2 Кінцевий розрахунак

2.1 Розрахунок вихідного безтрансформаторного каскаду.

Вхідні дані:

Вихідна потужність підсилювача Р_вих= 0,3 Вт ;

Нижня частота діапазону F_н = 0,2 кГц ;

Верхня частота діапазону F_в = 4 кГц ;

Опір навантаження R_н = 6 Ом ;

Коефіцієнт частотних спотворень М_{н.вих.каск}= 4 дБ (1,48);

Коефіцієнт нелінійних спотворень К_г= 6 % ;

Межі зміни навколишньої температури t_отк.min… t_отк.max

-40…100

Параметривибраних транзисторів які будуть працювати в парі «КТ814А і КТ815А» різної структури але однакових параметрів:

Тепловий опір транзистора (40…100) приймаю: R_{т п-с} =40;

Максимальна потужність, що розсіюється на колекторі Р_кmax=1 Вт

Максимально допустимий постійний струм колектора (без радіатора): І_кmax =0,5 A

Максимально допустимий струм бази: І_{Б max} =0,05 A

Максимально допустима напруга колектор – емітер:U_кєmax =25 В

Статичний коефіцієнт передачі струму біполярного транзистора в схемі з загальним емітером : (40…70) h_{21є мін} = 60

Рисунок 2.1 Схема двохтактного безтрансформаторного вихідного каскаду підсилювача низької частоти

2.1.1 Знаходжу напругу джерела живлення [1 ст.112].

,(2.1)

Рвих - вихідна потужність приймача, Вт,

Rн - опір гучномовця, Ом.

2.1.2 Знаходжу мах. значення колекторного струму кінцевих

транзисторів [1 ст.113].

, (2.2)

де Ек - напруга джерела живлення, В,

Rн – опір гучномовця, Ом.

2.1.3 Вибираю значення струму спокою в кінцевих транзисторах.

,(2.3)

2.1.4 Знаходжу мах. потужність розсіювання кожним кінцевим

транзистором.

,(2.4)

2.1.5По отриманих значеннях Е_к. Р_{кмах.розр.} І_{к мах. роз.} і заданому значенні f_в.вибираєм тип кінцевих транзисторів (VT9 і VT10). При цьому необхідно щоб максимально допустимі значення відповідних параметрів транзисторів перевищувала наступні показники :

U_{ке max.}˃Е_к

25˃4,8

Р_кmax˃Р_{кмах.розр}

1˃0,1

І_кmax˃І_{к мах. роз}

0,5˃0,4

Зворотній струм колектора І_кб0 вибраного транзистора повинен бути мінімальним. Крайня частота підсилення транзистора повинна перевищувати верхню частоту заданого частотного діапазону не менше як в 2 рази:

f_h21э ≥ 2 f_в

50≥8

При виборі кінцевих транзисторів треба взяти до уваги падіння потужності розсіюча транзистором при підвищенні температури навколишнього середовища.

Гранична потужність розсіюється колекторним переходом транзистора, вираховуєм:

Р_{кmaxрозр}=(t_пmax ∙ t_{навк.серед.} )/R_т.п-с, де (2.5)

t_пmax – максимальна температура переходу, С

t_{навк.серед.} – максимальна напруга навколишнього середовища,  С

R_т.п-с – тепловий опір навколишнє середовище,  С/Вт

Р_{кmaxрозр}=(60 ∙ 50)/40 = 0,25

2.1.6 Визначаю максимальне значення колекторного струму передкінцевих транзисторів

І_{кmaxрозрпред}=І_{кmaxрозр}/h_{21э min} (2.6)

І_{кmaxрозр} – максимальне значення колекторного струму передкінцевих транзисторів

h_{21э min} – мінімальне значення коефіцієнта передачі струму кінцевих транзисторів.

І_{кmaxрозр пред}=0,4/30=0,013(А)

Опори резисторів R22=R23 вибираю в межах (100…1000) Ом і уточнюються при регулюванні підсилювача – резистор МЛТ-0,25-10кОм

2.1.7 Визначаю потужність розсіювання кожного із передкінцевих транзисторів:

Р_{кmaxрозрпред}=Р_{кmaxрозр}/h_{21э min}(1 – 0,9/(R22 І_{кmaxрозрпред})), (2.7)

Р_{кmaxрозр} – гранична потужність, що розсіюється колекторним переходом транзистора, Вт

І_{кmaxрозрпред} – максимальне значення колекторного струму передкінцевих транзисторів, А

Р_{кmaxрозр пред}=0,1/30(1-0,9/5000,013)=0,22 (Вт)

2.1.8 За отриманим значенням І_к вибираю передкінцеві транзистори типу КТ315Ж(VT5іVT6) п-р-п. При цьому необхідно, щоб максимально допустимі значення параметрів вибраних транзисторів перевищували розрахункові значення:

U_{кэ мах пред}>Е_к

25>4,8

Р_{кmaxпред}>Р_{кmaxрозрпред}

0,5>0,22

І_{кmaxпред}>І_{кmaxрозрпред}

0,5>0,013А

Обраний струм колектора необхідних транзисторів І_{кбо перед} повинний бути мінімальним. Крайня частота посилення передкінцевих транзисторів повинна перевищувати верхню частоту заданого частотного діапазону не менш ніж у 5 разів

f_{h21э пред}5f_в

60>20

2.1.9 Знахожу ємність роздільного конденсатора С₃₅

С₃₅1/f_нR_н, де (2.8)

f_н – максимална звукова частота, Гц

С₃₅=1/3,145006=106мкФ - конденсатор К 50-16 16В×70мкФ

Чим більше ємність тим краще працює підсилювач в області нижніх частот діапазону.

2.1.10 Опір резистора R₂₀ звичайно не розраховую, а підбираю експериментально при настроюванні каскаду (спочатку можна вибрати R₂₀ 10 кОм).

2.1.11 Визначаю частотні викривлення каскаду в області низьких і високих частот

, де (2.9)

С₁ – ємність розділового конденсатора

, де (2.10)

f_в – максимальна звукова частота, Гц

f_h21э – гранична частота посилення кінцевих транзисторів, Гц

Отримані величини М_нрозрі М_{в розр} не повинні перевищувати заданих величин.

2.1.12 Коефіцієнт нелінійних спотворені безтрансформаторного вихідного каскада визначається за наступними формулами. Для цього необхідно налаштувати сковзну динамічну характеристику-графік залежності струму колектора І_квід ЕРС Е_р еквівалентного генератора вхідного сигналу. Розрахунок веду в наступній послідовності: а) задаюся внутрішнім опором еквівалентного генератора вхідного сигналу

Rи≈Rвх≈12,24кОм:

б) користуючись вхідними і вихідними характеристиками транзистора рис.(2.2,2.3) визначаємо для деяких точок (1;2;3) значення Uке, Ік, Іб та Uбе:

Рисунок 2.2 Рисунок 2.3

Вхідна та вихідна характеристики транзисторів КТ814 і КТ815

в) визначаємо величину ЕРС еквівалентного генератора для різних значень Uбе та Іб відповідно вибраних точок (1;2;3) за формулою:

Е_г=U_бэ+І_бR_і, де (2.11)

U_бэ – напруга транзистора база-емітер, В

І_б – струм бази транзистора, А

R_и – внутрішній опір еквівалентного генератора вхідного сигналу, Ом

точка 1: Uке = 7 В; Ік = 150 мА; Іб = 1 мА;Uбе = 0,8 В

Е_г= 0,8+0,001∙12240 = 13,01

точка 2: Uке = 3,8 В; Ік = 320 мА; Іб = 5 мА;Uбе = 1 В

Е_г= 1+0,005∙12240 = 62,2

точка 3: Uке = 0,9 В; Ік = 470 мА; Іб = 10 мА;Uбе = 1,2 В

Е_г= 1,2+0,01∙12240 = 123,6

г) за отриманими даними у прямокутній системі координат будую графік залежності Ік=f(Ег) мал. 2.4:

д) визначивши по графіку максимальне, середнє і мінімальне значення струмів колектора. Ік мах. = 470 мА; Ік сер. = 320 мА; Ік мін. = 150мА, рахуємо амплітудне значення гармонічних складових струму колектора за формулами:

Рисунок 2.4. Графік залежності Ік=f(Ег)

, (2.12)

, (2.13 )

(2.14)

(2.15)

_{е) коефіцієнт нелінійних спотворень визначаємо за формулою:}

_(2.16)

І_кт1,І_кт2,І_кт3,І_кт4 – амплітуди гармонійних складових струму колектора

Необхідно щоб Кг розр. ≥ Кг, це для того щоб отримати в результаті розрахунку значення коефіцієнта гармонік не перевищувало заданого допустимого значення Кг=4%

2.1 Розрахунок вихідного трансформаторного каскаду.

Вхідні дані:

Вихідна потужність підсилювача Р_вих=4 Вт ;

Нижня частота діапазону F_н = 0,1 кГц ;

Верхня частота діапазону F_в = 6,3 кГц ;

Опір навантаження R_н = 4 Ом ;

Коефіцієнт частотних спотворень М_{н.вих.каск}=14 дБ (5,0);

Коефіцієнт нелінійних спотворень К_г= 5 % ;

Межі зміни навколишньої температури t_отк.min… t_отк.max

-40…100

Параметривибраних транзисторів які будуть працювати в парі «ГТ403Б»:

Тепловий опір транзистора (40…100) приймаю: R_{т п-с} =40;

Максимальна потужність, що розсіюється на колекторі Р_кmax=4 Вт

Максимально допустимий постійний струм колектора

(без радіатора): І_кmax =1,25A

Максимально допустимий струм бази: І_{Б max} =0,4 A

Максимально допустима напруга колектор – емітер: U_кєmax =30 В

Статичний коефіцієнт передачі струму біполярного транзистора в схемі з загальним емітером : (40…70) h_{21є мін} = 60

Рисунок 2.5 1 Схема двохтактного трансформаторного вихідного каскаду підсилювача низької частоти

2.1.1. Вибираю режим роботи двохтактного каскаду – клас В.

2.1.2. Знаходжу потужність, яку повинен віддати каскад в навантаження

P_{вих. каск.}=P_вих./ _t2 (2.17)

P_{вих. каск.}= 4 / 0,8 = 5 Вт

2.1.3. Знаходжу ККД двохтактного каскаду, що працює в режимі класу В

_{вих. каск} = 0,95 _t2π/4(2.18)

_{вих. каск} = (0,95×0,8×3,14) / 4 = 0,6

2.1.4. Підбираю тип транзисторів. Для цього визначаю потужність, що розсіюється в колекторному переході кожного транзистора.

Р_к = P_{вих. каск.} (1 - _{вих. каск}) / 2 _{вих. каск}(2.19)

Р_к = (5× 0,4) / 1,2 = 1,06 Вт

2.1.5. Визначаю напругу джерела живлення

Е_к = 0,35 ×U_кэмах(2.20)

Е_к = 0,35 × 60 = 21 В

2.1.6. Знаходжу опір навантаження, що приведене до одного плеча каскаду

R`_n = 0,9Е²_к / 2 P_{вих. каск}(2.21)

R`_n = (0,9×21²) / (2 ×5) = 39,69 Ом

2.1.7. Максимальне значення струму колектора кожного транзистора в робочому режимі

І_{к р. мах} = 0,95 Е_к / R`_n(2.22)

І_{к р. мах} = (0,95 ×21) / 39,69 = 0,32 А

2.1.8. В сімействі вихідних статичних характеристик вибраного

транзистора, ввімкненого по схемі з загальним емітером, будую навантажувальну пряму, яка проходить через точки А і Б з координатами І_к=І_крmaxU_КЭ =0 (точка А) і І_к=0, U_КЭ=Е_к (точка Б). Відмічаємо точки пересікання навантажувальної прямої зі статичними вихідними характеристиками транзистора (точки 1-7). Визначаємо струм бази І _Брmax, відповідний струму колектора І _крmax(значенню струму бази в робочому режимі І _Брmaxвибираємо між значеннями І_Б6 і І_Б7).

Рис.2.6 Навантажувальна пряма в сімействі вихідних статичних

характеристик транзисторного каскаду, що працює в режимі класу B.

2.1.9. Переношу знайдене значення І_{вр мах} на вхідну статичну характеристику транзистора, зняту при U_КЭ≠0. Із вказаної точки на вхідній характеристиці опускаємо перпендикуляр на вісь абсцис і знаходимо значення напруги U_БЭmax- максимальну величину напруги між базою та емітером транзистора в робочому режимі

Рис.2.7 Визначення U_{бэр мах} за вхідною характеристикою транзистора.

2.1.10. Розраховую вхідний опір.

а) одного плеча

R`_вх= U_{бэр мах} / І_{бр мах}(2.23)

R`_вх= 2/ 0,037 = 54 Ом

б) каскаду в цілому

R_вх= 4R`_вх. (2.24)

R_вх= 4×54 = 216,2 Ом

2.1.11. Знаходжу потужність сигналу на вході каскаду.

P_вх= U_{бэр мах}І_{бэр мах} / 2 (2.25)

P_вх= 2×0,037 / 2 = 37 мВт

2.1.12. Визначаю коефіцієнт підсилення каскаду за потужністю.

К_р = Р_{вих.каск.} / Р_вх(2.26)

К_р = 3,2 / 0,037 = 86,9

К_{р [ДБ]} = 10 lgK_p(2.27)

К_{р [ДБ]} = 10 lg86,9 = 19,39

2.1.13. Знаходжу величини опорів резисторів R1 та R2 в колі подільника

напруги. Приймаю струм подільника:

І_д = І_брmах(2.28)

І_д = 37 мА

Зазвичай напруга зміщення U_R1, що знімається з резистора R₁,вибирається порядку (0,1…0,2 В).

R₁ = U_R1 / I_д(2.29)

R₁ = 0,15 / 0,037 = 4 Ом

R₂ = (E_K – U_R1) / I_Д(2.30 )

R₂ = (21 – 0,15) / 0,037 = 563 Ом

Розраховую потужність, що розсіюється на резистори.

P_R1= I²_ДR₁ = 0,05 Вт

P_R2= I²_ДR₂ = 0,5 Вт

2.1.14. Визначаю коефіцієнт нелінійних спотворень каскаду. Для цього необхідно побудувати скрізь ну динамічну характеристику – графік залежності струму колектора І_квід Е_геквівалентного генератора вхідного сигналу. Побудовуведемо в такій послідовності:

а) задаємся внутрішнім опором еквівалентного генератора вхідного сигналу R_И = R_ВХ

R_И = 216,2 Ом

б)користуючись вихідними і вхідними характеристиками транзистора, оприділяємо для деяких точок (наприклад 2,4,7) значення U_КЭ=30В, І_к =1,25А,І_б=0,4А,U_БЭ=2В.

в)оприділяємо величину ЭДС еквівалентного генератора для різних значень U_БЭі І_б, відповідним вибраним точкам (2,4,7), по формулі Е_г=U_БЭ+І_б×R_И

г) по полученим даним в прямокутній системі координат будуємо графік залежності І_к=f (Е_г)

д) визначивши за графіком максимальне, середнє і мінімальне значення струмів колектора ( A, , A), знаходжу амплітудні значення гармонічних складових струму колектора за формулами:

(2.31 )

(2.32 )

(2.33 )

(2.34)

_{х – коефіцієнт ассиметрії (звичайно х=0,1…0,2);}

е) коефіцієнт нелінійних спотворень знаходжу за формулою:

(2.35 )

Так, як , то розрахунок зроблено правильно,

відповідно до виданого завдання.

2.1.15 Визначаємо коефіцієнт трансформації вхідного трансформатора.

n₁=U_{2 max}/(0,4…0,8)η_т.вхU_{КЭ max. пред}(2.36 )

n₁=4/0,6×0,8×21=0,39

де U_{2 max}– напруга на всій вторинній обмотці вхідного трансформатора при максимальній розкачці вихідного каскаду; для двохтактної схеми з загальним емітером U_{2 max}=2U_{БЭ max} (U_{БЭ max} – максимальна напруга між базою і емітером транзисторного вихідного каскаду); U_{КЭ maxпред}–максимально допустима напруга між колектором і емітером попереднього каскаду.

U_{2 max}=2U_{БЭ max}(2.37 )

U_{2 max}=2×2=4 В

Получене значення n₁представляє собою відношення числа витків всієї вторинної обмотки вхідного трансформатора до числа витків первинної обмотки.

2.1.16 Знаходимо коефіцієнт трансформації вихідного трансформатора для для одного плеча каскаду.

(2.38 )

_{2.1.17 Визначаємо активний опір первинної обмотки вихідного трансформатора (для одного плеча схеми)}

_{r΄1≈0,6R΄н(1-ηт.вих)}(2.39 )

_{r΄1≈0,6×216,2(1-0,8)=25,94 Ом}

_{2.1.18 Розраховуємо активний опір вторинної обмотки .}

_{r2≈0,4R΄н(1-ηт.вих)/ ηт.вих}(2.40 )

_{r2≈0,4×216,2(1-0,8)/ 0,8=21,62 Ом}

_{2.1.19 Знаходимо індуктивність половини первинної обмотки вихідного трансформатора}

(2.41 )

Література

Характеристика джерела	Перелік літератури
Книги: Один автор	Головин О.В. “Радиоприемные устройства”, Москва “Высшая школа” 1987 р. Алексеева И.Н. “Справочные материалы по полупроводниковых приборах”, Москва “Патриот” 1983 р. Бобров “Расчет радиоприемников”, Москва “Радио и связь” 1981 р. Петренко Т. А. “Радіоприймальні пристрої” Вища школа, 2001 р.
Два автори	Экимов В.Д., Павлов “Расчет радиприемников” “Связь” 1970 р. Бережнев К.М., Гактман Е. И. “Транзисторы для аппаратуры широкого применения”, Москва “Радио и связь” 1981 р. Титце Г.К., Шенк Н. Л. “Полупроводниковая схемотехника”, Москва “Мир” 1983 р.
Стандарти	ГОСТ 5651 – 82 “Устройства приемные”
Довідникова література	Терещук Р.М., Терещук К. М., Сєдов С.А. “Полупроводниковые приемно-усилительные устройства”, Киев “Наукова думка” 1981 р. Горюнов Н.Н.“Полупроводниковые приборы - транзисторы”, Москва “Связь” 1985 р.
Методичні рекомедації	Методичні рекомендації до курсового проекту Чернівецький політехнічний коледж 2005 р. Петренко Т.А. “Методичні вказівки до курсового проекту по курсу "Радіоприймальні пристрої" ”Вінниця, Технічний коледж, 2004 р.

43