Расчет усилителя мощности

        U_кэ= Е_п=15 (B)                        I_к=Е_п /R_н=15/6=2,5 (A) 
 

     Рисунок 4 – Входные и выходные динамические характеристики. 

     Ток коллектора в рабочей точке:

     Ік0=0,6А 

     Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке:

     Uкэ0=12В 

     3.2.3. Расчет цепей питания. 

     Наиболее широкое распространение получила схема эмиттерной термостабилизации (рис. 3). Проведем расчет этой схемы: 

     Определим потенциал в точке  а:

     

     Ua=U_Rэ+U_бэ0 , где U_бэ0 напряжение база-эмиттер в рабочей точке,

     Ua=1,5+0,8=2,3 (В) 

     Зададимся током делителя, образованного  резисторами Rб1 и Rб2:

     Ід=(3…10)І_б0 , где І_б0=І_к0/h_21э

     І_б0=0,6/30=0,02(А);

     Ід=60 (мА) 

     Определим номиналы резисторов Rэ, Rб1 и Rб2:

     Rэ=U_Rэ/( І_к0+ І_б0),

     Rэ=1,5/(0,6+0,2)=2,4 (Ом) 
 

     Rб1= Ua/ Ід,

     Rб1=2,3/0,06=38,3 (Ом) 

     Rб2=(Eп-Ua)/( Ід+ І_б0),

     Rб2=(15-2,3)/(0,06+0,02)=158,75 (Ом) 

     Сэ=115пФ – справочное значение. 

     3.2.4. Расчет основных характеристик выходного каскада. 

     τ_ос=1/2πf_гр - постоянная времени цепи 

     τ_ос=1/(2·3,14·3·10⁶)=0,05·10^-6; 

     r_б= τ_ос/Ск

     r_б= 0,05·10^-6/(60·10^-12)=833 Ом 

     Δr=(1,5…2,0) Ом 

     Iэ=I_к0+I_б0

     Iэ=600+20=620 (мА); 

     r_э=25,6/Іэ

     r_э=25,6/620=0,04 (Ом) 

     Определим коэффициент усиления каскада:

     К₀=S₀*Rэкв,

     где S₀ – низкочастотное значение крутизны транзистора в рабочей точке

     S₀=h21э/(r_б+(1+h21э)*( r_э+Δr));

     Значит  :

     S₀=30/(833+(1+30)(0,04+1,5))=0,034 

     Ко=0,034·39,2=1,33 

     Определим требуемое значение постоянной времени:

     τ′_в= ,

     

     Мві=Мв/(n+1);

     Мві=6/2=3 дБ;

     Значит :

     τ′_в= =0,5·10^-3 с;

     

     

     

     Рассчитаем  ожидаемое значение постоянной времени:

     τ_в= , (Cн≈(2…5)пФ)

     τ_в= =1,5·10^-6  

     Найдем  Rвх выходного каскада:

     Rвх=

     Rвхт=r_б+(1+h21)(r_э+Δr)

     Rвхт=833+(1+30)(0,04+1,5)=880,74 (Ом)

     R₁₂=

     R₁₂= =30,85 (Ом)

     Значит  Rвх= =30,11 (Ом)

     Рассчитаем  входную динамическую емкость каскада:

     Свхд=τ/r_б+Ск(1+К₀), где τ= =(0,034·833)/(2·3,14·3·10⁶)=1,5·10^-6

     Свхд=((1,5·10^-6)/833)+60·10^-12(1+1,33)=1,9·10^-9 (Ф) 

      

     3.2.5 Оценка нелинейных искажений. 

     Построим  сквозную характеристику:

     Rс=(2÷5)Rвх=(2÷5)·30,11=(60,22÷150,55) (Ом).

     Выберем Rс=100 (Ом)

     Данные  для построения сквозной характеристики приведены в таблице1. 

     Таблица 1 - Данные для построения сквозной характеристики:

Іб, мА	Ік, мА	Uбэ, В	Іб· Rс, В	Ес= Іб· Rс+ Uбэ, В
1	200	0,7	0,1	0,8
3	300	0,75	0,3	1,05
5	600	0,8	0,5	1,3
7	700	0,85	0,7	1,55
10	800	0,9	1,0	1,9

 

     Полученная  сквозная характеристика изображена на рисунке 5.

     

     

     Рисунок 5 – Сквозная характеристика. 

     По  сквозной характеристике определяем коэффициент  гармоник:

     Кг=100·

     І_m1= (мА)

     І_m2= (мА)

     І_m3= (мА)

     І_m4= (мА) 

     Значит  Кг=100· % 
 
 
 
 
 

     

     

     4. Расчет промежуточного каскада.

     Исходными данными для проектирования промежуточного каскада являются:

      - требуемый коэффициент усиления  К₀;

      - максимально допустимый коэффициент частотных искажений М_в;

      - максимальное выходное напряжение  сигнала Uвыхмах; 
- величина и характер нагрузки.

     Оценим  значение Uвыхмах:

     Uвыхмах=U′выхмах/ К′₀ ,

     где U′выхмах – максимальное выходное напряжение следующего каскада;

           К′₀ – коэффициент усиления следующего каскада.

     Нагрузкой промежуточных каскадов является Rвх следующего каскада.

     Т.е. расчет промежуточного каскада в  принципе не отличается от расчета  оконечного каскада. Только при использовании  соотношений, приведенных в подразделе 3, следует Rн и Сн соответственно заменять на Rвх и Свхд. Значит Rн=20,9 Ом, Сн=1,9·10^-9 Ф

      

     Схема промежуточного каскада с ОЭ приведена  на рисунке 6. 

     При расчете требуемого режима транзисторов промежуточного каскада будем ориентироваться на соотношения, приведенные в п.3.2.2.

     Значит  аналогично 3.1 выберем транзистор:

     Uвыхмах=U′выхмах/ К′₀

     Uвыхмах=3,46/1,33=2,6В 

     Uкэмах>(2…3)Uвыхмах,

     Uкэмах>2,6·3=7,8В; 

     Ікмах>(2…3) Uвыхмах/Rн,

     Ікмах>2·2,6/30,11=0,17А. 

     Исходя  из этих предельных параметров возьмем  транзистор КТ815А 

                       

     Рисунок 6 – Промежуточный каскад

     

     Чтобы питать все каскады от одного источника питания, промежуточные каскады следует подключать к нему через фильтрующую цепь Rф Сф. 

     4.1. Расчет требуемого режима транзистора.

     Выберем источник питания Еп для промежуточного каскада:

     Еп не должно превышать Uкэмах, значит Еп не должно превышать значения 7,8В и должно соответствовать рекомендованному ряду:

     Еп=(5; 6; 6,3; 9; 10; 12; 12,6; 15; 20; 24; 27; 30; 36)В 

     Исходя  из этого возьмем значение Еп=6В. 

   Построим  входную и  выходную характеристики транзистора КТ815А:

   

   

       

     Рисунок 7 – Входные и выходные динамические характеристики. 

     Ток коллектора в рабочей  точке:

     Ік0=470мА 

     Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке:

     Uкэ0=12,5В

                        

     4.2. Расчет основных характеристик промежуточного каскада.

     Расчет  проводим аналогично расчету выходного каскада

     τ_ос=1/2πf_гр

     τ_ос=1/(2·3,14·3·10⁶)=0,05·10^-6; 

     r_б= τ_ос/Ск

     r_б= 0,05·10^-6/(60·10^-12)=833 Ом

     Δr=(1,5…2,0) Ом

     I_б0=І_к0/h21=0,47/40=0,01175 (А) 

     Iэ=I_к0+I_б0

     Iэ=11,75+470=481,75 (мА); 

     r_э=25,6/Іэ

     r_э=25,6/481,75=0,053 (Ом) 

     Исходя из этих данных:

     Rвхт=r_б+(1+h21)(r_э+Δr)

     Rвхт=833+(1+40)(0,053+1,5)=896,673 (Ом)

     4.3 Расчет цепей питания. 

     U_Rэ= (0,1…0,2)Еп

     U_Rэ=1,2 (В) 

     Определим потенциал в точке  а:

     

     Ua=U_Rэ+U_бэ0 ,

     Ua=1,2+0,7=1,9 (В) 

     Зададимся током делителя, образованного  резисторами Rб1 и Rб2:

     Ід=(3…10)І_б0 , где І_б0=І_к0/h_21э

     Ід=35,25 (мА) 

     Определим номиналы резисторов Rэ, Rб1 и Rб2:

     Rэ=U_Rэ/( І_к0+ І_б0),

     Rэ=1,2/(0,47+0,01175)=2,49 (Ом) 

     Rб1= Ua/ Ід,

     Rб1=1,9/0,03525=53,9 (Ом) 

     Rб2=(Eп-Ua)/( Ід+ І_б0),

     Rб2=(6-1,9)/(0,03525+0,01175)=87,2 (Ом) 

     Сэ=75пФ – справочное значение

      Исходя из этих данных находим R₁₂:

     R₁₂=

     R₁₂= =33,31 (Ом) 

     Найдем  Rвх:

       Rвх=

     Rвх= =32,11 (Ом) 

     Исходя  из этих данных можно  определить Rэкв:

     Rэкв= = =2,31 (Ом)

     Зная  Rэкв можно определить Rк:

     Rэкв= ,

     

     51,59Rк=124,509

     Rк=2,41 (Ом) 

     Рассчитаем  Rф и Сф:

     При параллельном включение фильтрующей  цепи ее номиналы определяются из следующих соотношений:

     Rф= ,

     Сф= ,

     где Е_{к ок} – напряжение источника питания оконечного каскада,

     Rф=(15-6)/(0,47+0,03525+0,01175)=17,4 (Ом)

     Сф=(10…20)/(2·3,14·100·17,4)=1,83 (мФ) 

     Определим коэффициент усиления каскада:

     S₀=Н21э/(r_б+(1+Н21э)*( r_э+Δr)),

     S₀=40/(833+(1+40)(0,053+1,5))=0,044 

     К₀=S₀*Rэкв

     Ко=0,044·2,31=0,1 
 

     4.4 Оценка нелинейных  искажений.

     Построим  сквозную характеристику: