Проектирование усилителя мощности

 

18.  Определим сквозной ток и ток базы транзистора VT9

 (А)

 (А)

19. Выбираем ток делителя . Пусть   (А).
20. Определим значения сопротивлений в схеме и выберем резисторы в соответствии с рядом Е24:

  (А)

  (Ом),

 (В)

 

  (А)

Пересчитаем  значение сопротивления R₄₃:

  (Ом),

(В)

 (А)

  (Ом),

 

  (А)

 (Ом)

 

 (А)

 (Ом),

 (В)

  (В)

  (В)

 

  (А)

 (Ом)

 (В)

 

 (В)

 (В)

 

 (А)

(В)

 

(Ом),

принимаем R₃₃=600, R₃₄=1200

Пересчитываем значения сопротивления  резисторов в соответствии с рядом Е24: R₃₃+R₃₄ = 1800 (Ом)

  (А)

  (Ом), 

 (В)

 

  (А)

  (Ом),

принимаем R₃₇=4000, R₄₁ =4800

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R₃₇+R₄₁= 8800  (Ом)

21. Определим коэффициент передачи повторителя на транзисторах VT10÷VT13:

22. Проверим правильность выбранного значения U_КЭ9 :

23. Определим коэффициент усиления предварительного каскада:

;

где r_б9 - объемное сопротивление базы, можно принять в пределах 200-400 Ом;

r_Э9 - сопротивление эмиттерного перехода, определяется следующим образом:

 (Ом);

R_ВХ.П – входное сопротивление выходного каскада в целом, определяется:

R_ВХ.П = 0,5·b₁₀·b₁₂·R_Н =8326 (Ом);

- эквивалентное сопротивление  предварительного каскада, определяется:

 (Ом)

24. Определим коэффициент усиления каскада в целом:

 

К_УМ = К·К_П

25. Охватим каскад глубокой отрицательной параллельной обратной связью по напряжению.

Глубина обратной связи определяется как:

где: К _f0 - исходный коэффициент нелинейных искажений, равный 5%

К_f - заданный коэффициент нелинейных искажений,

Входное сопротивление транзистора  VT9 определяется следующим образом:

R_вх.VT9=r_б9+r_э9∙(1+β₉)=325

Входное сопротивление выходного  каскада без ООС определяется как:

R_ВХ.У.М = R_ВХ.VT9. || R₃₂ || R₃₇=254

Т.к. R_{ВХ У.М.}→R₃₁   принимаем R₃₁ равным  входному сопротивлению выходного каскада,  R₃₁ = 390 (Ом) в соответствии с рядом Е24.

Определяем эквивалентное сопротивление:

R_ЭКВ = R_ВХ.У.М || R₃₁=128 (Ом)

Определяем сопротивление R₃₈:

(Ом)

Из полученного выражения следует, что:

Пересчитаем значение глубины обратной связи:

F= 1+β_экв·К_ус=71.84

Определим коэффициент усиления выходного  каскада с ООС:

При этом необходимо пересчить входное сопротивление усилителя мощности:

(Ом)

26. Определим входное напряжение усилителя мощности.

 (В)

27. Определим значение емкости конденсатора фильтра и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

 (мкФ)

28. Определим значение емкости конденсатора С₂₇ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)

29. Определим значение емкости конденсатора С₂₈ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)

30. Определим значение емкости в цепи компенсации С₃₀ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

 (мкФ)

 

ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ №3 НА ТРАНЗИСТОРАХ VT8, VT7.

 

 

Нагрузкой этого  эмиттерного повторителя является выходной каскад, поэтому:

U_Н = U_BX= 4  (В)

R_Н = R_ВХ.У.М.=257  (Ом)

 

1.   Примем значение тока покоя  транзистора VT8 равным 5 мА

I_П8 = 0.005 (мА)

2.   Рассчитаем напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT8:

U_КЭ8 = Uн+U₀ =6.008 (В)

Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT8

 P_К8 = U_КЭ8·I_П8 =0.019 (Вт)

4. Выбираем транзисторы VT7, VT8, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
VT7	KT815A	n-p-n	1	40	1.5	40
VT8	KT815A	n-p-n	1	40	1.5	40

 

5. Зададимся напряжением питания из расчета, что E_К £ U_КДОП

Принимаем Е_К = 39 (В)

6. Определим ток базы транзистора VT8

 (мА)

7. Определим ток базы и ток покоя транзистора VT7:

По графику  зависимости  от тока эмиттера определяем, что = (7-10).

 (мА)

(мА)

8. Примем ток делителя (мА)

Определим значение сопротивления  резистора в цепи эмиттера транзистора VT8:

I_R29=I_б8+I_П8 =5.188  (мА)

  (Ом)

Принимаем R₂₉ =6800 (Oм)

В соответствии с этим пересчитаем значения напряжений на участке коллектор-эмиттер транзистора  VT8 и определим падение напряжения на резисторе 29:

U_КЭ8=Е_К-R₂₉∙I_R29 =3.725 (В)

U_R29=R₂₉∙I_R29 =35.275(В)

9. Определим значение сопротивления резистор R₂₈:

R₂₈ =  15 R_Н =6503(Ом)

Принимаем R₂₈ = (Ом)

Тогда:

I_R28= I_б7  =0.004573  (мА)

U_R28=R₂₈∙I_R28=0.03  (В)

10. Определим значения сопротивлений резисторов в цепи делителя:

=45.73 (мкА)

(Ом)

Принимаем R27 = 820000 (Ом)

Тогда:

U_R27=R₂₇∙I_R27 =37.5(В)

(В)

(А)

 (Ом)

Принимаем R26 =30  (кОм)

11. Определим значения эквивалентного сопротивления резистора эмиттера R_Э~:

R_Э~ = R_H || R27 || R29 || R26=401.84  (Ом)

12. Определим коэффициент передачи повторителя:

 (Ом)

 

13. Определим входное сопротивление повторителя:

(Ом)

14. Определим выходное сопротивление повторителя:

R_ВЫХП = r_Э8 =4.819 (Ом)

15. Определим значение емкости конденсатора С₂₄:

 (мкФ)

Примем С24=2,2 (мкФ)

 

1.  Рассчитаем напряжение, которое необходимо подать на вход повторителя:

(В)

 

 

АТТЕНЮАТОР

 

Аттенюатор – это устройство, уменьшающее амплитуду сигнала  без искажения его формы. Аттенюатор с помощью резистора R25  обеспечивает плавную регулировку и при помощи резисторов R22-R24 – дискретную.

Т.о. аттенюатор должен обеспечивать дискретное переключение диапазонов и плавное изменение сигнала внутри них:

 

 В техническом  задании нам дан аттенюатор  со следующими ослаблениями:

0;      -X;      -Y;      -Z.

Разобьем а участки:

(-Z;-Y);

(-Y;-X);

(-X;0).

Примем R25=3300 Ом, чтобы получался не слишком большой разброс между крайними значениями резисторов R₂₄ ÷ R₂₂.

1. Диапозон (-Z;-Y).

   (Ом)

Принимаем значение R₂₄= 11200 Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько  отлиаться от заданного, реально получаем:

2. Диапозон (-Y;-X).

Исользуя вычисления, проделанные в предыдущем пункте, прорешаем все последующие диапозоны.

   (Ом)

Принимаем значение R₂₃=4600 Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько  отлиаться от заданного, реально получаем:

 

3. Диапозон (-X;0).

Исользуя вычисления, проделанные в предыдущем пункте, прорешаем все последующие диапозоны.

   (Ом)

Принимаем значение R₂₂=400 Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько  отлиаться от заданного, реально получаем:

Рассчитаем падения напряжений на резисторах.

При этом, выходное наряжение аттенюатора соответствует входному напряжению эмиттерного повторителя на транзисторах VT7 – VT8:

    (В)

    (В)

   (В)

U_R25 – напряжение, меняющееся в зависимости от ситуации. Максимальное напряжение на резистор R₂₅ будет в случае шунтирования остальных сопротивлений.

В других случаях UR25 можно найти по формуле:

Рассчитаем мощности:

   (Вт)

   (Вт)

   (Вт)

   (Вт)

 

 

ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ  №2 НА ТРАНЗИСТОРАХ VT5, VT6.

 

 

В качестве нагрузки данного эмиттерного повторителя  примем R25 аттенюатора:

U_Н = U_{BX А}=0.797 (В)

R_Н = R₂₅=2000 (Ом)

 

1.   Примем значение тока покоя  транзистора VT6 равным 5 мА

I_П6 = 5 (мА)

2.   Рассчитаем напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT6:

U_КЭ6 = Uн+U₀ =3.797 (В)

3. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT6:

P_К6 = U_КЭ6·I_П6 =0.019 (Вт)

4.   Выбираем транзисторы VT5, VT6, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
VT5	KT815A	n-p-n	1	40	1.5	40
VT6	KT815A	n-p-n	1	40	1.5	40

 

5. Зададимся напряжением питания  из расчета, что:

Е_к=2∙U_кэ6 =7.594 (В)

Принимаем Е_К =7.5  (В), в соответствии с рядом напряжений источников питания.

6. Определим ток базы транзистора VT6:

 (А)

7. Определим ток базы и ток покоя транзистора VT7:

По графику  зависимости  от тока эмиттера определяем, что =(7-10).

 (А)

(А)

8. Примем ток делителя (А)
9. Определим сопротивление резистора в цепи эмиттера транзистора VT6:

 

I_R21=I_б6+I_П6 =5.125*10^-3(А)

  (Ом)

Принимаем R₂₁ =755  (Oм)

В соответствии с этим пересчитаем значения напряжений на участке коллектор-эмиттер транзистора  VT6 и определим падение напряжения на резисторе 21:

U_КЭ6=Е_К-R₂₁∙I_R21= 3.631 (В)

U_R21=R₂₁∙I_R21=3.869   (В)

10. Примем  значение сопротивления R₂₀ максимально большим (≈3900-15000 Ом):

R₂₀ =10000   (Ом)

Тогда:

I_R20= I_б5=3.049*10^-6   (А)

U_R20=R₂₀∙I_R20=0.03   (В)

11. Определим резисторы в цепи делителя

 =3.049*10^-5  (А)

Uбэ5, Uбэ6 примем равными 0,7 В

(Ом)

Принимаем R₁₉ =180000 (Ом)

U_R19=R19∙I_R19 =5.488 (В)

Пересчитаем значение напряжения U_бэ5 :

  (В)

(А)

 (Ом)

Принимаем R18 =62000   (Ом)

 

12. Определим R_Э~:

R_Э~ = R_H || R19 || R21 || R18 =541.657 (Ом)

13. Определим коэффициент передачи повторителя:

 (Ом)

 

14.  Определим входное сопротивление  повторителя

(Ом)

15. Определим выходное сопротивление повторителя

R_ВЫХП = r_Э6 =4.878 (Ом)

2. Определим значение  емкости С₂₁:

 (мкФ)

Примем  С₂₁=1.5  (мкФ)

 

3.  Определим входное напряжение  повторителя:

(В)

 

Перед тем как начать расчет усилителя  напряжения нам надо рассчитать входное  сопротивление моста Вина, учесть отрицательную обратную связь, которую  мы вводим для стабилизации коэффициента усиления, а значит и выходного  сигнала.

 

ЦЕПЬ ВИНА 

 

 

Перед тем как начать расчет усилителя  напряжения нам надо рассчитать входное  сопротивление моста Вина, учесть отрицательную обратную связь, которую  мы вводим для стабилизации коэффициента усиления, а значит и выходного  сигнала.