Расчёт предоконечного каскада на транзисторах.
Предоконечный каскад должен обеспечивать усиление по току и напряжению, так как амплитуда выходного тока и напряжения распространенных типов ОУ ограничена (10 – 20мА, 10 – 12 В). Коэффициент усиления по напряжению определяется делителем из резисторов R7 ,R8. Действительно, амплитуда напряжения на эмиттерахVT3 иVT4 равна (Rн<<R8):
Приняв R8 = h21э5 min∙Rн = 13∙8 Ом = 104 Ом, получим Umn = 0,5 ( 1 + R8/R7) Umэ .
Так как относительно точки соединения резисторов R7,R8транзисторыVT3 иVT4 являются повторителями приращения напряжения на их базах, амплитуда напряжения на выходе ОУ практически повторяется на эмиттерахVT3 иVT4 и равнаUэ ≈Um вых.ОУ, т.е. коэффициент усиления напряжения всего выходного каскада равен:
где Кв= 1,6,R8= 104 Ом. Отсюда определяется сопротивление резистораR7=47 Ом.
Допустимую амплитуду напряжения на выходе ОУ следует выбрать несколько меньшей по сравнению с максимальной величиной : Um вых.ОУ = (0,7 – 0,8)Um вых.max= 8В
Um вых.max =10 В – справочное значение для выбранного прецизионного усилителя.
Сопротивление резисторов R9иR10рассчитываются так, чтобы ток через них при максимальном сигнале соответствующей полярности не превышал (10 – 20) % амплитуды тока базы выходных транзисторов:
Транзисторы предоконечного каскада VT3 иVT4 должны удовлетворять условиям:
Uкэ
min
> 1,2 (Uп1
+ |Uп2|)
= 36 В,
Для VT3 – это КТ815Б ( h21э min=40, h21э max=70, Tп max=1250C, Rпк=100C/Вт ),
для VT4 – это КТ814Б ( h21э min=40, h21э max=70, Tп max=1250C, Rпк=100C/Вт ),
где h21э min , h21э max— коэффициенты усиления тока в схеме с общим эмиттером,
Tп max -– максимальная температура перехода,
Rпк --- тепловое сопротивление переход-корпус.
Критерием возможности использования транзисторов без радиатора является условие:
для нашего случая это неравенство выполняется (0,41 < 3.25), т.е. VT5 иVT6 используются без радиатора.
Схема обеспечения режима покоя и его стабилизации.
Схема обеспечения и стабилизации тока покоя выходных транзисторов по температуре и питанию включают транзисторы VT1 иVT2 и резисторыR4,R5,R6 .
Транзистор VT1 с резистором ООС по токуR6 образует генератор стабильного тока (ГСТ), который питает фиксированным , почти независимым от напряжения питания, собранный на транзистореVT2 с глубокой ООС по напряжению через делительR4,R5.
Напряжение, снимаемое между коллектором и эмиттером VT2, играет роль напряжения смещения переходов база – эмиттер транзисторовVT3 иVT4 и должно составлять
2 Uбэ. С другой стороны, это напряжение подается на делительR4,R5и при условии, что ток делителяIд>>Iб2 , напряжение делителя равно:
Отсюда следует R4=R5 .
Чтобы уменьшить температурный дрейф тока покоя выходных транзисторов в процессе их прогрева при работе усилителя, транзистор VT2 принято закреплять на радиаторе вблизи места крепленияVT5 иVT6. Тогда повышение температуры транзисторовVT5 иVT6 приводит к нагревуVT2, уменьшаяUбэ2, что в свою очередь снижает смещениеUбэ3иUбэ4, в результате падает ток транзисторовVT3 ,VT4 иVT5 ,VT6. Другими словами, обратная тепловая связь стабилизирует начальный ток выходного каскада.
Для VT2 выберем КТ815В .
Режим работы и выбор транзистора VT1, работающего в ГСТ, определяется тем, что ток стокаVT1 должен с некоторым запасом обеспечивать амплитудное значение тока базы транзистораVT4 в режиме отдачи максимальной мощности:
Напряжение UсзнаVT1 может достигать величины:
Uсз1 = Um вых.ОУ + |Uп| = 8 + 15 = 23 В.
С некоторым запасом следует принять:
Uси1 max ≈ (1,2÷1,5) (Um вых.ОУ + |Uп2|) = (1,2÷1,5)∙23 В = (27.6÷34.5) В.
Средняя рассеиваемая мощность равна:
С учетом Pк (Tc max) > Pp1 для VT1 выберемКП307Ж (U0 = 7 В, Iс1 = 10 мА, Iси = 0,1 мА),
где U0 – напряжение отсечки ,
Iс1 -- ток в рабочем режиме,
Iси – начальный ток стока.
Сопротивление автосмещения и стабилизации:
Ток делителя R4,R5 принимаем:
Откуда:
