Физика \ Электронные цепи дискретного действия

Выбор и обоснование схемы выходного каскада. Амплитуда тока на нагрузке. Верхняя частота сигнала. Амплитуда входного напряжения

Страницы работы

21 страница (Word-файл)

Скачать файл

Фрагмент текста работы

Исходные данные:

Rн=1.19 Ом сопротивление нагрузки.

Iнм=8 А амплитуда тока на нагрузке.

Uнм=9.5 В амплитуда напряжения на нагрузке.

Pн=38 Вт мощность на нагрузке.

Uвх.м=9 мВ амплитуда входного напряжения .

fн=62 Гц нижняя частота сигнала.

fв=31 кГц верхняя частота сигнала.

1.Выбор и обоснование схемы выходного каскада.

Выходной каскад (ВК) усилителя мощности должен удовлетворять двум основным требованиям: иметь достаточно высокий к.п.д. и малые нелинейные искажения. Поэтому типовые каскады построены на основе двухтактных усилителей мощности класса А и АВ.

Рис.1 Усилитель мощности на основе повторителя (последовательная единичная ООС).

Для варианта №21 подходит типовая схема выходного каскада (схема Дарлингтона), которая содержит составные транзисторы VT2-VT4 и VT3-VT5, образующие комплементарный эмиттерный повторитель. Цепь смещения, содержащая источники тока и транзистор VT1, обеспечивают класс АВ выходных транзисторов. Коэффициент усиления по напряжению для такой схемы < 1, а усиление по току .

Рис.2 Типовая схема выходного каскада (схема Дарлингтона).

2.Расчет напряжений питания Е, потребляемой мощности Ро,КПД,мощности на коллекторах оконечных транзисторов Рк.

ЭДС питания:

(2.1)

Среднее значение потребляемого тока:

(2.2)

Мощность нагрузки:

(2.3)

Потребляемая мощность:

(2.4)

Мощность на коллекторе:

(2.5)

Максимальная мощность на коллекторе:

(2.6)

Коэффициент полезного действия:

(2.7)

Строим зависимости Ро(Uнм),Рн(Uнм),Рк(Uнм),КПД(Uнм).

Рис.3 Зависимости Ро(Uнм),Рн(Uнм),Рк(Uнм).

Рис.4 Зависимость КПД(Uнм)..

3.Выбор оконечных транзисторов, расчёт площади теплоотводов.

Входные транзисторы выбираются по предельно-допустимым параметрам:

(3.1)

(3.2)

(3.3)

По справочнику подбираем транзисторы, удовлетворяющие предельным параметрам:

VT4 КТ819Б (n-p-n)	VT5 КТ818Б (p-n-p)
Uкэмакс4= 40 В	Uкэмакс5= 40 В
Iкмакс4= 10 А	Iкмакс5= 10 А
Ркмакс4 = 60 Вт	Ркмакс5 = 60 Вт
βмин4= 20	βмин5=20
Tпмакс4= 125	Tпмакс5= 125

Рассчитаем площадь теплоотвода для транзисторов 4,5.

Тпмакс=125

Температурный запас:

Тепловое сопротивление корпус транзистора-теплоотвод:

Выбираем

Тепловое сопротивление коллекторный переход-корпус:

(3.4)

Общее тепловое сопротивление:

(3.5)

Тепловое сопротивление теплоотвод-окружающая среда:

(3.6)

Коэффициент, зависящий от условий теплообмена радиатора с окружающей средой. Выбираем чернёный алюминиевый теплоотвод.

(3.7)

Площадь теплоотводов:

(3.8)

Суммарная площадь теплоотводов для двух транзисторов:

(3.9)

4.Расчёт элементов усилителя мощности.

Резисторы, включённые параллельно эммиттерным переходам предоконечных транзисторов, предотвращают режим обрыва базы выходных транзисторов при запирании предоконечных транзисторов и выбираются в пределах 100-500 Ом.

Входной ток выходных транзисторов VT4 и VT5:

(4.1)

Требования к предоконечным транзисторам:

(4.2)

(4.3)

(4.4)

Выбираем транзисторы с параметрами:

VT2 КТ646А (n-p-n)	VT3 КТ639 (p-n-p)
Uкэмакс2= 50 В	Uкэмакс3= 45 В
Iкмакс2= 1 А	Iкмакс3= 1,5 А
Ркмакс2 = 1 Вт	Ркмакс3 = 1 Вт
βмин2=40	Βмин3=40

Необходимо обеспечить

Выбранные транзисторы не могут обеспечить данный режим, поэтому мы выбираем еще одну пару комплементарных транзисторов VT6-VT7.

Требования к транзисторам VT6-VT7:

(4.5)

(4.6)

(4.7)

Выбираем транзисторы с параметрами:

VT6 КТ312Б (n-p-n)	VT7 КТ361Д (p-n-p)
Uкэмакс2= 35 В	Uкэмакс3= 40 В
Iкмакс2= 30 мА	Iкмакс3= 50 мА
Ркмакс2 = 225 мВт	Ркмакс3 = 150 мВт
βмин6= 20	βмин7= 20

Т.о. имеем

Параллельно эммитерным переходам включаются резисторы R5,R6 сопротивлением 100-500 Ом.

Определяем входной ток усилителя мощности:

Определяем Uаб=Uбэ2+ Uбэ4.Выбираем резисторы R5 и R4=300 Ом, МЛТ-0.125-300Ом5%

(4.8)

Напряжение Uкэ транзистора VT1 устанавливают равным:

(4.9)

где напряжение отпирания транзисторов.

Транзистор VT1 включён по схеме с коллекторной стабилизацией-с отрицательной обратной связью по напряжению. Напряжение на нём:

(4.10)

Определив значение Uсм и задавшись R2=1000Ом рассчитаем R1(Uбэ=0.7В):

(4.11)

Выбираем: R1 - МЛТ-0.125-2,4 кОм5%

R2 - МЛТ-0.125-1,1 кОм5%

Выбираем транзистор VT1:

(4.12)

(4.13)

(4.14)

Выбираем транзистор с параметрами:

VT1 КТ301 (n-p-n)

Uкэмакс1=20В

Iкмакс1=10мА

Ркмакс1=150мВт

βмин1=20

Рассчитаем источники тока.

Входные токи:

выбираем .

Рис5. Схема источника тока с применением транзистора вместо диода.

Потенциал базы Uб для сохранения активного режима должен удовлетворять условию:

(4.15)

Выбираем транзистор по предельным параметрам:

(4.16)

(4.17)

(4.18)

Выбираем транзистор с параметрами:

VT8 КТ203А (p-n-p)

Uкэмакс6 = 60 В

Iкмакс6 = 10 мА

Ркмакс6 = 150 мВт

βмин8 = 9

Выбираем ток делителя:

(4.19)

(4.20)

Рассчитываем резисторы: Uпр=0.7В

(4.21)

выбираем : МЛТ-0.125-1,1 кОм5%

(4.22)

выбираем : МЛТ-0.125-6,2 кОм10%

(4.23)

выбираем : МЛТ-0.125- 620 Ом10%

Рассчитаем второй источник тока на (n-p-n) транзисторе.

По предельным параметрам (4.13)-(4.15) выбираем n-p-n транзистор:

VT9 КТ301Б (n-p-n)

Uкэмакс7= 30 В

Iкмакс7= 10 мА

Ркмакс7= 150 мВт

Βмин9=10

Выбираем ток делителя:

(4.24)

(4.25)

Рис9.Схема источника тока с применением транзистора вместо диода.

Рассчитаем резисторы:

(4.26)

выбираем : МЛТ-0.125-1,3 кОм5%

(4.27)

выбираем : МЛТ-0.125-6,8 кОм10%

(4.28)

выбираем : МЛТ-0.125-620 Ом10%

Вместо диодов VD1 и VD2 возьмём транзисторы той же марки и проводимости, что и VT8 и VT9 соответственно.

5.Выбор операционного усилителя для усилителя мощности, расчёт элемен-

тов цепи ООС.

По справочнику подбирается ОУ с характеристиками, удовлетворяющими условиям:

(5.1)

(5.2)

(5.3)

(5.4)

Рис10.Схема усилителя мощности.

Выбираем ОУ КР140УД18-с внутренней частотной коррекцией и защитой выхода при КЗ нагрузки. Параметры этого усилителя:

КР140 УД 18
Uп=(13,516,5)В	Uвых=(10,511,5)В
Кос.сф= 80 дБ	f1= 1 МГц
Iпот 4,04,2 мА	Iвх= 1,01,2 нА
Vuвых= 2,0 В/мкс	∆Iвх= 0,20,22 нА
Uсм= 1010,5 мВ	Кu= 50к