Назначение и функционирование вк.

Выходной каскад (VT1–VT4;R6–R9) предназначен для получения большого тока нагрузкиI_НМ= 1-1,5 А.

Интегральный ОУ 741 имеет максимальный ток нагрузки I_НМ= 10-20 мА, что явно недостаточно для нашего усилителя.

ВК усиливает только по току. По напряжению его коэффициент передачи близок к 1 (повторитель напряжения). Действительно, VT1 и VT3 по одному и VT2 и VT4 по другому пути – каскады с общим коллектором, не инвертируют, K_U≈1.

ВК – двухтактный каскад режима класса АВ.

При U_ВЫХ> 0 (полярность без скобок) VT3 – в активном усилительном режиме, VT4 – в отсечке, ток нагрузкиI_Нтечет по цепи: +U_ИП– коллектор-эммитер VT3 – R8 –R_Н– общая шина.

При U_ВЫХ< 0VT3 – в отсечке, VT4 – в активном усилительном режиме, ток нагрузкиI_Нтечет по цепи: общая шина –R_Н–R9 – эммитер-коллектор VT4 – –U_ИП.

Наличие двух источников питания позволяет обеспечивать двуполярный диапазон изменения выходного напряжения

+ U_ИП= +15В

- U_ИП= -15В

–10B≤ U_ВЫХ≤ 10В.

Как создается режим класса АВ?

Режим класса АВ создается введением транзисторов VT1, VT2.

Падение напряжения

U_AB= U_ЭБ1+ U_ЭБ2≈ 0.6 + 0.6 = 1.2 В

приоткрывает транзисторы VT3 и VT4 при U_ВЫХ= 0. Через них течет некоторый начальный сквозной ток I₀, при этом рабочая точка транзисторов VT3 и VT4 выводится на начало линейного участка (.)АВ, что минимизирует нелинейные искажения U_ВЫХВК и всего усилителя.

Резисторы R8 и R9 необходимы для ограничения сквозного тока I₀.

Расчет выходного каскада.

Дано: U_ВЫХ.М= 10 В, I_НМ= 1,2 А, β_МИН=I_К/I_Б= 100 (для всех транзисторов). β – статический коэффициент передачи по току транзистора в схеме с общим эммитером.

I_Э ≈I_К.

Определяем минимальное сопротивление нагрузки:

Сопротивление R₆резистора R₆выбираем из условия обеспечения напряжения

U_ВЫХ.= +10 В при I_Н= I_НМ.

В этом режиме через транзистор VT1 течет минимальный ток I_Э1.МИН.

Зададимся минимальным током I_Э1.МИН= 2 мА (меньше нельзя, т.к. транзисторVT1 теряет усилительные свойства).

При этом в цепи базы транзистора VT3 течет максимальный ток

I_Б3.М =Iнм / β_МИН.З = 1,2 / 100 = 12 мА (I_Кз≈I_Эз=Iнм)

Тогда I_R6=I_Э1.МИН+I_Б3.M= 2мА + 12мА= 14мА

В этом режиме из 2го закона Кирхгофа получаем:

U_ип=U_R6+U_ЭБ.3+U_R8 +U_ВЫХ.М.

Задаемся: U_ЭБ.3= 0.8 В,U_R8≈0.2 В, тогда

U_R6=U_ип-U_R8-U_ЭБ.3-U_ВЫХ.М.=15-0.2-0.8 -10=4В

R₆=U_R6 /I_R6 = 4/ 14*10^-3 ≈286 Ом

Сопротивление в резисторах не более 3х значащих цифр, так как точность их изготовления – 5-10%.

Определим сопротивление R8:

I_R8≈Iим;R8≈U_R8/Iн.м=0,2/1,2=0,17Ом.

Аналогичным образом определим сопротивления R7, R9 из условия обеспечения напряжения –U_ВЫХ.М= –10 В при I_Н= –I_НМ= –1,2 А.

Если β_МИН.3= β_МИН.4, то получаем

R₇≈R₆=286 Ом

I_R8≈Iнм=1 АR₉≈R₈= 0,17 Ом

Максимальные мощности, рассеиваемые на элементах ВК.

Мощность рассеяния на коллекторе транзистора P_K= I_K*U_КЭ, где I_K– ток коллектора, U_КЭ– напряжение коллектор-эммитер.

Можно показать:

Р_КЗМ ≈ Р_К4М ≈U_ип²/(4*R_Н.МИН) = 15²/(4*8,3) ≈6,78 Вт

Транзисторы VT3, VT4 нужно устанавливать на теплоотвод, поскольку допустимая мощность рассеяния на транзисторе без теплоотвода, как правило, не превышает 2-4 Вт.

Р_К2М ≈ Р_К1М ≈Uип²/R₆= 15²/286 ≈0,787 Вт

Транзисторы VT1 и VT2 можно использовать без теплоотвода.

Определим максимальную мощность на резисторе R6. Она будет при U_ВЫХ= –U_ВЫХ.М.

При этом:

U_ип=U_R6М+U_ЭБ.1+U_ЭБ2-U_ЭБ.4-U_R9 -U_ВЫХ.М.

Тогда

U_R6М =U_ип+U_ВЫХ.М.+U_ЭБ.4+U_R9-U_ЭБ.1-U_ЭБ2= 15+10+0.8+0.2-0.6-0.6=24.8 Вт ≈25Вт

Р_R7М≈P_R6М=U_R6М²/R₆= 25²/286 =2,185 Вт

Можно показать

Р_R9М≈P_R8М≈Iнм²*R₈= (1,2)²*0.17 =0.245 Вт