2. Расчет предконечного каскада на транзисторах vt3 и vt4.

Предконечный каскад обычно должен обеспечивать усиление по току и напряжению, так как амплитуда выходного тока и напряжения распространенных типов ОУ ограничена ( порядка 10 ÷ 20 мА, 10 ÷ 12 В). Коэффициент усиления по напряжению определяется, в основном, делителем из резисторов R₉, R₁₀. Амплитуда напряжения на эмиттерах VT3 и VT4 равна ( R_н << R₁₀ )

.

Тогда, приняв R₁₀ = h_21Э5min R_н, получим U_mн = 0,5 (1 + R₁₀ / R₉) U_mэ .

Так как относительно точки подсоединения резисторов R₁₀, R₉ транзисторы VT3 и VT4 являются повторителями приращения напряжения на их базах, амплитуда напряжения на выходе ОУ практически повторяется на эмиттерах VT3, VT4 и равна U_Э ≈ U_{m вых ОУ}, т.е. коэффициент усиления напряжения всего выходного каскада с учетом вышесказанного равен

.

Отсюда определяется сопротивление резистора R₉. Допустимую амплитуду напряжения на выходе ОУ следует выбрать несколько меньше по сравнению с максимальной величиной, указанной в справочнике, то есть U_{m вых ОУ}­ ≈ (0,7 ÷ 0,8) U_{m вых max ОУ} . (Для ОУ 544УД1А:

U_{m вых max ОУ} = 10 В, => U_{m вых ОУ} = U_mэ = 8 В.

Этот запас необходим из-за возможной нестабильности напряжения источника питания.

Сопротивление резисторов R₁₁, R₁₂ рассчитывается так, чтобы ток через них при максимальном сигнале соответствующей полярности не превышал (10 ÷ 20) % амплитуды тока базы выходных транзисторов

R₁₁ = R₁₂ = ( 0,1 ÷ 0,2 )^-1 = ( 53,75 ÷ 107,5) Ом = 75 Ом, (ряд Е24);

R₁₀ = h_21Э5min R_н = 25 ∙ 4 Ом = 100 Ом, (ряд Е24); Вт ≈ 0,25 Вт

Ом ≈ 68Ом, (ряд Е24); Вт ≈ 0,5Вт

Выбор транзисторов VT3 и VT4:

Транзисторы предконечного каскада VT3 и VT4 должны удовлетворять условиям

U_{КЭ max} ≥ 1,2 (U_п1 + | U_п1 | ) = 43,2 В;

I_{К max} > = 0,12 А;

P_{К max} > =

= = 0,0136 Вт.

VT4 – КТ502 А-Е; VT3 – КТ503 А-Е

• коэффициент усиления тока в схеме ОЭ: h_{21э min} = 40;

• максимальная температура перехода: T_{n max} = 125^oC = 398 K;

• тепловое сопротивление переход - корпус [К/Вт]. P_{к max} = 25 Вт; T_к = 25 ^оC = 298 K.

Критерий использования радиатора:

≤,

где T _{C max} – максимальная температура среды, К; R_пс – тепловое сопротивление переход-среда, К/Вт.

0,0136 < => радиатор не нужен.

3. Схема обеспечения режима покоя и его стабилизации (VT1, VT2, R5, R6, R7).

Схема обеспечения и стабилизации тока покоя выходных транзисторов по температуре и питанию включает транзисторы VT1 и VT2 и резисторы R5, R6, R7.

Транзистор VT1 с резистором ООС по току R7 образует генератор стабильного тока (ГСТ), который питает фиксированным, почти независимым от напряжения питания, собранный на транзисторе VT2 с глубокой ООС по напряжению через делитель R5 и R6.

Напряжение, снимаемое между коллектором и эмиттером VT2, играет роль напряжения смещения переходов база-эмиттер транзисторов VT3, VT4 и должно составлять 2U_БЭ . С другой стороны, это напряжение подается на делитель R5 и R6 и при условии, что ток делителя I_д >> I_Б2, напряжение делителя равно

=> R₅ = R₆ .

Напряжение U­_БЭ2 имеет отрицательный температурный коэффициент примерно –2мВ/К, компенсирующий температурную зависимость U­_БЭ3 и U­_БЭ4 , так как температурный коэффициент напряжения на сумме резисторов R5 + R6 вдвое больше и составляет примерно –4мВ/К.

Чтобы уменьшить температурный дрейф тока покоя выходных транзисторов в процессе их прогрева при работе усилителя, транзистор VT2 принято закреплять на радиаторе вблизи места крепления VT5 и VT6. Тогда повышение температуры транзисторов VT5 и VT6 приводит к нагреву VT2, уменьшая U­_БЭ2, что в свою очередь снижает смещение U­_БЭ3, U­_БЭ4, в результате падает ток транзисторов VT3, VT4, VT5, VT6. Другими словами, обратная тепловая связь стабилизирует начальный ток выходного каскада.

Требования к транзистору VT2 минимальны. Здесь применим любой маломощный кремниевый транзистор. Например, КТ3102 А-Е ( T_с = (-40^оС ÷ 85 ^оС); h_{21э min} = 100).

Режим работы и выбор полевого транзистора VT1, работающего в ГСТ, определяется тем, что ток стока VT1 должен с некоторым запасом обеспечивать амплитудное значение тока базы транзистора VT4 в режиме отдачи максимальной мощности:

мА

U_сз на VT1: U_сз1 = U­_{m вых ОУ} + | U_П2 | = 8 +12 = 20 В.

Учитывая запас: U_{сз1 max} = ( 1,2 ÷ 1,5 ) U_сз1 = ( 24 ÷ 30 ) В.

Средняя рассеиваема мощность: мВт.

Начальный ток должен быть минимальным. P_K (T_{c max} = 70^oС = 343 К) ≥ P_P1

=> выбираем VT1: КП 308 А.

Сопротивление автосмещения и стабилизации = 300 Ом (ряд Е24),

где U₀ – напряжение отсечки (для КП 308 А – 1,2 В), I_CH – начальный ток стока, при U_зи = 0 (для КП 308 А – 1мА). = 0,00421875 Вт ≈ 0,125 Вт.