Расчет предоконечного каскада. Расчет цепи стабилизации предоконечного каскада

Пояснительная записка к курсовому проекту по схемотехнике.

Содержание.

Задание на расчет…………………………………………………………………..1

Структурная схема………………………………………………………………1

Расчет оконечного каскада……………………………………………………...2

Расчет предоконечного каскада…………………………………………………..

Расчет цепи стабилизации предоконечного каскада……………………………8

Расчет предварительного каскада………………………………………………9

Расчет цепи ООС………………………………………………………………11

Расчет регулятора усиления……………………………………………………13

Полная схема усилителя………………………………………………………13

Печатная плата…………………………………………………………………14

Задание на расчет.

Разработать и рассчитать схему усилителя мощности низкой частоты по следующим техническим условиям:

-  максимальная выходная мощность, Вт …………………………………..30

-  сопротивление нагрузки, Ом ……………………………………………….2

-  входное сопротивление, кОм ………………………………………………1

-  максимальное входное напряжение, В ………………………………….0,1

-  нижняя граничная частота, Гц …………………………………………...40

-  верхняя граничная частота, кГц ………………………………………….11

-  коэффициент нелинейных искажений, % ……………………………….0,5

-  температура, °С…………………………………………………………….50

Структурная схема усилителя.

Структурная схема  усилителя представлена на рисунке. Усилитель содержит четыре каскада:

-  регулятор усиления,

-  предварительный каскад,

-  предоконечный каскад,

-  мощный оконечный каскад.

Для обеспечения заданных характеристик каскады охвачены обратными связями.

1.  Расчет оконечного каскада.

1.  Определяю амплитуды напряжения и тока в нагрузке.

Эти величины являются основанием для выбора транзистора в плече усилительного каскада. Транзистор должен иметь максимальное выходное напряжение U_кэ » 2×U_max и выходной коллекторный ток I_{к max} > I_max, то есть I_{к max} » (1,5…2,0)×I_max

В качестве VТ1, VТ2  выбираю транзисторы КТ819А и КТ818А, обладающие следующими характеристиками:

КТ819А:

I_{к max=10 А}

U_{кэ=25 В}

h_21э=15-30

U_{нас=1 В}

Выбираю напряжение источника питания.

, где U_ост – минимальное напряжение на открытом транзисторе.

Выбираем R_э исходя из условия R_э » (0,05…0,15)×R_н =1 Ом и предназначены для выравнивания характеристик.

Строю нагрузочную прямую для транзистора VТ1 (VТ2).

Выбираю режим по постоянному току транзисторов. Для режима АВ ток  выбираю таким, чтобы коэффициент использования напряжения был как можно большим, но в то же время отсутствовали искажения типа «ступенька».

Для этого можно взять . Выбираю I_к0=274 мА

Из входной и выходной характеристик определяю следующие величины:

U_б0=0,6 В

I_б0=13,7 мА

Максимальный ток коллектора транзистора VТ1(VТ2).

I_{к max} =4,82 А

Максимальное напряжение база-эмиттер и ток базы транзистора VТ1(VТ2)

U_{бэ max} =0,85 В

I_{б max}=180 мА

Входное сопротивление транзистора VТ1(VТ2)

Rвх =68 Ом

1.  Рассчитываются энергетические показатели каскада. При выборе режима работы в классе AB средний потребляемый ток каскада равен:

Io=1,94 A

Мощность, потребляемая от источника питания: P₀ = E_п×I₀.=48,53 Вт

Мощность, рассеиваемая на коллекторах транзисторов:

=9,25 Вт

Если эта мощность больше допустимой для данного транзистора при заданной температуре, то следует применить радиаторное охлаждение транзистора, что ранее было указано

Для выравнивания характеристик плеч,  (что приводит уменьшению коэффициента нелинейных искажений, путем улучшения компенсаций четных гармоник) транзисторы выходного каскада делаю составными: VT1-VT3, VТ2 – VТ4.

Исходными данными для выбора транзисторов VT3 и VT4 являются: ,

В качестве VT3, VT4 выбираем транзисторы КТ814А КТ815А. Дальше:

==13,73 мА

=Uбо+*Rэ=0,874 В

Имеем, что

=3,36 кОм или R1=3,6 кОм

Тогда

=180 мА

Нагрузкой транзистора VT3 является величина:

=65 Ом

Строим входные и выходные характеристики для транзисторов VT3 и VT4 и находим по ним  необходимые значения.

Находим:  =1,5мА =0.84В =0,56В

Теперь, мы можем найти следующие величины необходимые для расчета:

=8,2 кОм

Iok вх.= =1,4 мА

Для обеспечения правильного положения рабочей точки на базу транзистора VT3 необходимо подать постоянное напряжение смещения относительно точки входа транзисторов, равное =1,16В. При этом не учитывается падение напряжения на резисторе R_э1 за счет протекания тока I_к0, так как это относительно небольшая величина. Для транзистора VT4 напряжения смещения составит =0,56В. Общая Есм=1,72В.

Емкость выходного разделительного конденсатора

Стандартный номинал

При этом вносимые частотные искажения на нижней граничной частоте:

2.  Расчет предоконечного каскада.

Принципиальная схема предоконечного каскада приведена на рис.

Транзистор VТ5 должен обеспечивать выполнение следующих условий:

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер должно быть больше напряжения питания усилителя.

Максимальный ток коллектора должен быть больше чем максимальный входной ток оконечного каскада вдвое.

1.  U_{кэ доп} ≥ 1,2×(Е_п + U_ост)=30В;

2.  I_{к доп} ≥ (2,5 ÷ 2,8)×I_{вх ок} =3,78 мА;

Таким требованиям удовлетворяет транзистор типа КТ503В

Выбираем рабочую точку, исходя из:

I_к0=2 мА

U_к0=12,5 В

Строится нагрузочная линия по постоянному току. Для этого точки (I_к = 0 ; U_кэ = Е_п) и (I_к = I_к0; U_кэ = U_к0) соединяются прямой линией, которая отсекает на оси токов величину I_к’

Iк1=8мА

Сопротивление нагрузки транзистора по постоянному току R_н= = Е_п/ Iк1=3,125 кОм.

Задаёмся падением напряжения на сопротивлении в цепи эмиттера

R_э = 510 Ом и вычисляем R_к: