МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Розрахунково - графічна РОБОТА

з курсу "Пристрої аналогової електроніки"

на тему: "Розрахунок підсилювача низьких частот"

Варіант № 9

Виконав

Студент групи Еп-31: Коваленко О.В.

Перевірив Гриненко В.В.

Суми -2016

Завдання

1. За вхідними даними таблиця 1 розрахувати підсилювач низьких частот який складається з:

А) Вихідного каскаду;

Б) Фазоінверсного каскаду;

В) Каскаду попереднього підсилення;

Г) Вхідного каскаду.

2) Провести розрахунок ланцюгів фільтрації по живленню;

3) Провести розрахунок коефіцієнта гармонік вихідного каскаду та зворотного зв’язку;

4) Провести розрахунок елементів зв’язку;

5) Побудувати структурну схему підсилювача.

Початкові дані:

Варіант 9

Опір навантаження R_н, Ом=15;

Номінальна вихідна напруга U_н, В = 10;

Внутрішній опір джерела сигналу R_г, Ом = 80;

Величина ЕДС джерела сигналу Е_с, мВ = 12;

Діапазон підсинюваних частот (fн-fв), Гц 350-9000;

Допустимий фазовий зсув ф_н, град = 20;

Діапазон робочих температур T_в, °С = 0-40.

ЗМІСТ

С.

1. РОЗРАХУНОК ВИХІДНОГО КАСКАДУ.…………..……..……...……...…….4

1. Вибір типу вихідного каскаду………………………………………...…….4

2. Розрахунок трансформаторного вихідного каскаду……………………....7

2. РОЗРАХУНОК ФАЗОІНВЕРСНОГО КАСКАДУ………………….....…........16

3. РОЗРАХУНОК ПРОМІЖНОГО КАСКАДУ …………...…………….…....….22

4. РОЗРАХУНОК ВХІДНОГО КАСКАДУ……………………………….………25

5. РОЗРАХУНОК КОЕФІЦІЄНТА ГАРМОНІК І ЕЛЕМЕНТІВ ЗВОРОТНО-ГО ЗВ'ЯЗКУ……………………………………………………………………...…...32

6. РОЗРАХУНОК ЛАНЦЮГІВ ФІЛЬТРАЦІЇ ПО ЖИВЛЕННЮ……………….38

7. РОЗРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ ЗВ’ЯЗКУ…………………………………..……41

8. СТРУКТУРНА СХЕМА…………………………………………………………44

ВИСНОВОК……………………………………………………………...……....45

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ……………………….......……………..……………..46

1. Розрахунок вихідного каскаду

1.1. Вибір типу вихідного каскаду

Тип вихідного каскаду вибирається виходячи з необхідної величини напруги живлення.

Амплітудне значення колекторної напруги навантаження:

, (1,1)

де – ефективна напруга на навантаженні, В.

Амплітуда імпульсу струму навантаження:

. (1,2)

Необхідна напруга джерела живлення:

, (1,3)

де – внутрішній опір транзистора у режимі насичення, визначається по вихідній характеристиці транзистора (У нашому випадку це транзистори типу КТ815, КТ817 або же КТ819) (рис.1.1 – 1.3).

Рисунок 1.1 – Вихідна характеристика транзистора КТ815

Рисунок 1.2 – Вихідна характеристика транзистора КТ817

Рисунок 1.3 – Вихідна характеристика транзистора КТ819

Опір знаходимо з наступної формули:

. (1,4)

Розраховуємо значення та для транзисторів серії КТ815:

, (1,5)

. (1,6)

Розраховуємо значення та для транзисторів серії КТ817:

, (1,7)

. (1,8)

Розраховуємо значення та для транзисторів серії КТ819:

, (1,9)

. (1,10)

Виходячи з отриманого значення та умови, що якщо , то вибираємо трансформаторний вихідний каскад з напругою живлення .

1.2. Розрахунок трансформаторного вихідного каскаду

Розрахунок підсилювача завжди починається з вихідного каскаду. Він ведеться, як правило, графоаналітичним методом. Трансформаторний вихідний каскад представлений на рисунку 1.4.

Рисунок 1.4 – Трансформаторний вихідний каскад

Амплітудне значення колекторної напруги навантаження знаходимо за формулою:

Амплітуду імпульсу струму навантаження розраховуємо з виразу:

Амплітуда напруги на колекторі транзистора дорівнює:

(1,13)

Коефіцієнт трансформації вихідного трансформатора розраховуємо, виходячи з формули:

де – ККД вихідного трансформатора. Визначається з такої таблиці (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 - Визначення ККД вихідного трансформатора

Вихідна потужність міжкаскадного або вихідного трансформатора	ККД трансформатора в стаціонарних установках з великою тривалістю роботи
До 1 Вт	0,7 – 0,8
От 1 до 10 Вт	0,75 – 0,85
От 10 до 100 Вт	0,84 – 0,93

Вихідну потужність навантаження визначаємо за формулою:

Виходячи з (2.4) і таблиці 1.1 .

Тоді:

Амплітуда струму на колекторі дорівнює:

Потужність, що віддається транзистором в навантаження дорівнює:

Формули для орієнтовного розрахунку потужності розсіювання на колекторі транзистора, в залежності від режиму роботи наведені в таблиці 1.2.

