Остаточний розрахунку каскаду попереднього підсилення з се

Вихідні дані

1) амплітудне значення напруги на виході каскаду U_вих.m= 2,5 В;

2) опір навантаження R_н = 130 Ом;

3) напруга джерела живлення Е_К = 10 В;

4) нижня межа частот f_н = 50 Гц;

5) допустиме значення коефіцієнта викривлень у зоні нижчих частот М_н = 2,2.

Як і для попереднього розрахунку, вважаємо, що ПНЧ працює у стаціонарних умовах.

При побудові схеми каскаду будемо використовувати елементи з допустимим відхиленням від номінального значення ± 5 % (виходячи з цього, у результатах розрахунку можна залишати не більше трьох значущих цифр).

Порядок розрахунку

Перевіримо правильність попереднього вибору транзистора:

Допустима напруга між колектором та емітером повинна перевищувати напругу джерела живлення

UК max > EК ;

(1.2.1)

значення допустимого струму колектора повинне перевищувати максимальне значення струму у колекторному колі транзистора

IК max > I0К + IКm ,

(1.2.2)

де I_0К – струм спокою у колі колектора;

I_Кm – амплітуда змінної складової струму у колі колектора;

ІКт = Uвих.т / Rн≈ ,

(1.2.3)

де – R_н≈ - еквівалентний опір навантаження каскаду за змінним струмом. При цьому R₃ є навантаженням за постійним струмом.

Виходячи з того, що даний каскад є підсилювачем потужності, для забезпечення максимальної передачі потужності задаємо:

R3=Rн ,

(1.2.4)

тобто R₃ = 130 Ом

(до речі, за умови підсилення напруги задають R₃ << R_н, а при підсиленні струму R₃ >> R_н тоді:

Rн≈ Ом;

мА.

Для забезпечення економічності каскаду за мінімальних нелінійних викривлень обирають мА.

На підставі (1.2.1) та (1.2.2) необхідно вибрати транзистор, який би забезпечував:

> 10 В; ІКmax > мА.

За результатами попереднього розрахунку було обрано у якості підсилюючого елемента транзистор типу КТ315. За даними табл. 1.2 знаходимо, що заданим вимогам відповідає транзистор КТ315Г, у якого U_{К max} = 35 В, I_{К max} = 100 мА, h_21E = 50 ... 350, Р_Ктах = 150 мВт.

Знаходимо напругу між колектором та емітером транзистора у режимі спокою

,

(1.2.5)

де U_ост – напруга між колектором та емітером, нижче якої при роботі каскаду виникають значні нелінійні викривлення з-за того, що у робочу зону попадають ділянки характеристик транзистора з значною кривизною.

Для малопотужних транзисторів, як правило, задають U_ост = 1 В. Тоді

В.

Знаходимо потужність, що виділяється на колекторі транзистора

.

(1.2.6)

При цьому необхідно забезпечувати виконання умови:

РК < РКmax ,	(1.2.7)
РК = 42,35 . 3,5=148 мВ < 150 мВт.

Таким чином, вибраний тип транзистора відповідає вимогам за потужністю.

Знаходимо опір навантаження у колі колектора.

R₃ = 130 Ом.

Потужність, що розсіюється в резисторі:

.	(1.2.8)
Отже Вт.

За таблицями 1.2.2 –1. 2.4 вибираємо резистор типу С2-33 потужністю 0,25Вт з опором 130 Ом.

Знаходимо опір резистора R₄ у ланцюгу термостабілізації

.

(1.2.9)

При цьому необхідно виконувати співвідношення:

,

(1.2.10)

що забезпечує незначне зниження динамічного діапазону каскаду і падіння напруги на R₄, яке перевищує значення контактного потенціалу p-n переходу транзистора (для забезпечення умов температурної стабілізації режиму спокою каскаду). Отже:

Ом;

.

Останнє відповідає умові

Потужність, що розсіюється в R₄:

Вт.

За таблицями 1.2.2 – 1.2.4 вибираємо резистор типу С2-33 потужністю 0,125 Вт з опором 24 Ом.

Знаходимо ємність конденсатора С₃, що шунтує R₄ за умови, що його опір на частоті f_н повинен бути у 10 разів меншим за опір резистора R₄:

С3 ≥ ,

(1.2.11)

де множник 10⁶ дозволяє отримувати значення ємності у мікрофарадах.

С3 ≥ мкФ.

Робоча напруга на С₃:

В.

За таблицями 1. 2.2,1. 2.3, та1. 2.5 вибираємо конденсатор типу К50-18 ємністю 250 мкФ на напругу 1,1 В.

Знаходимо струм спокою бази транзистора

І_0Б = І_0К / h_{21Е min} , (1.2.12)

І_0Б = 42,34 / 50 = 0,85 мА.

Оскільки у відкритому стані транзистора напруга між його базою та емітером становить близько 0,6 В, то напруга спокою бази:

U0Б = 0,11 В

(1.2.13)

і можна знайти орієнтовне значення вхідного опору транзистора

Rвх = U0Б / І0Б,	(1.2.14)
Ом.

Знаходимо значення опорів резисторів дільника R₁, R₂. Дільник підімкнено до напруги.

В.

(1.2.15)

Значення струму в дільнику вибирається у межах

,	(1.2.16)
що забезпечує незалежність задання режиму спокою транзистора при зміні його параметрів під впливом температури, при заміні на інший і т.п.
мА.

Падіння напруги на резисторі R₄ складає:

UR4 = (I0К + I0Б)R4, UR4 = (42,34 + 0,85) . 23,5 = 1,02 В.	(1.2.17)
Тоді ;	(1.2.18)
.	(1.2.19)
Отже Ом; Ом.

За таблицями 1.2.2 –1. 2.4 вибираємо R₁=1,8 кОм; R₂=270 Ом.

Знаходимо потужність, що виділяється в резисторах R₁ і R₂:

;	(1.2.20)
;	(1.2.21)
РR1 = [(0,85 + 4,25) . 10-3]2 . 1,8 . 103 = 0,047 Вт; РR2 = (4,25 . 10-3)2 . 270 = 0,005 Вт.

Із табицями 1.2.2 – 1.2.4 вибираємо резистори типу С2-33 потужністю 0,125 Вт.

Знаходимо ємність конденсатора С₂ за умови забезпечення допустимого значення коефіцієнта частотних викривлень М_н:

С2 ≥ ,

(1.2.22)

значення якої отримується в мікрофарадах.

Робочу напругу С₂ приймаємо рівною

.

(1.2.23)

Тоді

С2 ≥ мкФ, В.

За таблицями 1.2.2,1. 2.3, та 1.2.5 вибираємо конденсатор типу К50-35 ємністю 10 мкФ на напругу 50 В.

Знаходимо амплітудні значення струму й напруги на вході каскаду

,

(1.2.24)

де h_21Emin – мінімальне значення коефіцієнта передачі струму в схемі з СЕ для обраного транзистора.

мА.
.	(1.2.25)
В.

Необхідна потужність вхідного сигналу

,	(1.2.26)
Вт.

Знаходимо розрахункові коефіцієнти підсилення каскаду за струмом, напругою та потужністю:

,	(1.2.27)
,	(1.2.28)
,	(1.2.29)
[КР]дБ дБ.

Більше того, навіть за мінімального значення коефіцієнта підсилення транзистора h21E min = 50, маємо запас за підсиленням. Діапазон можливих значень коефіцієнта підсилення у транзисторів досить широкий: для КТ315Г він складає h21E = 50 ... 350. Отже основний параметр може перевищувати своє мінімальне значення. На перший погляд це може здатися суттєвим недоліком, бо результати розрахунків, що ми отримали, виявилися, м’яко кажучи, досить приблизними. Але Ви знаєте про застосування у підсилювачах негативного зворотного зв’язку, введення якого у даному разі зможе стабілізувати значення коефіцієнта підсилення, а також покращити інші параметри пристрою.