Расчет предоконечного каскада
Предоконечный каскад обычно должен обеспечивать усиление по току и напряжению, так как амплитуда выходного тока и напря-жения распространенных типов ОУ ограничена (порядка 10 – 20 мА, 10–12 В). Коэффициент усиления по напряжению определяется, в основном, делителем из резисторов
R7, R10.
приняв
R10 = h21ЭMIN5RH = 815 = 120 Ом,
получим
UmH = 0.5(1+R10/R7)UmЭ
Допустимую амплитуду напряжения на выходе ОУ следует выбрать несколько меньшей по сравнению с максимальной величиной, указанной в справочнике, то есть:
UmВЫХОУ(0.7- 0.8)UmВЫХMAX 5.6 В
Этот запас необходим из-за возможной нестабильности напряжения источника питания.Коэффициент усиления напряжения всего выходного каскада с учетом вышесказанного равен:
KB = UmH/UmВЫХОУ0.5 (1 + R10/R7) 1
Отсюда R7 = 120 Ом.
Сопротивления R8 и R9 рассчитывают так, чтобы ток через них при максимальном сигнале соответствующей полярности не превышал 10-20% амплитуды тока базы выходных транзисторов:
Выберем R8 = R9 = 200 Ом.
Транзисторы предоконечного каскада VT3 и VT4 должны удовлетворять условиям:
UКЭMAX 1,2( UП1+| UП2|) = 20 В
IКMAX > 1,2 ImH / h21Э2(6)MIN = 48 mA
Выбираем следующие транзисторы
VT3 - КТ215 А9,Б9,В9,Г9 (n-p-n),
VT4 - КТ218 А9,Б9,В9,Г9 (p-n-p) с параметрами:
h21Э = 20…80, IKMAX = 100 мА; PKMAX = 200 мВт.
Расчет режима покоя и его
cтабилизации
Схема обеспечения и стабилизации тока покоя выходных транзисторов по температуре и питанию включает транзисторы VT1 и VT2 и резисторы R6, R5, R4.
Транзистор VT1 с резистором ООС по току образует генератор стабильного тока (ГСТ), который питает фиксированным, почти независимым от напряжения питания, током температурнозависимого напряжения, собранный на транзисторе VT2 с глубокой ООС по напряжению через делитель R4, R5.
Напряжение, снимаемое между коллектором и эмиттером VT2, играет роль напряжения смещения переходов база-эмиттер транзисторов VT3, VT4 и должно составлять 2UБЭ. С другой стороны, это напряжение подается на делитель R5, R4 и при условии, что ток делителя Ig IБ3, напряжение делителя равно
Отсюда следует R4 = R5. VT2.
В качестве тр-ра VT2 применим любой кремниевый маломощный транзистор. Возьмем его таким же как и тр-р VT3.
Выбор полевого тр-ра VT1 определяется тем, что ток стока VT1 должен с запасом обеспечивать амплитудное значение тока базы транзистора VT1 в режиме отдачи максимальной мощности:
Напряжение UСЗ на VT5 может достигать величины:
С некоторым запасом примем:
По мощности:
Выбираем в качестве VT1 полевой n-канальный транзистор КП308А,Б,В,Г,Д, удовлетворяющий всем условиям выше:
PKMAX = 60 мВт
Рабочая температура среды: - 40 +85 OС
UЗИ ОТС = 0.53 В
UСИMAX = 25 В
IС НАЧ(приUЗИ= 0) = 1 … 3 мА
Используя средние значения токов и напряжений найдем:
Сопротивление автосмещения и стабилизации:
Используем стандартное значение R6 = 180 Ом.
Ток делителя R4, R5:
Откуда
R4 = R5 = UБЭ/Ig 3/IC5 3 кОм
Расчет элементов в цепях ОУ
Резистор R1 определяет входное сопротивление усилителя. Так как сопротивление источника сигнала составляет 25 кОм, примем R1 равным 270 кОм.
Сопротивление R3 следует принять равным R1 из условия минимума смещения нуля. Отношение сопротивлений резисторов R3/R2 задает коэффициент усиления
K = 1 + R3/R2,
где К – коэффициент усиления по напряжению всего усилителя:
K=UmH/UИСТ= 6/1010-3
= 600
Т.к. R3 = R1 = 270 кОм
Откуда R2 R3/600 = 450 Ом.
С учетом стандартных значений примем равным 470 Ом.
Емкости конденсаторов C2 и C1 определяют нижнюю граничную частоту усилителя. Зададим коэффициент частотных искажений:
Mн = Mн1 + Mн2 = 3 дБ
Пусть Mн1 = Мн2 = 1.5 дБ
Выбираем стандартные значения конденсаторов:
C2 = 10 мкФ .
Выбираем ОУ общего применения - КР1407УД2 со следующими характеристиками:
Коэффициент усиления по напряжению, KУ = 5104
Частота единичного усиления f1 = 3 мГц
Максимальное выходное напряжение UВЫХ-MAX = 10 В
Минимальное сопротивление нагрузки RН-MIN = 2 кОм
Напряжение питания Uпоу = 1.2 …13.2
Конденсаторы С3 и С4 являются антипаразитными, выберем их согласно типовым значениям равными 47 нФ.