Вариант №33
Исходные данные:
1.
Выходная
мощность:
2.
Коэффициент нелинейных
искажений:
3.
Полоса усиливаемых
частот: ,
4.
Рабочий диапазон
температур: ,
5.
Входное
напряжение:
6.
Входное
сопротивление:
7.
Сопротивление
нагрузки:
8.
Коэффициент частотных
искажений:
Задание:провести расчет усилителя сигналов звуковой частоты.
1. ЭСКИЗНЫЙ РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ
Проектирование усилителя удобно начинать с мощного оконечного (выходного каскада), который является основным усилителем мощности.
Транзисторы и способы их включения, схему каскада и режим работы выбирают в основном из условий обеспечения заданной выходной мощности и высокого КПД при допустимых нелинейных и частотных искажениях.
Поскольку
мала заданная выходная мощностьи мал коэффициент
гармоник
, выбираем однотактную схему каскада.
Однотактная схема позволяет сэкономить один транзистор и получить достаточно
малый коэффициент гармоник
, однако она работает
только в режиме А и теоретически не может дать к.п.д. выше 50%. В режиме
молчания усилитель потребляет большую энергию
Выбираем включение транзистора с общим эмиттером (ОЭ). Схема с общим эмиттером обеспечивает наибольшее усиление, но зато вносит сравнительно большие нелинейные искажения.
Таким образом, схема оконечного каскада однотактная в режиме А, транзистор включен с общим эмиттером.
Выберем транзистор, удовлетворяющий следующим условиям:
1)
Допустимая мощность рассеяния на
коллекторе должна быть больше рассеиваемой мощности при заданной максимальной
температуре среды:
2)
Граничная частота транзистора в схеме с ОЭ должна быть выше, чем
чтобы частотные искажения, вносимые
транзистором, были малы.
3) Транзистор должен вносить небольшие линейные искажения.
Величина
для однотактного каскада определяется:
По справочнику выбираем транзистор типа ГТ403А. Проверяем работоспособность транзистора при максимальной температуре среды
,
где
-
максимальная температура среды;
-
тепловое сопротивление переход - окружающая среда (без теплоотвода).
т.е.
Полагая, что из-за низкой граничной частоты мощных транзисторов половина частотных искажений на высшей частоте приходится на оконечный каскад, выбранный транзистор проверяем по частотным свойствам:
предельная
частота коэффициента передачи тока (паспортные данные транзистора), 8 кГц.
Проверяем транзистор также по допустимому напряжению на коллекторе
, где
- допустимое напряжение между электродами
(указано в справочнике).
Так как параметры источника не заданы, выберем источник питания напряжением 9 В.
Следовательно, выбранный транзистор удовлетворяет всем требованиям
Для
определения величины внутреннего сопротивления источника сигнала и коэффициента усиления по мощности на
статических характеристиках транзистора, исходя из заданной мощности, проводим
нагрузочную линию аА. (рис. 2)
Входное сопротивление каскада равно:
Величину
относительно входного сопротивления
оконечного каскада
выбирают для каскада с общим
эмиттером
Для определения необходимого числа каскадов структурной схемы усилителя находят коэффициент усиления всего усилителя
Общий
коэффициент усиления по мощности является произведением
коэффициентов усиления оконечного, предоконечного, промежуточных и входного
каскадов:
Коэффициент
приближенно определяется из выражений для
схемы с общим эмиттером
,
В качестве предоконечного можно выбрать инверсный каскад с разделенной нагрузкой. Для него подходит транзистор типа П15А, имеющий достаточные ток коллектора и рассеиваемую на коллекторе мощность.
Коэффициент усиления по мощности обеспечиваемый предоконечным каскадом (реостатный инверсный каскад с разделенной нагрузкой)
В качестве входного каскада на таком же транзисторе (П15А) выбираем эмиттерный повторитель, позволяющий улучшить согласование внутреннего сопротивления источника с входным сопротивлением усилителя.
Таким образом, на долю промежуточных каскадов приходится коэффициент усиления по мощности:
, т.е.
усилитель без промежуточного каскада.
Итого усилитель должен содержать 3 каскада.
рис.1 Структурная схема усилителя
Определив число каскадов усилителя, выбрав их схемы, необходимо проверить транзисторы по допустимым искажениям в области высших частот. Полагая, что все каскады кроме оконечного в этой области вносят одинаковые частотные искажения, определяем допустимую граничную частоту транзистора:
,
где n – число каскадов в усилителе без оконечного.
Следовательно, выбранные транзисторы типа П15А удовлетворяют требованиям обеспечения частотных искажений в области высших частот.
Определяем частотные искажения в области низших частот, приходящиеся на один каскад.
, где n - общее число
каскадов.
Доля частотных искажений в области высших частот, приходящаяся на оконечный каскад, равна
на каждый из остальных каскадов
Так как температура окружающей среды меняется в широких пределах, то во всех каскадах усилителях необходимо применять термостабилизирующие цепочки.
2. РАСЧЕТ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА УСИЛИТЕЛЯ
1. Схемой оконечного каскада выберем бестрансформаторный однотактный усилитель мощности, работающий в режиме А. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером, что обеспечивает наибольшее усиление.
В соответствии с
заданной мощностью и частотными искажениями в области высших частот выбираем
транзистор типа ГТ403A, параметры которого имеют следующие значения: ,
,
,
.
2. На выходных
характеристиках транзистора определяем рабочую область, которая ограничивается ,
,
,
и
,
выбирается
так, чтобы из рабочей области исключить нелинейный участок выходных
характеристик.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.