Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
8 Електричий розрахунок(17 стр)....................doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
08.12.2018
Размер:
842.24 Кб
Скачать

51

2 Електричний розрахунок [ 2 ]

2.1 Попередній вибір електричної схеми підсилювача

Обираємо схему вихідного каскаду на складених комплементарних транзисторах, так як під час розрахунку схеми вихідного каскаду з використанням комплементарних транзисторів не вдалося підібрати транзистор для передкінцевого каскаду.

Для досягнення великих значення Ku у якості навантаження передкінцевого каскаду використовуємо ДСС [2], оскільки у цьому разі підвищується вхідний опір двотактного емітерного повторювача.

Для стабілізації робочих режимів транзисторів вихідного каскаду за постійним струмом використовуємо схему стабілізації. Через невеликий дозволений температурний діапазон діодних схем (10...30°С), використовуємо транзисторну схему стабілізації, що має більший температурний діапазон: -20...+50°С.

Через використання на вході диференційного каскаду, що забезпечує високий вхідний опір, застосовуємо двополярне джерело живлення.

Отже, остаточний варіант схеми:

- вхідний каскад – диференційний;

- передкінцевий каскад – простий з транзисторним джерелом струму;

- прикінцевий каскад – складений комплементарний;

- схема стабілізації струму спокою вихідного каскаду – транзисторна;

- джерело живлення – двополярне.

Принципова електрична схема підсилювача потужності надана у додатку Г даної пояснювальної записки на листі формату А3.

2.2 Розрахунок напруги джерела живлення

Корисну потужність P~, яку мають відокремлювати транзистори обох плеч каскаду, з урахуванням втрат у резисторах R13, R14 треба збільшити щонайменше на 10%.

(2.1)

Тоді необхідну амплітуду колекторного струму можна визначити як:

(2.2)

Відповідно амплітуда напруги на виході каскаду:

(2.3)

Враховуючи, що передкінцевий каскад має активне навантаження – джерело стабільного струму, обираємо наступну методику розрахунку напруги джерела живлення:

(2.4)

де: резистор місцевого зворотного з'вязку ;

режимні напруги UбеVT7, UбеVT9 можна прийняти приблизно рівними 0,65 В (типове значення для кремнієвих n–p–n транзисторів);

Розрахуємо номінали резисторів R12, R13:

Потужність, що розсіюється на резисторах R12, R13:

(2.5)

Обираємо номінальне значення резисторів R12 = R13 = 0,2 Ом зі стандартного ряду Е24, тип резистора С5-37 - 8.

Для схеми з двополярним джерелом живлення, живлення кожного плеча Еж двотактного каскаду здійснюватиметься від двох джерел: +Еж/2 і -Еж/2

Максимальне значення напруги живлення у режимі холостого ходу одержують з урахуванням потрібного запасу на коливання напруги у мережі живлення:

(2.6)

Розраховане значення вибираємо з ряду, рекомендованого ДЕСТом: 6(6,3); 12(12,6); 15; 18; 24;27, 36; 48 В.

Отже, значення живлення кожного плеча .

2.3 Розрахунок вихідного кола прикінцевого каскаду

Рис. 2.1 - Вихідне коло прикінцевого каскаду

2.3.1 Амплітуда імпульсу колекторного струму визначається відповідно до (2.2):

(2.7)

2.3.2 Амплітуда напруги на виході підсилювача розраховується за (2.3):

(2.8)

2.3.3 Максимальне значення напруги між колектором і емітером:

(2.9)

2.3.4 Максимальна потужність, що розсіюється на транзисторах вихідного каскаду за гармонічного вхідного сигналу:

(2.10)

2.3.5 Для підвищення економічності режиму початковий струм транзисторів вихідного каскаду вибираємо якнайменшим, але зниження обмежене появою нелінійних спотворень типу "сходинка" при роботі з малими сигналами.

Найменшій допустимій величині відповідає співвідношення:

На практиці значення Ік0 вибирається у межах 30 … 150 мА.

Вихідний каскад, побудований на транзисторах VT9 та VT10 повинен працювати в режимі класу АВ, тому обираємо а = 0,05, та , у відповідності з цим постійна складова струму колектора цих транзисторів IК0 обирають рівною: .

2.3.6 Середнє значення струму, що споживається транзистором у номінальному режимі:

, (2.11)

де: α0 - коефіцієнт сталої складової α0 = f(Θ);

Θ - кут відсікання, деякі значення для якого надані у табл. 2.1.

Таблиця 2.1 - Значення параметрів Θ, a, α0

0

90

0,319

0,1

96,5

0,338

0,20

104,5

0,362

0,05

93

0,328

0,12

98

0,343

0,25

109,5

0,379

0,08

95

0,334

0,15

100

0,35

0,30

115,5

0,393

2.3.7 Потужність споживання від джерела живлення:

(2.12)

2.3.7 Коефіцієнт корисної дії [2]:

(2.13)

2.4 Вибір транзисторів прикінцевого каскаду

2.4.1 Вибір транзисторів за припустимою потужністю розсіювання Pkmax

У пункті 2.3.4 була розрахована потужність, що розсіюється на транзисторах кожного з плечей каскаду Pkmax.

Але у випадку комплексного імпедансу навантаження величину Pkmax треба збільшити у 2-3 рази (з точки зору підвищення надійності) [2], тобто

(2.14)

Сумарний тепловий опір вихідних транзисторів Rt (враховуючи опори радіаторів) визначають як

, (2.15)

де: Tmax = 1750С – максимальна температура кристалу;

Tсер = 500С – максимальна температура навколишнього середовища.

У свою чергу:

, (2.16)

де: Rкп – тепловий опір транзистора перехід-корпус;

Rр – тепловий опір радіатор-середовище.

Тепловий опір радіатора можна обрати у межах 1.5..4 К/Вт, зважаючи на те, що меншому значенню Rp відповідає більша площина тепло відводу. Отже обираємо:

Тоді

(2.17)

Знаходимо значення потужності Pk.25, що розсіюється за температури корпусу у 250С:

(2.18)

2.4.2. Вибір транзистора за максимальною колекторною напругою

Максимальна напруга на колекторі Uкеmax, що складається з половини напруги джерела живлення Eж і амплітуди вихідної напруги Uвих, не має перевищувати допустимої:

(2.19)

Аби мати 10..20% необхідного запасу треба вибирати транзистора з умови:

(2.20)

або з дещо більшим запасом:

(2.21)

2.4.3 Вибір транзистора за величиною струму колектора

Комплексний характер імпедансу гучномовців, що є навантаженням для прикінцевого каскаду підсилювача, призводить до виникнення кидків струму, що особливо помітно за швидкою зміною сигналу (стрибком). Ці кидки струму можуть набагато перевищити максимально допустимі у порівнянні з стандартним навантаженням у вигляді пасивного резистора 4 або 8 Ом. Тому розраховану у п. 2.2.1 амплітуду струму колектора рекомендується збільшити у 2,5..3 рази і проводити вибір транзистора за такою умовою:

(2.22)

2.4.4 Вибір транзистора за частотними властивостями

За умови

(2.23)

частотні спотворення, що вносять транзистори прикінцевого каскаду на верхній робочій частоті, не перевищуватимуть 0,2..0,5 дБ.

За значеннями параметрів, що визначені у п.п. 2.3.1 - 2.3.4, з довідників [8] вибираються комплементарні транзистори з максимально можливим коефіцієнтом передачі за струмом.

Параметри транзисторів вказані у Додатку А.

VT9 - KT818ГM

VT10 - КТ819ГM

2.5 Розрахунок базового кола транзисторів VT9, VT10

2.5.1 Початковий та максимальний струми бази визначаються так:

(2.24)

(2.25)

2.5.2 З вхідних характеристик транзистора [8] за значенням Iб0, Iбmax для середнього значення Uке0 визначаються Uб0, Uбmax

Uб0 = 0,5В

Uбmax = 2В

За цього амплітуда напруги у ланцюгу база-емітер

Uбm = Uбmax - Uб0 (2.26)

Uбm = 2 – 0,5 = 1,5B

амплітуда струму бази

Iбm = Iбmax - Iб0 (2.27)

Iбm = 0,5-0,0042 = 0,468 mA

2.5.3 Визначається амплітуда вхідної напруги прикінцевого каскаду за роботи у схемі зі СК (тобто амплітуда сигналу між базою і нульовою шиною):

Uвхm = Uбm + + Uвих (2.28)

Uвхm = 1,5 + 6,2·0,2 + 23,2 = 25,9В

2.6 Особливості розрахунку вихідного каскаду на складених транзисторах

Рис. 2.2 - Вихідний каскад на складених транзисторах

2.6.1 Для вибору транзисторів VT9, VT10 з пари складеного транзистора витіковими даними є результати розрахунку базового кола вихідних транзисторів - початковий Iб0 та максимальний Iбmax струми бази, амплітуда напруги у ланцюгу база-емітер Uбm, амплітуда напруги на вході вихідних транзисторів відносно нульової шини Uвхm та режимна напруга Uбе0 - тобто результати підрозділу 2.5 вирази (2.23)-(2.27). Вважаємо, що параметри транзисторів VT7, VT8 відрізняються не більше ніж на 15..20%, тоді розрахунок можна проводити тільки для одного плеча схеми.

Аби уникнути перехідних спотворень типу "сходинка" за малих сигналів треба забезпечити режим АВ для транзисторів VT7, VT8. З цією метою мінімальне значення струму спокою Iк0 транзисторів VT7, VT8 вибирається у межах 30..50 мА.

Обираємо

Iк0VT7,VT8 = 50мА

Аби вихідні транзистори без сигналу були зачинені напруга база-емітер VT11, VT12 має дорівнювати 0,5В. Ця напруга забезпечується резисторами R15, R16, номінали яких визначають за:

(2.29)

2.6.2 Потужність, що розсіюється на резисторах R14, R15:

(2.30)

Обираємо номінальне значення резисторів R14 = R15 = 10 Ом зі стандартного ряду Е24, тип резистора С2-23-0,125.

2.6.3 Амплітуда змінного струму, яку має забезпечити транзистор VT7 (VT8) визначиться так:

(2.31)

2.6.4 Мінімальне і середнє значення струму колектора транзистора VT7 (VT8):

(2.32)

(2.33)

2.6.5 Напруга між колектором і емітером у стані спокою:

(2.34)

2.6.6 Потужність, що споживається від джерела живлення

(2.35)

2.6.7 Потужність, що розсіюється транзисторами VT7, VT8 у режимі AВ дорівнює:

(2.36)

а у стані спокою

(2.37)

Для забезпечення експлуатаційного запасу транзистор вибирається за умови перевищення довідкового значення Pк у 1,5..2 рази від максимального, одержаного з (2.34), (2.35) [9].

PкдопVT7,VT8 > 2·1,55 > 3,1 Вт (2.38)

2.6.8 Під час вибору транзисторів за максимально допустимим струмом необхідно брати до уваги таке: оскільки із збільшенням робочої частоти підсилення за струмом потужних вихідних транзисторів зменшується, то збільшимо максимальний струм колектора транзисторів VT9, VT10 відносно розрахованого за (2.24) максимального струму бази вихідного транзистора, тобто

(2.39)

IкдопVT7(8)

Також мають виконуватися умови

(2.40)

(2.41)

2.6.9 За сукупність параметрів, розрахованих за (2.34)-(2.37) з довідника [8] обираємо транзистори:

Параметри транзисторів вказані у Додатку А.

VT7 - KT817Г

VT8 - KT816Г

2.6.10 Після цього знову перераховуємо базовий ланцюг транзисторів VT7, VT8 [2]:

(2.42)

(2.43)

2.6.11 За відомими Iбmax7, Iб07 з ВАХ визначаємо Uбmax7 і Uб07:

Uбmax7 = 0,9В

Uб07 = 0,85В

2.6.12 Розраховуємо амплітуду струму бази Iбm7 і амплітуду напруги між базою і емітером Uбm7:

Iбm7 = Iбmax7 – Iб07 (2.44)

Iбm7 = 26,84 - 2 = 24,84мА

Uбm7 = Uб max7 – U б07 (2.45)

Uбm7 = 0,9 - 0,85 = 0,05В

2.6.13 Амплітуди напруг збудження для верхнього і нижнього плеч вихідного комплементарного каскаду:

(2.46)

(2.47)

2.6.14 Вхідний опір верхнього і нижнього плечей:

(2.48)

(2.49)

2.6.15 Потужність, що вимагається від другого каскаду (на транзисторі VT5):

(2.50)

2.6.16 Потенціали баз транзисторів VT7 і VT8 відносно нульової шини:

(2.51)

(2.52)

(2.53)

Різниця розрахованих потенціалів забезпечується термостабілізуючими елементами - транзисторною схемою стабілізації.

2.6.17 Коефіцієнт підсилення за напругою:

(2.54)

2.7 Попередній розрахунок колекторного кола передкінцевого каскаду

Рис. 3.3 - Колекторне коло передкінцевого каскаду

2.7.1 Корисна потужність Рн5, яку віддає транзистор VT5, має бути на 10..20% більшою за потужність РбVT7, що споживається базовим ланцюгом транзисторів прикінцевого каскаду:

, (2.55)

оскільки частина потужності втрачається у ланцюгу зміщення.

2.7.2 Для забезпечення режиму А транзистора передкінцевого каскаду і з урахуванням втрат у колі зміщення вихідного каскаду, амплітуда змінної складової струму колектора VT8 має вибиратися з умови [6]:

(2.56)

2.7.3 Оскільки транзистор VT5 працює у режимі класу А, то його стала складова струму дорівнює струму у робочій точці:

(2.57)

Величина струму Iк05 має бути більшою за базовий струм транзисторів VT7, VT8.

(2.58)

2.7.4 Максимальний струм колектора:

(2.59)

2.7.5 Амплітуда змінної напруги на колекторі:

Еж/2 (2.60)

2.7.6 Максимальна напруга між колектором і емітером:

Uкеmax (2.61)

Uкеmax = 72 В

2.7.7 Потужність, що споживається колекторним ланцюгом транзистора від джерела живлення:

(2.62)

2.7.8 Потужність, що розсіюється на колекторі:

(2.63)

2.7.9 Гранична частота транзистора:

(2.64)

Оберемо попередньо фактор ВЗЗ

F = 30 дБ

2.8. Вибір транзистора для передкінцевого каскаду

За розрахованими у попередньому розділі значеннями Ikmах5, Ukemax, Pk5, fh21eVT5 вибираємо транзистор [8]:

Параметри транзисторів вказані у Додатку А.

VT5 – KT961В

2.9 Остаточний розрахунок колекторного кола передкінцевого каскаду

Рис. 2.4 - Джерело стабільного струму передкінцевого каскаду

2.9.1 Розрахунок джерела стабільного струму на транзисторах VT3, VT4

У якості джерела стабільного струму використовується "струмове дзеркало".

Оскільки підбір пар транзисторів для "струмового дзеркала" не проводиться, то для симетрування схеми вмикаються резистори R8 = R9. Це призводить також до збільшення вихідного опору схеми, який відіграє роль корисного навантаження для каскаду на транзисторі VT5 [4].

, (2.65)

де: S - крутизна транзистора VT4;

h22e - вихідна провідність транзистора VT4;

rкеVT4 - динамічний вихідний опір колектор-емітер.

Застосування у якості активного навантаження струмового дзеркала дозволить підвищити коефіцієнт підсилення з напруги передкінцевого каскаду і покращити температурну стабільність.

Мінімальне значення напруги

(2.66)

вибирається у межах 3..3,5В, де Uке=1В, а решта припадає на R9.

UДСС = 3В

UR9 = UДСС - UкеVT4

UR9 = 3 - 1 = 2B