8.6. Практическое занятие

Цель:

1.Изучить основные режимы работы БТ в усилителях мощности и осо- бенности схемотехники усилителей мощности.

2.Выполнить инженерный расчет двухтактного усилителя мощности в режиме АВ и рассчитать его основные параметры.

3.С помощью пакета OrCAD провести анализ характеристик двухтактно-

го усилителя мощности и исследовать влияние элементов схемы на основные характеристики.

Порядок выполнения задания:

1. В зависимости от варианта задания выполнить инженерный расчет двухтактного усилителя мощности на БТ в режиме АВ. Исходные данные для расчета приведены в табл. 8.1. При выборе комплементарной пары транзисто- ров исходить из параметров транзисторов, представленных в прил. 3. Результа-

ты расчета электрического режима работы транзисторов и значения элементов принципиальной схемы усилителя свести в таблицы.

Таблица 8.1

Исходные данные для расчета усилителя мощности

2. Исследовать основные характеристики и параметры двухтактного выход- ного каскада на биполярных транзисторах с использованием пакета OrCAD.

2.1. Создать документ Schematics, содержащий показанную на рис. 8.13 принципиальную схему рассчитанного усилителя. Установить значения эле- ментов схемы, полученные в результате расчетов. В качестве источника вход- ного напряжения V1 необходимо использовать источник VSIN, предназначен- ный для расчета как частотных характеристик (AC Sweep) схемы, так и для расчета временных зависимостей (Transient). Задать следующие значения па- раметров источника V1:

DC = 0V; VOFF = 0V; FREQ = 1kHZ.

Амплитудные значения напряжения для расчета АЧХ (AC) и для расчета временных зависимостей (VAMPL) установить в соответствии с расчетным зна- чением амплитуды входного сигнала, полученным при выполнении п.1.

2.2. Выполнить анализ схемы по постоянному току. Записать в тетрадь значения постоянных токов и напряже- ний в схеме. Сравнить результаты ма- шинного анализа с результатами вы- полнения п. 1.

Обеспечивают ли рассчитанные значения элементов схемы требуемый режим покоя? Чем можно объяснить различие, если оно существует?

2.3. Установить параметры ана- лиза AC Sweep, задав изменение часто-

ты по декадам в диапазоне от

1 до109 Гц, 10 точек на декаду. Запус- тить выполнение анализа схемы. Вы-

вести на экран частотные зависимости выходной мощности, модулей коэффи- циентов передачи по напряжению, току, мощности. С использованием построен-

ных зависимостей определить нижнюю fн и верхнюю fв граничные частоты уси-

лителя; на средней частоте полосы пропускания определить значения модулей ко- эффициентов передачи по напряжению, току, мощности. Записать полученные результаты в тетрадь. Сравнить результаты машинного расчета с исходными данными.

Обеспечивают ли рассчитанные значения элементов схемы требуемую АЧХ усилителя? Чем можно объяснить различие, если оно существует?

2.4. Используя вид анализа Transient для входного сигнала с заданной ам- плитудой на частоте f = 1000 Гц, провести расчет формы напряжения выходного сигнала и определить его амплитуду, рассчитать коэффициент усиления по напря- жению. Для этого установить следующие параметры анализа Transient: шаг вывода данных – 1 мкс (Print Step – 1u); конечное время расчета – 10 мс (Final Time –

10m); максимальный шаг интегрирования – 1 мкс (Step Ceiling – 1u), начальный момент времени для вывода данных (No-Print Delay – 6u).

Рассчитать коэффициент гармоник. Для этого установить в окне анализа Transient следующие параметры: включить кнопку Enable Fourier, частота первой гармоники – 1000 Гц (Center Frequency – 1k), количество гармоник – 10 (Number of harmonics – 10). Результаты расчета можно просмотреть в разделе FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE выходного файла.

Записать полученные результаты в тетрадь. Сравнить результаты машин- ного расчета с результатами инженерного расчета.

Чем можно объяснить различие, если оно существует?

2.5. Преобразовать схему усилителя мощности в схему, в которой транзи- сторы работают в режиме В, путем замены диодов VD1 и VD2 проводниками. Повторить выполнение п. 2.4.

Записать результаты расчетов в тетрадь. Сравнить величину коэффициен- та гармоник со значением, полученным в п. 2.5.

Соответствуют ли полученные результаты теоретическим сведениям?

3. Исследовать влияние значений элементов схемы на АЧХ усилителя.

При выполнении задания необходимо использовать элемент схемы Parameters для проведения многовариантного анализа.

Какое влияние оказывает двукратное увеличение (уменьшение) сопро- тивления нагрузки (источника сигнала)?

8.7.Контрольные вопросы

1.Сравните между собой основные параметры усилителей мощности раз- личного типа.

2.Поясните причину значительных нелинейных искажений в выходных двухтактных каскадах (режим класса В).

3.Какие элементы схемы определяют АЧХ усилителя мощности?

4.Нарисуйте принципиальную схему выходного двухтактного усили- тельного каскада (режим класса В) с двухполярным питанием (с одним источ- ником питания). Поясните назначение элементов схемы.

5.Нарисуйте принципиальную схему выходного двухтактного усили- тельного каскада (режим класса АВ) с двухполярным питанием (с одним ис- точником питания). Поясните назначение элементов схемы.

6.Поясните назначение полупроводниковых диодов в схеме двухтактного усилительного каскада (режим класса АВ).

7.Какой знак должен иметь температурный коэффициент элементов, задающих напряжение смещения транзисторов двухтактных усилительных каскадов?

8.Какую величину должно иметь сопротивление нагрузки, оптимальной с

точки зрения максимальной передачи мощности в нагрузку?

9.Покажите на передаточной характеристике транзистора положение точки покоя, соответствующей режиму А (В, АВ, С).

10.Почему в двухтактных бестрансформаторных усилителях мощности чаще всего используется схема включения БТ с ОК?