Принципиальная электрическая схема выходного оконечного каскада приведена на рисунке 2

Рис. 2 Принципиальная электрическая схема выходного оконечного каскада

 

Выбор режима работы.

Выбор режима «А» несет в себе небольшие нелинейные искажения по сравнению с другими режимами работы, хотя КПД усилителя мощности в этом режиме небольшой примерно 30-45 %. В то время как режим «В» обеспечивает чрезмерно большие нелинейные искажения, вызванные наличием нелинейного участка в начале входной вольтамперной характеристики. КПД режима «В» составляет 50-60 %.

Расчет будем вести в режиме «А».


1. Определяем амплитудные значения тока и напряжения на нагрузке:

(A)

(B)

2. Определим максимально допустимую мощность рассеивания на транзисторах VT12, VT13:

(Вт),

где ηА – КПД, равный 35 - 40%. Поскольку в режиме «А» предельный КПД составляет 50%, а реальный не выше 35 - 40%.

3. Определим UКЭ12=UКЭ13:

(В),

где U0 - запас, исключающий попадание рабочей точки в область насыщения, для различных типов транзисторов колеблется в пределах 0,5 - 3 В, для маломощных транзисторов можно выбирать в пределах 1-2 В;

КПΣ - коэффициент передачи всего усилителя мощности. Практически значение КПΣ находится в пределах 0,7-0,9, в зависимости от величины нагрузки. При нагрузках ниже 5-10 Ом следует принимать меньшее значение.

Принимаем U0 = (В), КПΣ = и определяем UКЭ12=UКЭ13.

4. Определим величину напряжения источника питания

 

ЕК = 2·UКЭ12,13 + 2·Uзащ= 2·UКЭ12,13 + 2·UR43 = (В),

где Uзащ – падение напряжения на резисторе защиты (R43), можно принять в пределах 0,8 – 1 В.

Принимаем ЕК = (В), в соответствии со стандартным рядом источников питания.

Пересчитываем значения напряжений коллектор-эмиттер транзисторов 12 и 13:

(В)

5. Выбираем из справочника транзисторы VT13, VT12, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

  Модель Тип P, Вт Uкэ доп, В Ikmax, A βmin fгр, МГц Cк, пФ Iко, мА
VT12                  
VT13                  

 

Необходимо учитывать, что у выбираемых в качестве выходных транзисторов допустимое напряжение Uк доп должно соответствовать неравенству .

6. Определяем токи покоя и токи базы транзисторов VT12, VT13:

Iп12 = 0,5·IНМАХ + IН.У. (А),

где IН.У.- неуправляемая часть тока покоя, определяемая наличием теплового тока коллектора IK0 (определяется из справочных данных).

(мА),

(А),

(А),

(А);

 

7. Определим значение резистора защитыRз = R43, Значение резистора защиты Rз должно быть достаточно большим, чтобы ограничить на допустимом уровне величину тока через транзисторы VT12 и VT13 и в то же время снижений коэффициента полезного действия при введении Rз должно быть незначительным:

(Ом),

где значение Uбэ12,13 дано в техническом задании.

Значение резистора Rз=R43 принимаем в соответствии с рядом Е24.

 

8. Определяем ток покоя транзисторов VT10:

(А)

9. Определяем постоянное напряжение UКЭ10,11:

(В)

Определим мощность, рассеиваемую на транзисторах VT10, VT11:

PК10,11 = UКЭ10,11·Iп10 (Вт)

10. Выбираем из справочника транзисторы VT10, VT11, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

  Модель Тип P, Вт Uкэ доп, В Ikmax, A βmin fгр, МГц Cк, пФ Iко, мА
VT10                  
VT11                  

 

 

11. Определим сквозной ток через транзисторы VT10, VT11:

 

(А)

12. Определим токи покоя и токи базы транзисторов VT10, VT11

(А);

(А);

(А)

13. Определим ток покоя транзистора VT9:

Для обеспечения максимальных усилительных свойств транзистора VT9, можно принять значение Iп9=0,005А.

14. Определим напряжение на резисторе R36:

(В)

15. Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT9, при этом значение Uбэ можно принять равным 0,7 В для всех остальных транзисторов в данном устройстве:

(В)

16. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT9:

(Вт)

17. Выбираем из справочника транзистор VT9, соответствующий по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

  Модель Тип P, Вт Uкэ доп, В Ikmax, A βmin fгр, МГц Cк, пФ Iко, мА
VT9                  

 

18. Определим сквозной ток и ток базы транзистора VT9

(А)

(А)

19. Выбираем ток делителя . Пусть (А).

20. Определим значения сопротивлений в схеме и выберем резисторы в соответствии с рядом Е24:

(А)

(Ом),

(В)

 

(А)

Пересчитаем значение сопротивления R43:

(Ом),

(В)

(А)

(Ом),

 

(В)

(А)

(Ом)

(В)

 

(А)

(Ом),

(В)

(В)

(В)

 

(А)

(Ом)

(В)

 

(В)

(В)

 

(А)

(В)

 

(Ом),

принимаем R33<R34

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R33+R34 = (Ом)

(А)

(Ом),

(В)

 

(А)

(Ом),

принимаем R37<R41

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R37+R41= (Ом)

21. Определим коэффициент передачи повторителя на транзисторах VT10÷VT13:

22. Проверим правильность выбранного значения UКЭ9 :

23. Определим коэффициент усиления предварительного каскада:

;

где rб9 - объемное сопротивление базы, можно принять в пределах 200-400 Ом;

rЭ9 - сопротивление эмиттерного перехода, определяется следующим образом:

(Ом);

RВХ.П – входное сопротивление выходного каскада в целом, определяется:

RВХ.П = 0,5·b10·b12·RН (Ом);

- эквивалентное сопротивление предварительного каскада, определяется:

(Ом)

24. Определим коэффициент усиления каскада в целом:

 

КУМ = К·КП

25. Охватим каскад глубокой отрицательной параллельной обратной связью по напряжению.

Глубина обратной связи определяется как:

где: К f0 - исходный коэффициент нелинейных искажений, равный 5%,

Кf - заданный коэффициент нелинейных искажений.

Входное сопротивление транзистора VT9 определяется следующим образом:

Rвх.VT9=rб9+rэ9∙(1+β9)

Входное сопротивление выходного каскада без ООС определяется как:

RВХ.У.М = RВХ.VT9. || R32 || R37

Т.к. RВХ У.М.→R31 принимаем R31 равным входному сопротивлению выходного каскада, R31 = (Ом) в соответствии с рядом Е24.

Определяем эквивалентное сопротивление:

RЭКВ = RВХ.У.М || R31 (Ом)

Определяем сопротивление R38:

(Ом),

Из полученного выражения следует, что:

Пересчитаем значение глубины обратной связи:

F= 1+βэкв·КУМ

Определим коэффициент усиления выходного каскада с ООС:

При этом необходимо пересчить входное сопротивление усилителя мощности:

(Ом)

26. Определим входное напряжение усилителя мощности.

(В)

27. Определим значение емкости конденсатора фильтра и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)

28. Определим значение емкости конденсатора С27 и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)

29. Определим значение емкости конденсатора С28 и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)

30. Определим значение емкости в цепи компенсации С30 и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)



и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)