Расчет усилителя низкой частоты (стр. 2 из 5)

ВыхК - выходной каскад

Входной каскад ставится на входе усилителя для увеличения входного сопротивления усилителя.

Большинство источников входного сигнала развивают очень низкое напряжение Е_г = 10 мВ. Подавать его непосредственно на каскад усиления мощности не имеет смысла, так как при слабом управляющем напряжении невозможно получить значительные изменения выходного тока.

Рассчитаем максимальное напряжение в нагрузке по формуле:

В (1)

Определим максимальный ток протекающий через нагрузку:

(2)

Рассчитаем требуемый коэффициент усиления усилителя по формуле:

(3)

Определим ориентировочное количество каскадов предварительного усиления по следующей формуле:

(4)

Полученное по формуле (4) количество каскадов округляют до ближайшего целого нечетного числа (в большую сторону), так как схема с ОЭ дает сдвиг фаз 180°

n = 3

Выходной каскад ставится на выходе усилителя и обеспечивает усиление мощности полезного сигнала в нагрузку.

2.3 Разработка принципиальной электрической

схемы усилителя

Схемная реализация входного каскада представлена на рис 7.

Рисунок 7

Это схема дифференциального каскада. Я решил выбрать диф. каскад по следующим причинам:

-дифференциальный каскад обеспечивает повышенную температурную стабильность предварительного усиления

-к дифференциальному каскаду проще подключить обратную связь

-у дифференциального каскада сравнительно большое входное сопротивление.

Схемная реализация каскада предварительного усиления представлена на рис 8. Это схема усилителя на биполярном транзисторе включенном по схеме с общим эмиттером. Я выбрал эту схему так как у нее сравнительно большие коэффициенты усиления по напряжению и по току, а также большое входное сопротивление. Недостаток этой схемы – сдвиг фаз между входным и выходным сигналом равен 180°.

Рисунок 8

Схемная реализация выходного каскада представлена на рис 9.

Рисунок 9

Это схема двухтактного усилителя мощности работающего в режиме В. Двухтактный усилитель мощности обладает более низким коэффициентом нелинейных искажений, чем однотактный усилитель мощности. Также важным преимуществом двухтактной схемы является ее малая чувствительность к пульсациям питающих напряжений. Недостатком данной схемы является трудность подбора одинаковых транзисторов.

Электрическая принципиальная схема представлена на рис 10.

Рисунок 10

2.4 Электрический расчет

Рассчитаем максимальное напряжение в нагрузке по формуле:

В (5)

Определим максимальный ток протекающий через нагрузку:

(6)

Рассчитаем требуемый коэффициент усиления усилителя по формуле:

(7)

Определим ориентировочное количество каскадов предварительного усиления по следующей формуле:

(8)

Полученное по формуле (8) количество каскадов округляют до ближайшего целого нечетного числа (в большую сторону), так как схема с ОЭ дает сдвиг фаз 180°

n = 3

Рассчитаем напряжение питания усилителя по формуле:

(9)

где

- падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер выходного транзистора в режиме насыщения, В;

- падение напряжения на резисторе, установленном в эмиттерной цепи выходного каскада, В;

Для большинства мощных транзисторов

= 0,5..2 В. Предварительно можно принять = 1 В. Зададимся падением напряжения на резисторе, установленном в эмиттерной цепи: = 1 В

Подставим рассчитанные напряжения в формулу (9) и определи напряжение питания усилителя:

= 32,98 В

Полученную величину округлим до ближайшего целого числа, а затем примем из стандартного ряда:

= 35 В

Зная напряжение питания усилителя и максимальный ток протекающий через нагрузку, выберем транзисторы для выходного каскада по следующим условиям:

I_kmax ³ I_нmax + I_kп

U_кэmax³ 2× E_k

По справочной литературе [5] выбираем следующие транзисторы:

VT8 KT827B

VT9 KT825B

Со следующими параметрами:

U_кэmax8 = 100 В I_kmax8 = 20 А

= 3 В

Характеристики транзистора представлены на рис 15, 16

По рис 15 определим напряжение на переходе база-эмиттер:

Рассчитаем сопротивление резисторов R₁₀ и R₁₁ по формуле:

Ом (10)

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е24:

0,062 Ом

По рис 16 определим ток коллектора покоя, а также статический коэффициент передачи тока транзистора VT8:

I_kп8 = 4 А h_21Э8 = 39000

Рассчитаем мощность рассеиваемую на резисторе:

(11)

Определим ток базы покоя транзисторов выходного каскада:

(12)

Определим максимальный ток базы транзисторов выходного каскада:

(13)

Определим ориентировочный максимальный ток коллектора VT5:

I_kmax5 = 10×I_Бmax8 = 10×513×10^-6 = 5.13 mA (14)

Зная максимальный ток базы транзистора VT8 и напряжение питания, выберем транзисторы для реализации защиты по току:

I_kmax ³ I_бmax8

U_кэmax³ 2× E_k

По справочной литературе [5] выбираем следующие транзисторы:

VT6 KT215В - 1

VT7 KT214В - 1

Со следующими параметрами:

U_кэmax7 = 80 В I_kmax7 = 40 мА

Характеристики транзистора представлены на рис 17,18,19,20

Рассчитаем максимальный ток коллектора VT8:

(15)

Примем значение сопротивления резистора

равным 0,036 Ом

Рассчитаем минимальное падение напряжения на резисторе

:

(16)

Рассчитаем максимальное падение напряжения на резисторе

:

(17)

Зная максимальный ток коллектора и напряжение питания, выбираем транзистор VT5 по следующим критериям:

I_kmax ³ I_кmax5

U_кэmax³ 2× E_k

VT5 КТ214В - 1

Характеристики транзистора представлены на рис. 17, 18 По графику зависимости h_21Э (I_Э) определим минимальный ток коллектора VT5: