б – 3 д Б=25,88 д Б
f0=23,71кГц
Выводы:
Активные частотные фильтры предназначены для выделения из всего спектра частот
выходного сигнала полосы частот. Достоинство активных фильтров состоит в том, что частота среза меньше зависит от сопротивлений генератора и нагрузки.
Усилители мощности
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 Rн 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 Ukm на сопротивлении нагрузки Rн практически равен входному, а усиление мощности достигается за счет усиления тока Iэm. 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:
PH – выходную мощность усилителя;
RH – сопротивление нагрузки;
Kг– допустимый коэффициент гармоник;
( fH и fB) – рабочий диапазон частот;
МH и МB – допустимые коэффициенты частотных искажений каскада;
(t0срmax и t0срmin ) – высшую и низшую температуры окружающей среды.
В расчет каскада мощного усиления входят:
1. выбор схемы усилителя;
2. выбор напряжения источника питания;
3. выбор транзисторов;
4. выбор точки покоя на выходных и входных характеристиках транзистора;
5. построение нагрузочной линии;
6. определение тока и напряжения смещения входной цепи;
7. определение сопротивления нагрузки выходной цепи переменному току;
8. проверка по выходной динамической характеристике (нагрузочной прямой), отдаваемой каскадом мощности;
9. определение амплитуды тока и напряжения входного сигнала (входной мощности), коэффициента усиления по мощности, коэффициента полезного действия каскада;
10. расчет сопротивлений, задающих смещение, и входного сопротивления каскада;
11. расчет реального значения коэффициента гармоник каскада и проверка его с допустимым значением (Кграсч.<Кгзадан.);
12. расчет емкостей и площади радиатора, охлаждающего транзистор каскада мощного усиления.
Исходные данные для расчета усилителя помещены в таблицах 3.1 и 3.2.
Таблица 3.1
| № п.п. | РН [вт] | fH [кГц] | fB [кГц] | t0срmin [0С] | t0срmax [0С] |
| 0.06 | +45 |
Таблица 3.2
| № п.п. | RН [Ом] | Кг [%] | МН [дб] | МВ [дб] |
| 3.0 | 4.5 | 3.0 |
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 PH = 1,1 · 20 = 22 Вт P = 24 Вт
2. Выбор напряжения источников питания Ек1 и Ек2
Ек1 = Ек2 = Ек
Uост » (0,3 ¸ 1,5) В Uост = 1,5 В
Ек ³ Uкm + Uост = 19,6 + 1,5 = 21,1 В
Ек = 23 В
3. Выбор транзисторов по предельным параметрам
Uкэдоп. ³ (2¸2.5)Ек Uкэдоп. ³ 2,5 · 23 = 57,5 В
Iкдоп. ³ Iкm Iкдоп. ³ 2,45 А
Ркдоп. ³ (0.4¸0.7)Р Ркдоп. ³ 0,7 · 24 = 16,8 Вт
МВдб = 20lgМВ, МВдб = 3дб → МВ = 1,41
Выбранная пара транзисторов: КТ816 и КТ817
Uкэдоп. = 100 B
Iкдоп.= 3 A
Ркдоп. = 25 Вт
fгр = 3 МГц
bmin = 25
 |
5.
Нагрузочная характеристика не выходит за пределы допустимой мощности
6. Определение параметров входной цепи.
Uбm= Uбmах – Uобэ
Uвхm= Uбm + Uкm = 0,87 +19,6 = 17,052 В
7. Коэффициент усиления по мощности 
Потребляемая каскадом номинальная мощность
P0 = 2·Eк·Iкср = 2 · 21,411 · 0,9 = 38,54 Вт
где 
Коэффициент полезного действия каскада
h = 62,3%
8. Расчет сопротивлений делителя
Iдел = (0,5¸2)Iбm Iдел = 1,5 · 0,098 = 0,147 А
По ряду Е12: R1 = R4 = 150 Ом
По ряду Е12: R2 = R3 = 4,7 Ом
9. Входное сопротивление каскада
Rвхок » R2 + bRH = 4,7 + 25 · 8 = 204,7 Ом
Rг = Rвхок
Ег = Uбэ + IбRг.
Рис. Сквозная динамическая характеристика каскада
По сквозной характеристике находим номинальные токи I'km, I'1, I'кmin, соответствующие напряжениям Егmax, 0,5(Егmax + Егmin), Егmin.
 |
b = 0,1¸0,15
Ikm = (1 + b) I'km I1 = (1 + b) I'1;
Iok = 2bI'кmin I2 = – (1 – b) I'1;
Ikmin = – (1 – b) I'km;
Ik1 = 1/3(Ikm – Ikmin + I1 – I2) Ik2 = 1/4(Ikm – 2Iok + Ikmin),
Ik3 = 1/6[Ikm – Ikmin – 2(I1 – I2)]
Ik4 = 1/12[Ikm + Ikmin – 4(I1 + I2) +6Iok ]
Iср = 1/6[Iкm + Imin + 2(I1 + I2)].
Правильность вычисления найденных токов можно проверить по выражению
Ik1 + Ik2 + Ik3 + Ik4 + Iср = Ikm.
Коэффициент гармоник
Кг = 3%
11. Определение значение емкости разделительного конденсатора
МHдб = 20lgМВ, МНдб = 4,5дб → МН = 1,6788
По ряду Е12: С = 27 мкФ
12. Определение площади дополнительного теплоотвода, охлаждающего транзистор
см2
где F' – коэффициент теплоотдачи
F' = (1,2¸1,4)×10-3 Вт/см2×град
– максимальная температура коллекторного перехода
(Si) = 150¸200oC)
– максимально возможная температура окружающей среды;
RtП.К. – величина теплового сопротивления транзистора (переход-корпус).
RtП.К » 3,0 град/Вт при Ркдоп £ 30 Вт
Pk – мощность, выделяемая в транзисторе (РkАВ » 0,7 Р)
 |
Sохл= 115 см2