SAEU-kurs
.pdf
др н~др
Kuдр = Sдр Rн~др = 0.162 13370 = 2165.94
Результирующий коэффициент усиления двух каскадов
Kuрез = Kuок Kuдр = 0.935 2165.94 = 2025.15
Амплитуда напряжения на входе драйвера, то есть выходе первого каскада
|
|
|
|
|
U |
. |
|
U |
mвх.ок |
|
32.1 |
|
|
U |
mвых1 |
= U |
mвх.др |
= |
|
|
mвыхдр |
= |
|
= |
|
= 0.015 В |
|
|
|
|
|
|
2165.94 |
||||||||
|
|
|
|
|
Kuдр |
|
Kuдр |
|
|||||
3. Электрический расчёт первого каскада
Для расчёта нам потребуются проходная ВАХ ПТ MPF9200 и зависимость крутизны от напряжение затвор-исток.
Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток
21
Зависимость крутизны от напряжения затвор-исток
Iст |
= 0.01 А |
01 |
|
S01 = 0.048 А/В |
|
Uзи |
= 2.457 В |
01 |
|
Коэффициент усиления первого каскада
Ku1 = S01 Rст~
Rст~ = Rст = R3
Сопротивление нагрузки первого каскада по переменному току
R |
= |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|||
ст~1 |
|
+ |
+ |
1 |
+ |
|||
|
R |
R |
R |
R |
||||
|
3 |
8 |
9 |
|
вх.др |
|||
Входное сопротивление драйвера очень большое и им можно пренебречь. Делитель R8-R9 необходим для создания смещения у транзистора драйвера. Сопротивления этого делителя напряжения нужно выбрать достаточно большими, т.е. R9>>R3. Найдём сопротивление резистора R3:
Напряжение питания |
|
|
||||
E |
п |
= E + E = 36 + 36 = 72 В |
||||
|
п1 |
п2 |
|
|
||
Или |
+UR |
+Uси +UR |
||||
Eп |
= UR |
|||||
|
|
6 |
3 |
01 |
ист |
|
Отсюда |
|
|
|
|
||
UR |
= Eп |
−UR |
−UR |
|
−Uси |
|
|
3 |
6 |
ист |
01 |
||
22
Рассчитаем следующие напряжения
UR |
= 0.05 E = 1.8 В |
6 |
п1 |
UR |
= 0.1 Eп = 7.2 В |
ист |
|
Uси |
= 10 В |
|
|
||||
01 |
|
|
|
|
|
|
|
Подставив вычисленные напряжения, найдём напряжение на резисторе R3 |
|||||||
UR = Eп |
−UR −UR |
−Uси = 72 −1.8 − 7.2 −10 = 53 В |
|||||
3 |
|
6 |
|
ист |
01 |
||
Отсюда сопротивление резистора R3 будет равно |
|||||||
R = |
UR3 |
|
= |
53 |
|
= 5300 Ом |
|
Iст |
|
|
|||||
3 |
0.01 |
|
|
||||
|
01 |
|
|
|
|
|
|
Согласно стандарту ГОСТ выбираем сопротивление резистора R3=5100 Ом
Чтобы не снижать усиления и КПД выбираем R9
R9 = (5 ~ 15) R3 = 10 R3 = 10 5300 = 53 кОм
Согласно стандарту ГОСТ выбираем сопротивление резистора R9=51 кОм Ток делителя в цепи затвора драйвера определяется по формуле
I |
= |
Uзи |
|
|
= |
|
4.391 |
|
|
= 82.8 мкА |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
02 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
R9 |
|
|
53 103 |
|
|
||||||||||||||||||||||||
д2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Сопротивление резистора R8 будет равно |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
E |
|
|
+ E |
|
−Uзи |
|
|
|
36 + 36 − 4.391 |
= 816.425 кОм |
||||||||||||||||||||
R = |
|
|
п1 |
|
|
|
п2 |
|
|
|
|
|
|
02 |
= |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
82.8 10−6 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Согласно стандарту ГОСТ выбираем сопротивление резистора R8=820 кОм |
||||||||||||||||||||||||||||||||
Используя эти сопротивления, получаем |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
R |
|
|
= |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
= 4790 Ом |
||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
||||||||||||||
ст~1 |
|
|
|
+ |
|
|
1 |
|
+ |
|
|
|
|
+ |
+ |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
R |
|
|
R |
R |
|
|
|
5300 |
816425 |
53000 |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
8 |
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Найдём амплитуду тока стока VT1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
Imст |
|
|
= |
Umвх.др |
= |
|
|
0.015 |
= 3.13 мкА |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
4790 |
||||||||||||||||||||
|
01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ст~1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Так как |
|
|
I |
|
|
= 10 мА>> I |
mст01 |
= 3.13 мкА , то оставим ток стока без изменений, т.к. |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ст01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
режим А в первом каскаде реализуется с запасом. |
||||||||||||||||||||||||||||||||
Мощность, рассеиваемая на транзисторе первого каскада |
||||||||||||||||||||||||||||||||
Pст |
|
|
= Iст |
|
|
Uст = 0.01 10 = 0.1 Вт |
||||||||||||||||||||||||||
01 |
|
|
|
|
01 |
|
|
|
|
01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Требуемые допустимые параметры транзистора первого каскада:
Iст01 |
= 0.01 А< Iст01доп = 0.4 А |
||
Pст |
= 0.1 Вт< Pст доп = 0.6 Вт |
||
01 |
|
01 |
= 200 В |
U |
|
= 72 В<U |
|
си01 max |
си01доп |
|
|
ПТ MPF9200 подходит по всем параметрам.
23
Коэффициент усиления первого каскада, без обратной связи
Ku = S |
R |
= 0.048 4790 = 229.92 |
1 01 |
ст~ |
|
Сопротивление Rист можно так же получить из следующего уравнения
Rист = R4 + R5
Подставив
R4 = (30 ~ 60) Ом = 40 Ом
R |
= |
URист |
= |
7.2 |
|
= 720 Ом |
I |
|
|||||
ист |
|
0.01 |
|
|||
|
|
ст |
|
|
|
|
|
01 |
|
|
|
|
|
Найдём сопротивление резистора R5
R5 = Rист − R4 = 720 − 40 = 680 Ом
Выбираем резисторы согласно стандарту ГОСТ
R4=39 Ом; R5=680 Ом
Коэффициент усиления с обратной связью
Ku = |
Ku |
|
|
229.92 |
= 78.74 |
|
1 |
|
= |
|
|
||
|
|
1 + 0.048 40 |
||||
1ос |
1 + S R |
|
||||
|
01 |
4 |
|
|
|
|
Ku |
|
> Ku |
|
|
|
|
|
|
|
|||
1ос |
|
1треб |
|
|
|
|||||||
Общий коэффициент усиления |
||||||||||||
Ku |
|
|
= Ku |
|
Ku |
Ku = 78.74 2165.94 0.935 = 159460 |
||||||
общ |
|
|
1ос |
др |
|
ок |
||||||
Ku |
|
|
= 159460 >> F* |
= 350 |
||||||||
общ |
= 1+ β Ku |
треб |
||||||||||
F* |
|
|
|
|
|
|||||||
треб |
|
−1 |
|
общ |
|
|
||||||
|
|
F* |
|
|
350 −1 |
= 0.0022 |
||||||
β = |
|
треб |
|
|
= |
|||||||
|
Ku |
|
|
159460 |
||||||||
|
|
|
|
общ |
|
|
|
|
|
|||
Так же |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
||
β = |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
R + R |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
4 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно |
|
|
|
|
|
|||||||
R7 = |
|
R4 (1 − β) |
= |
40(1 − 0.0022) |
= 18.14 кОм |
|||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
β |
|
|
|
0.0022 |
|
|
||
Согласно стандарту ГОСТ выбираем сопротивление резистора R7=18 кОм |
||||||||||||
Найдём оставшиеся сопротивления и ёмкости: |
||||||||||||
Ток Iд1 равен |
|
|
|
|
|
= 0.05 0.01 = 0.5 мА |
||||||
I |
= (0.05 ~ 0.1) Iст |
|||||||||||
д1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
01 |
|
|
|
Напряжение на резисторе R2 |
||||||||||||
UR |
= UR |
−UR |
= 7.2 − 2.457 = 4.743 В |
|||||||||
2 |
|
|
|
ист |
|
|
|
зи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
01 |
|
|
|
24
Тогда сопротивление R2
R2 = UI R2 = 0.00054.743 = 9486 Ом
д1
Согласно стандарту ГОСТ выбираем сопротивление резистора R2=10 кОм
Напряжение на резисторе R1
UR1 = Eп −UR2 −UR6 = 72 − 4.743 −1.8 = 65.457 В
Сопротивление R1
R = |
UR1 |
= |
65.457 |
= 130.9 кОм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
1 |
|
I |
0.0005 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
д1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Согласно стандарту ГОСТ выбираем сопротивление резистора R1=130 кОм |
|||||||||||||||||||||||||||||
Напряжение на резисторе R6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
UR = 0.05 E |
|
|
= 1.8 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
6 |
|
|
|
|
п1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Сопротивление R6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
R6 = |
|
|
UR6 |
|
|
= |
|
|
1.8 |
|
|
|
= 171.43 Ом |
|
|||||||||||||||
|
I |
+ Iст |
|
0.0005 + 0.01 |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
д1 |
01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Согласно стандарту ГОСТ выбираем сопротивление резистора R6=180 Ом |
|||||||||||||||||||||||||||||
Ёмкость C1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||||||||
C1 ≥ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 4.113 мкФ |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
||||||||||
2 π F 0.1 (R |
|
|
|
|
+ R |
|
|
|
) |
2 3.14 45 0.1 (1100 + 7500) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
нч |
|
|
|
|
ист |
вх.ус |
|
|||||||||||||||||
Согласно стандарту ГОСТ выбираем ёмкость конденсатора С1=4.3 мкФ |
|||||||||||||||||||||||||||||
Ёмкость C2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||||||||||
C2 ≥ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
= 66.74 нФ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
R |
|
|
|
|
|
|
785240 51000 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
2 π F |
0.1 (R |
+ |
|
|
|
|
) |
|
|
2 3.14 45 0.1 (5100 + 785240 + 51000 ) |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
R8 |
+ R9 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
нч |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Согласно стандарту ГОСТ выбираем ёмкость конденсатора С2=68 нФ |
|||||||||||||||||||||||||||||
Ёмкость C3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
C3 ≥ |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 2.21 мкФ |
|
|||||||
|
2 π F |
0.1 R |
|
|
|
2 3.14 45 0.1 16000 |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
нч |
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Согласно стандарту ГОСТ выбираем ёмкость конденсатора С3=2 мкФ |
|||||||||||||||||||||||||||||
Ёмкость C4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
C4 ≥ |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
= 98 мФ |
|
||||||||
|
2 π F |
0.001 R |
|
|
2 3.14 45 0.001 36 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
нч |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Согласно стандарту ГОСТ выбираем ёмкость конденсатора С4=100 мФ |
|||||||||||||||||||||||||||||
Ёмкость C5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||
C5 ≥ |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
= 20 мФ |
|
||||||||
|
2 π F |
0.001 R |
|
|
2 3.14 45 0.001 180 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
нч |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Согласно стандарту ГОСТ выбираем ёмкость конденсатора С5=20 мФ
25
4. Принципиальная схема УМЗЧ
26
III. Компьютерное моделирование работы УМЗЧ в CCM MC9
1. Определение напряжений и токов в схеме
Принципиальная схема с постоянными токами, протекающими в цепях.
Принципиальная схема с постоянными напряжениями в узлах.
В процессе моделирования сопротивления резисторов и ёмкости конденсаторов изменялись для получения необходимых токов и поэтому могут не совпадать с рассчитанными в разделе 3 курсового проекта.
27
Временная зависимость выходного напряжения при максимальной мощности сигнала в нагрузке и заданном в ТЗ Кгобщ
Из этой характеристики видно, что амплитуда выходного напряжения
Umвых = |
59.126 |
= 29.563 В , что близко к рассчитанному в разделе 3. |
2 |
28
Переходный процесс на выходе усилителя для Uвых при различных Uвх. Видно, что лишь при
Umвых = |
61.753 |
= 30.8756 В |
наступает небольшое ограничение выходного напряжения. |
||
|
2 |
|
|||
Umвых.экс |
≈ Umвых.расч . |
|
|||
29
2. Определение мощностей и КПД усилителя
Максимальная мощность в нагрузке при заданном Кгобщ. Из этой характеристики видно, что P ≈ 96.6 Вт , что немного больше необходимого по техническому заданиюP = 90 Вт
н |
н |
Значения мощности P0,отбираемой от источников питания при максимальной мощности сигнала в нагрузке. А так же значение мощности P1, отбираемой от источника питания предоконечным каскадом (драйвером). Видно, что он потребляет лишь малую часть от общей мощности.
30