Расчет усилителя мощности низкой частоты, страница 2

Предвыходной каскад представлен схемой с общим эмиттером. Данный каскад выбран для стабилизации рабочей точки и эмиттерной стабилизации.

Рис 3. Усилительный каскад с ОЭ

Входным каскадом будет являться так же каскад с общим эмиттером. Высокое входное сопротивление будет обеспечиваться благодаря глубокой ООС, вводимой в цепь эмиттера. Такой каскад не только обеспечит согласование источника сигнала с промежуточным усилительным каскадом, но и выполнит инверсию сигнала. Таким образом, на выходе промежуточного усилителя, а, следовательно, и на выходе получится неинвертированный сигнал.

 

Частотные искажения распределим поровну между всеми каскадами.

Рассчитаем общие частотные искажения между каскадами:

Следовательно,  суммарный коэффициент частотных искажений:

М_чи=М_вх+М_пр+М_вых=6 дБ

Из чего следует, что частотные искажения выбранной цепи равны допустимому значению, то есть выбранная схема может быть рассчитана в дальнейшем.

3.    Расчет параметров выходного каскада усилителя.

Исходные данные:

Рh,Вт	Rh,Oм	FH, Гц	FB, кГц
10	3	80	15	1,6

Схема усилительного каскада:

Выбор транзисторов осуществляем по допустимой мощности рассеяния на коллекторе, напряжению коллектор-эмиттер, максимальной амплитуде коллекторного тока и граничной частоте.

Р_тах = (0,25 - 0,3)Р_Н = 3 Вт

Uкэ.тах  == 7,746 В

Iк.тах=Iн.тах ⁼  = 2,582 А

f_h21Э = (2 - 4)F_B = 60 кГц

Данным условиям удовлетворяет комплементарная пара транзисторов КТ816Б/КТ817Б (p-n-p/n-p-n) с параметрами:

Uкэ.тах =25 В,

Iк.max=3 А,

Рк.тах= 25 Вт (при наличии теплоотвода),

h_21Э = 25,

f_h21Э = 3 МГц,

I_КБ0 = 5 мА.

На выходной нагрузке транзистора КТ816Б (КТ817Б) строим нагрузочную характеристику (рис 5).

Режим холостого хода -  Uкэ.тах =15 В, Iк = 0А

Режим короткого замыкания -  Uкэ.тах =0 В, Iк = 5А

Расчёт площади охлаждаемой поверхности радиатора

, т.к. крайне мало, в дальнейших расчётах его учитывать не будем

Значит площадь охлаждаемой поверхности радиатора равна 254 см²

 

 

Рис 5. Выходная (нагрузочная) характеристика

транзисторов серии KT816/KT817

По нагрузочной характеристике определяем:

Ikm = 1,6 A

Uост = 6 В

Uok = 12,8 В

Ukm = Uok – Uост = 6,8 В

Iбm = 8,1 мА

Iоб = 0,9 мА

Проверим полезную мощность на нагрузке при полученных параметрах нагрузочной характеристики:

Pрасч = 0,5* Ikm* Ukm = 5,44 Вт

Следовательно,  данный  каскад  в  состоянии  обеспечить  заданную мощность на нагрузке.

Рис 6. Входная характеристика транзисторов серии КТ816/КТ817.

По входной характеристике определим рабочую область:

Uобэ = 0,61 В

Uбэmax = 0,86 В

Uбэm = Uбэmax – Uобэ = 0,25 В

Эквивалентное   сопротивление   ООС   определяется   сопротивлением коллектор-база транзистора в рабочей области.

Ом

Глубина ООС:

Рассчитываем сопротивления делителя каскада:

Ток делителя определяется из условия стабильности тока базы,

I_д = (3 - 5)I_0Б = 0,045 А

Откуда:

Принимаем значение из стандартного ряда Е24 (в меньшую сторону):

R1 = R2 = 150 Ом

Ток,   протекающий   через   диоды,   должен   обеспечивать   падение напряжения на них 2,8 В. Этому условию удовлетворяют кремниевые диоды КД512А. Их вольт-амперная характеристика представлена на рис 7.

Рис 7. Вольт-амперная характеристика диода КД512А

По   входной   характеристике   определяем   входное   сопротивление транзистора.

Рассчитаем входное сопротивление с учетом ООС.

Где R_дел — эквивалентное сопротивление делителя на входе каскада:

Коэффициент усиления по напряжению каскада (с учетом ООС) можно определить как:

Откуда, требуемое амплитудное значение напряжение на входе каскада:

Тогда, значение амплитуды тока на входе в каскад: