Frisk_2

Лабораторная работа № 6

ДВУХТАКТНЫЙ БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

1 Цель работы

Изучение методов построения двухтактных оконечных каскадов усилителей мощности звуковых частот при непосредственной связи с предоконечным каскадом; исследование свойств оконечного каскада с применением компьютерного моделирования и расчет основных энергетических характеристик.

2Задание

2.1Задание для самостоятельной подготовки

Изучить основные положения курса «Основы схемотехники» о способах построения выходных каскадов стр.169 – 181 [2], стр. 136 — 155 [4], стр. 194 – 210 [5] и письменно ответить на контрольные вопросы.

2.2Экспериментальная часть

2.2.1Сборка исследуемой схемы.

2.2.2Определение режимов работы транзисторов по постоянному току.

2.2.3Расчет АЧХ усилителя и определение коэффициентов усиления

2.2.4Расчет временных зависимостей (токов и напряжений) в различных точках принципиальной схемы.

2.2.5Температурная стабилизация режимов транзисторов оконечного каскада.

3 Описание принципиальной схемы исследуемого усилителя

Исследование свойств усилителя мощности проводится примере одной из распространенных схем двухкаскадного бестрансформаторного усилителя с параллельным управлением транзисторами двухтактного оконечного каскада (рис.6.1).

Двухтактный оконечный каскад на транзисторах Q1 (КТ817В) и Q2 (КТ816В) управляется однофазным переменным напряжением, снимаемым с коллектора транзистора Q3 (КТ635А). Резистор R10 является сопротивлением нагрузки усилителя, резистор R9 вместе с диодами D1, D2 и входным динамическим сопротивлением транзисторов Q1и Q2, а также резистором R10, является нагрузкой предоконечного каскада на транзисторе Q4. Напряжение смещения на нем обеспечивается резистором R7 (схема питания фиксированным током базы). Напряжение смещения на транзисторах Q1 и Q2 создается благодаря протеканию постоянной составляющей тока коллектора I ср1 транзистора Q1 через диоды D1 и D2. Одновременно, для стабилизации рабочей точки транзистора Q1 организована, с помощью резистора R9, последовательная ООС по постоянному и переменному напряжению. Диоды D1,D2 создают небольшое напряжение смещения на транзисторах Q1и Q2 уменьшающее нелинейные искажения и обеспечивабщее температурную стабилизацию точки покоя. Введение ООС позволило уменьшить мощность сигнала, потребляемую ре-

350

зистором R9, увеличить амплитуду сигнала на входе транзисторов Q1 и Q2 и одновременно снизить уровень сигнала на входе транзистора Q3. Такое включение резистора R9 позволяет обеспечивать амплитуды напряжений на базах оконечных каскадов близкой по значению к Е/2. Конденсатор С5 является разделительным, исключающим влияние постоянной составляющей усилителя на параметры источника сигнала. На входе усилителя включен источник гармонического сигнала V5 (GIN). В полупериод, когда открыт верхний транзистор, ток протекает через сопротивление нагрузки R10, частично ответвляясь в цепь ООС, заряжая накопительный конденсатор С7. Конденсатор С7 включается последовательно с источником питания Е и их напряжения вычитаются, поэтому напряжение питания одного плеча равно Е – Ес2 = Е/2. В следующий полупериод входного сигнала работает нижний транзистор Q2 и конденсатор С7 служит для него источником питания Ес2 = Е/2. При достаточно большой емкости конденсатора С7, напряжение на нем в течение работы Q2 может оставаться практически неизменным.

Рис.6.1

4 Методические указания по выполнению работы

4.1 Машинное моделирование

Ввод принципиальной схемы усилителя мощности Перед выполнении п.2.2.1. следует загрузить систему схемотехнического проектиро-

вания МС9 и вызвать в главное окно (рис.6.2) принципиальную схему двухтактного усилителя (рис.6.1) мощности звуковых частот, находящейся в файле VБтрУНЧ.CIR.

Для этого необходимо выбрать режим (рис.6.2.1) основного меню (рис.6.2), в выпадающем окне выбрать файл C:\MC9DEMO\data\VБтрУНЧ2.1.CIR, вызвав его в основное окно редактора (рис.6.3).

При отсутствии в списке указанного файла необходимо обратиться к схемному файлу,

нажав на пиктограмму (рис.6.2.2) в окне схем. В диалоговом окне (рис.6.2.3) обратиться к папке (рис.6.2.4) и, открыв ее, отыскать файл

VБтрУНЧ.CIR.

В окне схем указаны основные команды и вспомогательные пиктограммы, позволяющие “ собирать” принципиальные или эквивалентные схемы устройств, для последующего анализа по постоянному току, во временной или частотной области и др. Возможности системы схемотехнического моделирования МС9, реализованные в МС8, и, подробно описанные в [1], расширены, дополнены примерами анализа аналоговых и цифровых схем и в некоторых случаях применена другая форма представления моделей компонентов.

351

Например, библиотека диодов, транзисторов, ОУ в отличие от МС8 теперь сформирована

в текстовом файле (рис.6.2.5) в папке (рис.6.2.6).

Рис.6.2

Рис.6.3

После загрузки файла C:\MC9DEMO\data\VБтрУНЧ.CIR, в центральном окне редактора должна появиться (рис.6.4) принципиальная схема бестрансформаторного усилителя мощности (если она была ранее записана в эту папку).

Следует убедиться в соответствии параметров компонентов вызванной схемы и, приведенных в описании.

Если полученные методические материалы не содержат дискету с файлом принципиальной схемы усилителя, то ее следует ввести самостоятельно, выбрав режим FILE в меню главного окна (рис.6.2), которое представлено командами: File, Edit, Components, Windows, Options, Analysis , Help.

352

в окне (рис.6.2.7) ниспадающего меню (рис.6.5) появляется

название компонента и предложение (рис.6.2.8) присвоить ему позиционное обозначение (например, R15) с возможностью указывать его на принципиальной схеме.

PART — предлагаемое позиционное обозначение может быть изменено на любое другое

при активизации указанной строки левой кнопкой мыши.

Рис.6.5

RESISTANCE — величина компонента или его величина и температурный коэффициент (ТС) изменения сопротивления в модели резистора при изменении температуры.

Присвоенное компоненту название, позиционное обозначение и др. и величина будут изображаться в главном окне при вводе принципиальной схемы, если соответствующий параметр будет помечен галочкой SHOW в рамке Name или Value , соответственно.

При вводе значения параметров допускается использование масштабных коэффициентов:

Масштабный коэффициент может содержать и другие дополнительные символы, которые программа игнорирует. То есть величина емкости в 5 пФ может быть введена:

5 PF или 5 Р или 5Е-12. Дробные значения, например сопротивления 4,3 кОм, задаются как 4.3к.

В ниспадающем меню (рис.6.2.9) (рис.6.5) так же можно

FREQ – вводить информацию о законе изменения сопротивления при изменении частоты

(FREQ, используется при анализе только в частотной области). MODEL — ввести дополнительное нестандартное обозначение компонента

(например, RMODEL),

COST – коэффициент, отражающий стоимость резистора из общей стоимости узла (схемы, устройства).

354

POWER — указать, какая часть мощности (например, 0,7) рассеивается на компоненте, от общей мощности, потребляемой узлом, в соответствие с документом на разработку устройства (техническим заданием),

SHAPEGROUP – указывать массив условно графических обозначений (УГО), к которому принадлежит компонент (обычно принимается по умолчанию) и PACKADE — тип корпуса, из ранее введенного списка корпусов (типо-размеров).

Последние из указанных параметров обычно используются в программе PCAD при разработке топологии печатной платы и оценке стоимости устройства (если это предполагается в задании). Подтверждением окончания ввода любого компонента является нажатие кнопки OK. Если какие-либо сведения введены неверно, то нажатие кнопки Cancel ,отменяет всю введенную информацию о компоненте.

Другие активированные кнопки подменю (рис.6.2.9) позволяют:

(рис.6.2.10) — изменять размеры, цвет и шрифт комментариев, при описании атрибутов компонента (обычно применяется по умолчанию),

(рис.6.2.11) — добавлять к перечню характеристик компонента (PART, RESISTANCE и др.) дополнительные характеристики по желанию пользователя,

(рис.6.2.12) — удалять любую из приведенных характеристик (активируется при размещении курсора не какую-либо строку характеристик в окне компонента),

(рис.6.2.13) — отображать в диалоговом режиме способ получения заданного значения ,например, величины сопротивления резистора (принимается по умолчанию).

(рис.6.2.14) — выводить на экран монитора УГО компонента,

(рис.6.2.15) — переход в файл помощи (комментарии к описанию компонентов и их характеристик в подменю (рис.6.2.9)).

(рис.6.2.16) — переход в главное меню файла помощи,

(рис.6.2.17) — отображать в открывающемся диалоговом окне возможность получения выбранной величины, например, величины сопротивления резистора, как эталонного.

Строка

(рис.6.2.18)

указывает на вывод на экран дисплея значений токов, мощностей и температуры, при которых они получены. При этом существует возможность коррекции цвета надписей, выводимых на экран. Выбор других режимов позволит помечать точкой концы, вводимого в

схеме компонента (рис.6.2.19), присваивать им названия (рис.6.2.20) или номера (рис.6.2.21) .

Активизация (по умолчанию) режима

(рис.6.2.22) — реализует возможность включения в процесс моделирования выбранного компонента,

(рис.6.2.23) — обеспечивает подсветку компонента

Ввод параметров модели транзистора

Транзистор типа NPN, который выбирается пиктограммой (рис.6.2.24) на второй строчке главного меню, устанавливается в схему, как описывалось ранее для резистора, и затем, на ниспадающем меню NPN:NPN Transistor (рис.6.6), выбираются:

PART – позиционное обозначение компонента (Q1),

VALUE — характеристика, определяющая его активный режим (может пропускаться),

355

MODEL – используемый транзистор — 2Т653А.

Рис.6.6

Если параметры транзистора были ранее введены в библиотеку, то программа обраща-

ется к файлу (рис.6.2.25) и они высвечиваются в окнах параметров транзистора.

При отсутствии в списке, предлагаемом в активированном окне справа, транзистора 2Т653А, параметры модели транзистора [6] необходимо ввести в подсвеченных окнах

(рис.6.2.25) , вме-

сто параметров, представленных в окнах, предварительно нажав кнопку New (рис.6.6):

.MODEL 2T653A NPN (Is=6.0e-14 Bf=75 Vaf=90 Var=100 Ikr=0.2 Isc=6.0e-13 Rb=5.0 Rbm=3.5 Irb=0.5 Rc=0.1 Cje=4.8e-11 Vje=0.75 Mje=0.33

+Cjc=3.8e-11 Vjc=0.75 Mjc=0.33 Cjs=2.0e-14 Vjs=0.75 Mjs=0.33 Fc=0.5 Tf=1.2e-09 Xtf=1.5 Vtf=60 Itf=0.3 Tr=3.2e-8 Xtb=1.5)

Аналогично вводят параметры моделей транзисторов КТ817В и КТ816В, являющиеся комплементарной парой

.MODEL KT817B NPN (Is=3.5e-13 Bf=34 Vaf=50 Ikf=1 Ise=1e-13 Var=210 Ikr=1 Isc=1e-7 Nc=1.5 Rb=0.6 Rbm=0.48 Irb=0.5 Rc=0.15 Cje=1.5e-10

+Vje=0.75 Mje=0.33 Cjc=2.4e-10 Vjc=0.75 Mjc=0.37 Cjs=2e-12 Vjs=0.75 Mjs=0.5 Fc=0.5 Tf=1.56e-9 Xtf=1.5 Vtf=100 Itf=0.5 Tr=5.3e-8 Xtb=2)Is=5.258f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=86 Bf=185.1 Ne=7.428 Ise=28.21n Ikf=.4922 Xtb=1.5 Var=25 Br=2.713

+Nc=2 Isc=21.2p Ikr=.25 Rb=52 Rc=1.65 Cjc=9.921p Vjc=.65 Mjc=.33 Fc=.5 Cje=11.3p

+Vje=.69 Mje=.33 Tr=57.71n Tf=611.5p Itf=.52 Vtf=80 Xtf=2),

.MODEL KT816B PNP (Is=3.5e-13 Bf=34 Vaf=20 Ikf= 1 Var=210 Ikr=1 Nc=1.5 Rb=1.44 Rbm=1.15 Irb=0.5 Rc=0.33 Cje=1.5e-10 Vje=0.75

+Mje=0.33 Cjc=2.4e-10 Vjc=0.75 Mjc=0.37 Cjs=2e-12 Vjs=0.75 Mjs=0.5 Fc=0.5 Tf=1.56e-9 Xtf=1.5 Vtf=100 Itf=0.5 Tr=5.3e-8 Xtb=2).

356

Остальные параметры модели транзистора: COST, POWER, SHAPEGROUPE, PACAGE по

своему значению соответствуют позициям, представленным в подменю (рис.6.2.9) , и обычно принимаются по умолчанию.

Ввод параметров модели диода

Нажатием на пиктограмму (рис.6.2.26) в строке основных компонентов переходим в подменю (рис.6.2.27) (рис.6.7)

Рис.6.7

Название, структура надписей и кнопок и их назначение соответствуют, описанным ранее, при вводе параметров модели транзистора (рис.6.6). Тип диода KD204A выбирают из списка диодов в правом окне при переходе на строку (рис.6.2.28) (если его модель

описана ранее в библиотеке (рис.6.2.29) ) или вводятся заново. Ввод типа диода в

рамке (рис.6.2.30) (рис.6.2.3) и других ат-

рибутов новой модели начинается после нажатия кнопки (рис.6.2.31), которые размещаются затем в файле

(рис.6.2.32) .

Числовые значения параметров модели диода KD204A вводят в соответствующем окне (указаны на рис.6.7), вместо выведенных на экран монитора. Аббревиатуры и смысл вводимых параметров диода описаны в [6].

Ввод источника гармонического сигнала

Для ввода источника гармонического сигнала необходимо, находясь в окне схем (рис.6.8) последовательно активизировать меню Component → Analog Primitives →

Waveform Sources → Sine Source.

В последующем, при работе с этим файлом и повторном обращении к меню Component на закладке Analog Primitives появляется укороченный список компонентов, применявшихся ранее.

357