Разработка усилителя низкой частоты, страница 3

          Так как транзистор предконечного каскада должен работать в классе АВ, через него должен протекать ток покоя, который при любых рабочих напряжениях данного каскада должен обеспечивать максимальный коэффициент усиления h21e. Таким образом ток коллектора предконечного транзистора будет определятся по формуле:

где  Ikp5 – соответственно ток коллектора покоя предконечного транзистора;

Ibp6 – ток покоя верхнего плеча ВыхК;

Ikmin5 – значение тока коллектора транзистора предконечного каскада, при котором обеспечивается максимальный коэффициент усиления.

По найденным выше значениям токов, выбираем транзисторы для выходного каскада КТ818Г и КТ819Г.

Теперь рассчитаем мощность выделяющуюся на коллекторах этих транзисторов.

Pст. = 2*(Ек*Ikp5) = 2*20*0.408 = 16.32 Вт

Динамические потери в предконечном каскаде без учета потерь в транзисторе при максимальном уровне сигнала (насыщение):

Рдин = (Ек/Ö2)*Ikm5/Ö2 = (20*6,725)/2 = 67,25 Вт

Таким образом, полная мощность, выделяемая в предконечном каскаде равна сумме этих двух мощностей:

Рпр = Рст + Рдин = 16,32 + 67,25 = 83,57 Вт

С учетом потерь в транзисторе можно принять Рпр = 85 Вт.

4.3 Расчет каскадов предварительного усиления.

Как уже было описано ранее, ток коллектора транзистора предконечного каскада определялся по формуле

С учетом этой формулы примем к установке VT4 КТ818Г. в режиме покоя выходной каскад не потребляет ток так как находится в режиме отсечки, а значит ток Ikmax6 никуда не ответвляется, поэтому через коллекторный резистор R7 будет протекать этот ток.

Разница между суммарными напряжениями питания и амплитудным значением напряжения генератора усиливаемого сигнала составляет не более семи тысяч раз и для улучшения качества работы усилителя, в целом,  желательно использовать RC-цепи, разделяющие питающие элементы и входной сигнал. Цепочки R7C3 и R10C5 представляют собой фильтры, понижающие уровень помех (обратной связи), создаваемых цепью питания при работе усилителя во входной цепи, и одновременно на балластных резисторах R7 и R10 буде гаситься часть питающего напряжения, за счет чего можно выбрать более низковольтные транзисторы входного и предвартельного каскадов, что делает схему дешевле.

При учете предварительных каскадов – входного на VT1, VT2 и промежуточных на транзисторах VT3, VT4 – суммарные токи этих каскадов можно принять не более 2,5*Ikp4. Ток базы транзистора VT5 в рехиме покоя:

Соответственно ток коллектора каскада на VT4 составит:

В данной формуле существует небольшой запас тока, а именно Ikmin5/h21e5. Он оставлен для упрощения расчетов и улучшения разветвления токов между коллекторными резисторами и базовыми токами последующих каскадов. При этом в последующие каскады будут втекать их базовые токи покоя, а через коллекторные резисторы в режиме покоя – токи Ikmin соответствующих каскадов.

Принимая данную формулу к расчетам:

Примем суммарный ток всех промежуточных и входного каскада равным 30ма. Рассчитаем резисторы.

Примем к установке резистор с номиналом мощности в 1 ватт.

Выберем VT4.

Рассчитаем резистор Rб, служащий для уменьшения токов смещения.

Рассчитаем параметры каскада на транзисторе VT3. Ток базы транзистора VT4 равен 0,5мА.

Мощность рассеиваемая на резисторе равно 0,7 Вт к установке применяем резистор номиналом на 1 Вт.

4.4 Расчет входного каскада.

Согласно пункту 3.2, где описаны основные требования к входному каскаду, в качестве входного выбран дифференциальный каскад.

Схема диф. каскада по своей сути фактически объединяет в себе два каскада с общим эмиттером (два плеча), но основана на другом принципе работы. Однако расчет диф. каскада практически не отличается от расчета каскадов промежуточного усиления.

Основное отличие диф. каскада от других схем состоит в эффекте стабильного суммарного эмиттерного тока через эмиттерный резистор. Данный эффект называют генератором стабильного тока. Он является следствием практически полного отсутствия усиления синфазного сигнала дифференциальным каскадом, что значительно повышает его температурную стабилизацию. Таким образом, в режиме покоя через транзисторы, составляющие плечи каскада, протекают равнозначные токи покоя. Поэтому работу транзисторов диф. каскада можно отнести к классу А или АВ. С учетом необходимости тока покоя последующего каскада и на основе симметрии данных каскадов примем работу транзисторов диф. каскада как класс А и рассчитаем параметры входного каскада в целом.

Рассчитаем мощность, рассеиваемую на резисторе R2:

К установке примем резистор номиналом на 0,05Вт.

Так как транзисторы рассчитываются по статическому режиму, то из-за разделительного конденсатора на входе отсутстввет постоянная составляющая, база транзистора VT1 подключена к общему проводу через резистор R1 и ее потенциал фактически равен нулю. Между базой и эмиттером должно быть напряжение, обеспечивающее насыщение транзисторов VT1 и VT2, то есть Ubenas. Следовательно, потенциал эмиттера должен быть равен      (–Ubenas).

4.5 Расчет динамических показателей усилителя без учета ОС.

Входное сопротивление УНЧ было рассчитано в предыдущем разделе.

Rin=1181 ОМ

Коэффициент усиления по току и коэффициенты ответвления тока:

4.6 Расчет цепи ООС.

Требуемая величина коэффициента передачи цепи ООС по постоянному току рассчитывалась следующим образом. Принимаем номинальную температуру окружающей среды равной двадцати градусам.

4.7 Расчет конденсаторов.

Конденсаторы, установленные на вход УНЧ, определяют частотные искажения в области низких и высоких частот.

Ниже приведен расчет этих конденсаторов.

4.8 Расчет балластных конденсаторов.

Цепи ООС также предназначены для фильтрации напряжения на входном и промежуточных каскадах от нагрузочного напряжения.

4.9 Расчет охладителя

Расчет проводится с целью определения возможного перегрева проектируемого устройства.

4.10 Расчет нелинейных искажений.

Расчет методом двух ординат.

Заключение.

Разработанный усилитель удовлетворяет требованиям технического задания. При разработке был применен ряд допущений, благодаря которым конечное произодство данного УНЧ будет экономически выгодным, т.к. были применены дешевые модели транзисторов, которые, в свою очередь, могут быть заменены их аналогами.

Далее следуют графики характеристик транзисторов, убрал так как занимают много дискового места.