За отриманого значення Р_К вибирають тип транзистора. При цьому у обраного транзистора допустима потужність розсіювання на колекторі при максимальній робочій температурі колекторного переходу повинна бути більше розрахованої величини, тобто має виконуватися умова

Таблиця 1.2 – Визначення потужності розсіювання на колекторі транзистора

Тип каскаду	Режим роботи транзистора	Вхідна напруга	Розрахункова формула
двотактний трансформаторний каскад посилення потужності	Клас АВ	0
		0,64∙Uвх max
		Uвх max
	Клас В	0
		0,64∙Uвх max
		Uвх max

С таблиці вибираємо

Можливість застосування транзистора визначається умовами:

Максимальна температура колекторного переходу транзистора вибирається з умов:

Тоді:

Виходячи з необхідних параметрів, вибираємо транзистор типу КТ819А з наступними параметрами:

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Допустима потужність розсіювання на колекторі транзистора дорівнює:

де – коефіцієнт, що характеризує зменшення потужності з підвищенням температури, Вт/ .

Тоді:

Розрахунок режиму роботи транзистора по постійному і змінному струму.

Внаслідок того, що вихідні каскади працюють в режимі великого сигналу, розрахунок їх слід вести графоаналітичним методом.

Для цього на сімействі вихідних статичних характеристик обраного транзистора виділяється область, в якій можуть бути розташовані динамічні лінії навантаження по змінному і постійному струмів, обмежена , , , , і гіперболою .

Величина струму колектора в режимі спокою для транзисторів серії КТ819 визначається за формулою:

де - значення зворотного струму колектора при 25 .

При цьому необхідно щоб:

де - коефіцієнт запасу по струму.

Максимальна сумарна коливальна потужність, що виділяється в колекторному та емітерному ланцюгах, дорівнює:

де - коефіцієнт, що задає співвідношення потужностей, що виділяються в емітерному та колекторному ланцюгах.

Еквівалентний опір, що характеризує сумарне навантаження для змінних складових струмів в колекторному та емітерному ланцюгах:

Опір в колекторному та емітерному ланцюзі, що відповідають прийнятому значенню коефіцієнта К₄:

де - коефіцієнт передачі струму емітера для вибранного транзистора.

Тоді опір:

Активний опір половини первинної обмотки вихідного трансформатора має значення:

Для надійної роботи транзистора необхідно дотримуватися умова:

Тоді:

При цьому необхідно щоб виконувалася умова:

Тоді:

Максимальна потужність, що розсіюється на колекторі одного транзистора при .

Тоді:

Через точки:

та

проводим навантажувальну пряму по змінному струму, а через точки и Б(0; ), Проводимо навантажувальну характеристику по постійному струму (рис. 1.5). В результаті паралельного зсуву навантажувальної характеристики по змінному струму вгору по навантажувальній характеристиці для постійного струму визначається значення прирощення струму колектора , яке можна допустити при його нагріванні.

Шляхом перенесення точок A₀ и A₁ з вихідної характеристики на вхідну, визначаємо наступні параметри:

• Uб_m – амплітудне значення напруги на базо-емітерний перехід;

• U_б0 – напруга спокою бази;

• I_бm – амплітудне значення струму на базо-емітерний перехід;

• I_б0 – струм спокою бази.

Рисунок 1.5 – Побудова навантажувальної прямої транзистора VT1 (VT2)

Рисунок 1.6 – Визначення параметрів вхідного сигналу транзистора VT1 (VT2)

Тоді

• U_бm 0,29 В;

• U_об 0,67 В;

• I_бm = 49,3 мА;

• I_об = 0,7 мА;

• 

Допустима нестабільність каскаду, обумовлена зміною від температури розраховується за формулою:

де - приріст зворотного струму колектора:

де ₁ = 0,11град^-1 – температурний коефіцієнт зворотного колекторного струму для кремнієвих транзисторів;

- температура перегріву колекторного переходу.

Тоді:

( )

де

Вихідний каскад термостійкий, якщо виконується система рівнянь:

Розрахунок елементів ланцюга зміщення.

Напругу в середній точці базового подільника в режимі спокою (нехтуючи падінням напруги на вторинній обмотці вхідного трансформатора) знаходимо за формулою:

Постійна складова струму через резистор R₂ дорівнює:

Опір резистора R₂ має значення:

Вибираємо номінальне значення

Опір резистора R₁ розраховуємо за формулою:

Вибираємо номінальне значення

Розраховуємо опір R_б :

Так як система (1,47) виконується, то вихідний каскад для даного діапазону температур ( ) є термостійким.

Розрахунок вхідного ланцюга каскаду.

Амплітудне значення вхідної напруги знаходимо за формулою:

Тоді:

Вхідний опір знаходимо, виходячи з формули:

де - вхідний опір транзистора.

Тоді:

Вхідна потужність:

Коефіцієнт посилення каскаду по напрузі:

Розрахунок ККД каскаду для максимального вхідного сигналу.

Середнє значення струму, споживаного одним транзистором:

Потужність, споживана колекторним ланцюгом двох транзисторів:

Потужність, споживана ланцюгом зміщення:

ККД каскаду розраховуємо по формулі: