5. Электрический расчет основного узла устройства
5.1 Выбор схемы усилителя мощности
В стационарной аппаратуре первой группы сложности применяется схема усилителя мощности представленная на рис. 3.1. В этой схеме три каскада: входной каскад (ВК) на транзисторе VT1, включенном по схеме с ОЭ; предоконечный каскад на транзисторе VT2 (схема с ОЭ) и двухтактный оконечный каскад по схеме с ОК на комплементарной паре транзисторов VT3, VT4 с параллельным возбуждением.
Рисунок 3.1. Принципиальная схема усилителя мощности
Рассмотрим назначение элементов схемы:
R1, R2, R3 - базовый делитель транзистора VT1;
R1, C2 - фильтр питания базовой цепи (обычно этот же фильтр используется и для питания предварительных каскадов);
R4 - нагрузка транзистора VT1 по постоянному току;
R5, R6, СЗ - цепь общей ООС по напряжению последовательной по входу, причем эта ООС осуществляется как по переменной, так и по постоянной составляющей;
VTt, Rbt, R - цепь, создающая начальное смещение на базах VT3, VT4 и обеспечивающая термостабилизацию;
R7, R8 - коллекторная нагрузка транзистора VT2 по постоянному току, причем (R7+R8)>> (Rbt + R);
С4 - следящая ООС по цепи питания транзистора;
R9,RI =(0,05...0,1)*Rh - местная ОС, выравнивает параметры пары транзисторов оконечного каскада.
5.2. Расчет оконечного каскада
1. Определяем амплитуду напряжения и тока на нагрузке:
2. Определяем напряжение источника питания.
Е0расч >2* (UНМ+UOCT)=2* (6,32+2) = 16,6 В,
где Uoct = 1...3 В - остаточное напряжение на полностью открытом транзисторе выходного каскада.
С учетом технологического запаса:
Из стандартного ряда Е12 выбираем Ео = 22 В.
3. Определяем желаемый коэффициент усиления по току h21э для выходных транзисторов.
где Рпок ≈ 10мВт - выходная мощность предоконечного каскада, работающего в режиме А.
4. Определяем максимальную мощность, рассеиваемую на коллекторах выходных транзисторов:
5. Выбираем транзисторы оконечного каскада (VT3,VT4) по следующим параметрам.
Подходящими являются транзисторы комплементарной пары типа КТ817Б n-р-n (VT3) проводимости и КТ816Б p-n-р проводимости (VТ4). Выписываем справочные данные транзисторов [6]:
Так
как у выбранных транзисторов
,
то оконечный каскад построим на составных
транзисторах по схеме Дарлингтона.
6. Определим требования к ведущим транзисторам VT3',VT4'.
Определяем амплитуду тока базы ведомого транзистора:
Ток базы ведомого транзистора в рабочей точке:
где I0k3,4"= (0,15...0,05)Iнm=0,16 1,58 = 0,26 А.
7. Ведомые транзисторы непосредственно связаны с ведущими, поэтому
Для уменьшения нелинейных искажений в ведущих транзисторах постоянный ток коллектора у них делают больше постоянного тока базы ведомых транзисторов, включая дополнительные резисторы Rб:
8. Определим Rб:
Выбираем стандартные резисторы Rб, типа МЛТ-0,125-20 Ом ± 10 %.
9. Определяем рассеиваемую на ведущих транзисторах мощность:
10. Выбираем ведущие транзисторы по следующим параметрам:
Подходящими являются транзисторы комплементарной пары типа КТ815Б n-p-n проводимости и КТ814Б p-n-р проводимости.
Выписываем справочные данные транзисторов:
Ркmах=10 Вт; 1kmах=1,5 А; Ukэmax=40В;; h2lэ=40; fгр=3 МГц;Tпmax=125 °С;
Rтп-к=10 °С/Вт; Rтп-с=100 °С/Вт.
11. Определяем амплитуду тока базы ведущего транзистора:
12. Определяем максимально допустимую мощность рассеивания на коллекторе выходных транзисторов при отсутствии радиатора:
Т.к Р"Кдоп3,4 < Р"к3,4, то для увеличения теплоотвода ведомых транзисторов обязательно применение радиаторов.
Находим площади поверхностей радиатора для ведомых транзисторов (VT3", VT4"):
где
13. Определяем постоянный ток и мощность, потребляемые оконечным каскадом от источника питания, и коэффициент полезного действия:
