Пример выполнения работы Введение

Требуется рассчитать двухтактный усилитель мощности звуковой частоты со следующими параметрами:

• выходная мощность – 8 Вт;

• сопротивление нагрузки – 4 Ом;

• диапазон воспроизводимых частот – 20…15 000 Гц.

Рис. 2.9

Выбираем следующую схему усилителя (рис. 2.7). Для увеличения коэффициента усиления по току в усилителе применены составные транзисторы по схеме Шиклон (на комплементарных транзисторах с разной проводимостью). Резисторы R₁ и R₂ предотвращают смещение транзисторов в область проводимости из-за токов утечки транзисторов. Сопротивление резисторов выбирается таким, чтобы постоянные токи, протекающие через них, не создавали большого падения напряжения. Максимальное сопротивление резисторов ограничено уменьшением скорости нарастания выходного напряжения и выбирается в пределах сотен Ом. Необходимое усиление по напряжению осуществляется усилителем напряжения, выполненным на операционном усилителе А₁. Вся схема усилителя охвачена отрицательной обратной связью.

Расчет

1. Определим расчетную мощность P_расч:

.

2. Определим напряжение источника питания U_и.п:

.

U_к.э.нас для кремниевых и германиевых транзисторов равно 1,2 ÷ 5 В.

Выбираем U_к.э.нас =1..2, U_б.э. выбираем равным 0,65 В, U_э=1 В.

Получаем U_и.п = ± 11,1 В.

3. Находим амплитуду тока коллектора транзисторов оконечного каскада: I_к.макс и среднее значение тока, потребляемого от источника питания I_к.ср:

_.^;

4. Определяем максимальную мощность рассеивания на коллекторе транзистора одного плеча:

.

5. Выбираем по справочнику транзисторы VT3 и VT4, руководствуясь следующими соотношениями:

где f_β – граничная частота усиления; f_в – верхняя частота усилителя.

Выбираем транзисторы:

КТ818Б: U_кэ = 50 В; I_к = 10 А; P_к = 60 Вт; f_β ≥ 3 МГц; h_21э ≥ 20; I_кбо =1000 мкА,

КТ819Б: U_кэ = 50 В; I_к = 10 А; P_к = 60 Вт; f_β ≥ 3 МГц; h_21э ≥ 20;

I_кбо =1000 мкА.

6. Выбираем по справочнику транзисторы VT1 и VT2, руковод-ствуясь следующими соотношениями:

Выбираем транзисторы:

ГТ402В: U_кэ = 40 В; I_к = 0,5 А; P_к = 0,6 Вт; f_β ≥ 1 МГц;

I_кбо =25мкА,

ГТ404В: U_кэ = 40 В; I_к = 0,5 А; P_к = 0,6 Вт; f_β ≥ 1 МГц;

I_кбо =20 мкА.

7. Выбираем операционный усилитель

К140УД6: U_пит = 5÷20 В; К_у = 68 Дб .

8. Номиналы резисторов R₁ и R₂ подбираем так, чтобы уменьшение сопротивления было не более отношения U_{вх. мин.} / I_кбо. Для этого предполагаем, что сигнал, действующий на входе двухтактного усилителя, обладает напряжением 10 мВ. Тогда, зная коэффициент усиления операционного усилителя, находим U_вых операционного усилителя и соответственно U_{вх. мин.} транзисторов:

U_{вх. мин.тр.} = U_{вых. оу} = К_у ∙ U_вх = 68 ∙ 10 = 680 мВ,

R₁ ≤ U_{вх. мин.1} / I_кбо1 = 680 / 25 = 27,2 кОм,

R₂ ≤ U_{вх. мин.2} / I_кбо2 = 680 / 20 = 34 кОм.

9. Номинал резистора в обратной связи R₃ выберем равным 1кОм.

10. Рассчитаем КПД усилителя по следующей формуле:

η = P_{нагрузки}/ (P_п1 – P_п2 ),

P_п1= U_пит* I_Σ =10,5*11,1=116,1,

P_п2=I_ср*U_пит=2,09*11,1=23,99,

=2,09,

где I_б ∙ (h₂₁)₁ ∙ (h₂₁)₂ = I_к1 + I_к2 – суммарный ток составного транзистора, тогда

I_Σ = I_к1 + I_к2 = 0,5 + 10 = 10,5А,

η = 8 / (116,1-23,99) = 0,061 = 88%.