Номер
точки
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
H
|
Iк, А
|
0
|
1,33
|
2,67
|
4,1
|
5,7
|
6,56
|
Iб, А
|
0
|
0,04
|
0,1
|
0,2
|
0,3
|
0,35
|
Uэб, В
|
0,667
|
0,84
|
0,945
|
1,083
|
1,18
|
1,24
|
Uист=Uэб+IбRист
|
0,667
|
17,544
|
42,705
|
84,603
|
126,46
|
147,4
|
Статические характеристики транзистора КТ 818А
Сквозная характеристика.
Коэффициент асимметрии транзистора:
b=0.05;
Для
расчета коэффициента гармоник двухтактного каскада в режиме B
с учетом асимметрии плеч найдем:
Амплитуды первых четырех
составляющих выходного тока:
Найдем коэффициент гармоник:
;
КГ<КГ ЗАД=3,62%.
Найдем амплитуду входного тока:
;
Найдем сопротивление делителя, задающего
смещение на вход каскада, задавшись постоянной составляющей тока делителя в
этом сопротивлении при отсутствии сигнала:
;
;
Найдем сопротивление делителя:
;
Величина стабилизирующего
сопротивления:
;
Необходимая входная мощность сигнала с учетом
делителя смещения:
;
Входное сопротивление каскада с учетом влияния
делителя смещения:
;
Мощность, выделяющаяся в
транзисторе:
;
Радиатор для каждого из транзисторов
рассчитываем, исходя из Tп
max=850C:
;
Данные выходного трансформатора:
Коэффициент трансформации:
;
Активное сопротивление
половинки первичной обмотки:
;
Активное сопротивление
вторичной обмотки:
;
Индуктивность половинки
первичной обмотки:
;
Индуктивность всей первичной
обмотки:
.
. Расчёт
инверсного каскада
Данные каскада мощного
усиления:
бэ m
сл=0,52
В;Iвх m
сл=0,3525
А;
Uвх m
сл=1,27
В; Rвх»сл=5,73
Ом;
Rдел сл=1,988
Ом; R19=30,2
Ом;
R20=2.128
Ом;
Положив падение напряжения на R16
и R17
по 0,3Eк,
найдем ориентировочное значение R16ор
и Iкm:
;
;
Минимальный ток покоя коллектора транзистора
инверсного каскада составит:
;
Применим в каскаде транзистор:
КТ815А.
Данные транзистора:
кm=10
Вт;Uкэm=40
В;
Iкm=1,5
А;h21Эmin=40;
Rтт=1,3
C0/Вт;
Статические характеристики транзистора КТ815А
Необходимые значения R17
и R18
составят:
;
При этом напряжение
коллектор-эмиттер будет равно:
;
Что вполне допустимо, так как Uкэ
доп для транзистора КТ815А равно 40 В.
По выходной характеристике определим:
Iб=31
мА;
По статическим характеристикам транзистора
КТ815А для Uкэ0=4,79
В и Iк0=1,296
А находим Uбэ0
и Rвх оэ.
бэ0=0,95
В;Rвхоэ=28,6
Ом;
Найдем амплитуду входного тока:
;
Найдем сопротивление нагрузки цепи эмиттера
переменному току и входное сопротивление транзистора инверсного каскада:
;
;
Выходное сопротивление нижнего плеча каскада с
разделенной нагрузкой будет равно:
усилитель электрический
транзистор каскад
;
Входное напряжение сигнала
равно:
;
Расчет стабилизации проведем с учетом замены
транзистора, задавшись значением R15.
;
Для температуры коллекторного
перехода:
;
;
Емкость конденсатора связи C8
или C9
находим по формуле, рассчитав Rвых
инв и Rвх
сл:
;
;
;
Конденсаторы C8
и C9
берем электролитические с емкостью не менее рассчитанной.
Определим сопротивление R14.
;
;
;
Найдем сопротивление делителя:
.
4. Расчёт
третьего резистивного каскада предварительного усиления
Данные инверсного каскада
вх m
сл=29,5
м А; Uвх m
сл=15,95
В;
Rвх Тр сл=1019,4
Ом; Rдел сл=208,65
Ом;
R14=219,9
Ом; R15=4077,6
Ом;
Положив падение напряжения на R12
0,4Eк,
найдем ориентировочное значение R12ор
и Iкm:
;
;
Минимальный ток покоя коллектора транзистора
резистивного каскада составит:
;
Применим в каскаде транзистор:
КТ104В.
Данные транзистора:
кm=150
мВт;Uкэm=10
В;
Iкm=50
мА;h21Э=40160;
Rтт=0,4
C0/Вт;
Статические характеристики транзистора КТ104А
Найдем R12
и R13:
;
;
При этом напряжение
коллектор-эмиттер будет равно:
;
По выходной характеристике определим:
Iб0=1
мА;
По
статическим характеристикам транзистора КТ104В для Uкэ0=4,8
В и Iк0=0,0473
А находим Uбэ0
и Rвх оэ.
бэ0=0,98
В;Rвхоэ=240
Ом;
Определим напряжение,
подводимое к делителю смещения:
;
Температуры коллекторного
перехода:
;
;
Найдем сопротивление R11:
;
Определим сопротивление R10:
;
;
;
Найдем амплитуду входного тока:
;
Найдем амплитуду входного
напряжения:
Найдем сопротивление:
;
Емкость конденсатора связи C7
находим по формуле:
;
Конденсатор C7
берем электролитический с емкостью не менее рассчитанной.
Найдем сопротивление делителя и
источника:
;
;
Определим величину Sэс:
;
Необходимая емкость
блокировочного конденсатора C6:
;
Конденсатор C6
берем электролитический с емкостью не менее рассчитанной.
5. Расчёт
второго резистивного каскада предварительного усиления
Данные третьего резистивного
каскада:
вх m
сл=1,18
м А; Uвх m
сл=0,979
В;
Rдел сл=198,9
Ом;
R10=307,5
Ом; R11=563,3
Ом;
Положив падение напряжения на R7
0,4Eк,
найдем ориентировочное значение R7ор
и Iкm:
;
;
Минимальный ток покоя коллектора транзистора
резистивного каскада составит:
;
Применим в каскаде транзистор:
КТ104В.
Данные транзистора:
кm=150
мВт;Uкэm=10
В;
Iкm=50
мА;h21Э=40160;
Rтт=0,4
C0/Вт;
Найдем R7
и R8:
;
;
При этом напряжение
коллектор-эмиттер будет равно:
;
По выходной характеристике
определим:
б0=1
мА;
По статическим характеристикам транзистора
КТ104В для Uкэ0=4,8
В и Iк0=0,00715
А находим Uбэ0
и Rвх оэ.
бэ0=0,94
В;Rвхоэ=940
Ом;
Определим напряжение,
подводимое к делителю смещения:
;
Температуры коллекторного
перехода:
;
;
Найдем сопротивление R6:
;
Определим сопротивление R5:
;
;
;
Найдем амплитуду входного тока:
;
Найдем амплитуду входного
напряжения:
Найдем сопротивление:
;
;
Конденсатор C5
берем электролитический с емкостью не менее рассчитанной.
Найдем сопротивление делителя и
источника:
;
;
Определим величину Sэс:
;
Необходимая емкость
блокировочного конденсатора C4:
;
Конденсатор C4
берем электролитический с емкостью не менее рассчитанной.
6. Расчёт
первого резистивного каскада предварительного усиления
Данные третьего резистивного
каскада:
вх m
сл=0,179
м А; Uвх m
сл=0,149
В;
Rдел сл=312,71
Ом;
R6=713,58
Ом; R7=556,66
Ом;
Положив падение напряжения на R3
0,4Eк,
найдем ориентировочное значение R3ор
и Iкm:
;
Минимальный ток покоя коллектора транзистора
резистивного каскада составит:
;
Применим в каскаде транзистор:
КТ104В.
Данные транзистора:
Pкm=150
мВт;Uкэm=10
В;
Iкm=50
мА;h21Э=40160;
Rтт=0,4
C0/Вт;
Найдем R3
и R4:
;
;
При этом напряжение
коллектор-эмиттер будет равно:
;
По выходной характеристике
определим:
б0=1
мА;
По статическим характеристикам транзистора
КТ104В для Uкэ0=4,8
В и Iк0=0,00073
А находим Uбэ0
и Rвх оэ.
бэ0=0,94
В;Rвхоэ=1005
Ом;
Взяв падение напряжения на R
равным 4 В определим R:
;
Определим напряжение,
подводимое к делителю смещения:
;
Определим емкость конденсатора C1:
;
Температуры коллекторного
перехода:
;
;
Найдем сопротивление R2:
;
Определим сопротивление R1:
;
;
;
Найдем амплитуду входного тока:
;
Найдем амплитуду входного
напряжения:
Найдем сопротивление:
;
Емкость конденсатора связи C3
находим по формуле:
;
Конденсатор C8
берем электролитический с емкостью не менее рассчитанной.
Найдем сопротивление делителя и
источника:
;
;
Определим величину Sэс:
;
Необходимая емкость
блокировочного конденсатора C2:
;
Конденсатор C2
берем электролитический с емкостью не менее рассчитанной.
. Регулировка
усиления
Регулятор усиления R1
установим перед первым каскадом предварительного усиения.
Рассчитаем сопротивление R1:
;
8. Расчет
частотных характеристик
Оконечный каскад.
Найдем сопротивление Rэкв:
;
Определим частотные искажения
на низшей рабочей частоте:
;
Подставляя вместо fн
значения 0,5 fн;
fн;
2 fн,
находим значения Mн
и записываем их в таблицу.
Частотные искажения на верхних частотах у
выходного трансформатора отсутствуют.
Определим относительное
усиление по формуле:
;
и запишем их в таблицу.
Инверсный каскад.
Определим частотные искажения
на низшей рабочей частоте:
;
Подставляя вместо fн
значения 0,5 fн;
fн;
2 fн,
находим значения Mн
и записываем их в таблицу.
Определим частотные искажения
на высшей рабочей частоте:
;
Подставляя вместо fв
значения 0,5 fв;
fв;
2 fв,
находим значения Mв
и записываем их в таблицу.
Определим относительное
усиление по формуле:
;
и запишем их в таблицу.
Резистивные каскады.
Третий резистивный каскад:
Определим частотные искажения
на низшей рабочей частоте:
;
Подставляя вместо fн
значения 0,5 fн;
fн;
2 fн,
находим значения Mн
и записываем их в таблицу.
Определим частотные искажения
на высшей рабочей частоте:
;
Подставляя вместо fв
значения 0,5 fв;
fв;
2 fв,
находим значения Mв
и записываем их в таблицу.
Определим относительное
усиление по формуле:
;
и запишем их в таблицу.
Для первых двух каскадов принимаем АЧХ такие же,
как у третьего. Применив
низкочастотную коррекцию, получим окончательный вид амплитудно-частотных
характеристик.
Кривая коэффициента относительного усиления
для
оконечного каскада усилителя.
Кривая коэффициента относительного усиления
для
инверсного каскада усилителя.
Кривая коэффициента относительного усиления
для
резестивного каскада усилителя.
Кривая коэффициента относительного усиления
для
всего усилителя.
9. Расчёт
источника питания
Предварительный расчёт блока питания и выбор
трансформатора:
Рассчитаем токи, потребляемые усилителем в
режиме холостого хода:
Необходимый источник питания должен на выходе
формировать однополярное напряжение 12 В. На транзисторах может быть падение
напряжения база - эмиттер до 1.2 В. Падение напряжения на резисторах R3
и R4 обычно составляет
3 В. Падение напряжения на диодах составляет до 3 В, так как одновременно на
каждую полярность работает только один диод. Пусть напряжение пульсаций не
превосходит 3 В. Тогда получаем, что выпрямитель с фильтром должен обеспечить
напряжение:
Для оценки ёмкости конденсатора фильтра,
считаем, что на выходе источника питания поддерживается максимальный ток
потребления. Отсюда:
, то .
Максимальный ток потребления:
, где
Так как и
период при частоте сети 50 Гц равен примерно ,
то .
Сформулируем требования к трансформатору:
Напряжение вторичной обмотки: ,
так как в справочниках приведены действующие значения.
Ток вторичной обмотки: , так как ток покоя
течёт постоянно, а ток нагрузки имеет переменный характер.
Следует отметить, что ток нагрузки имеет
переменный характер, но это не обязательно синусоидальный ток. Ток хаотического
характера имеет обычно более низкую мощность, чем ток синусоидальной формы,
поэтому, считая его таковым, мы рассчитаем блок питания уже с запасом по
мощности.
Из стандартного ряда трансформаторов выбираем
стержневой трансформатор ТПП 319 - 127/220 - 50, имеющий следующие параметры
Напряжения вторичных обмоток: 2,5 В, 2,5 В, 10,0
В, 10,0 В, 0,63 В, 0,63 В.
Ток вторичной обмотки: 8 А.
Номинальная мощность: 200 ВА.
Максимальное обратное напряжение на диодах:
,
где -
падение напряжения на открытом диоде.
Так как на выходе необходимо получить
однополярное напряжение 12 В и на цепи управления зададимся 4,2 В (1,2 в -
падение напряжения на эмиттерном переходе и 3 В - падение напряжения на
резисторе R3), то после
фильтра минимальное значение пульсирующего напряжения должно быть равным 16,2В.
Амплитуда напряжения на выходе трансформатора:
.
Тогда отводим под допустимые пульсации амплитуды:
.
Минимальное значение пульсирующего напряжения:
,
где -
напряжение на выходе фильтра в предположении, что ёмкость конденсатора
бесконечно велика. В этом случае выходное напряжение будет постоянным. Найдём
его:
.
Внутреннее сопротивление трансформатора
определяется через его КПД. КПД определяем из графиков. Для стержневых
трансформаторов мощностью 200 ВА, рассчитанных на
50 Гц питания сети: .
, где -
внутреннее сопротивление трансформатора.
, где
- эквивалентное сопротивление нагрузки.
Определяем ёмкость накопительного конденсатора:
.
Выбираем: С=5600 мкФ.
Импульсный ток диодов:
.
Выбираем диоды: ГД246А с параметрами:
Прямой
средний ток-10 А, импульсный ток -100 А, обратное напряжение 400 В, прямое
напряжение 1 В.
Сопротивление служит
для разрядки конденсаторов при отключении питания сети. Его выбирают достаточно
большими, чтобы не изменять режим работы схемы. Выбираем .
При этом через него потечёт ток , что при токах
покоя 1,73 А незначительно. Конденсатор разрядится полностью через
с.
Выбираем стабилитрон VD5
на напряжение 12+1,2=13,2 В. Выбираем стабилитрон 2С515А с напряжением стабилизации
15 В. Ток стабилизации-53 мА. На
сопротивлении падение напряжения
составляет максимум . При токе 53 мА
его номинал составляет 114,72 Ом. Берём 120 Ом.
Транзистор VT1
включён по схеме эмиттерного повторителя.
Ток транзистора: 6,72 А. Максимальное падение
напряжения на переходе коллектор-база - 28,28 -15=13,28 В. Тогда максимальная
рассеиваемая мощность: 89,24 Вт. Выбираем транзистор КТ827Б (n-p-n).
Он имеет следующие параметры :
Ток базы при максимальном выходном токе 8,78 А
будет составлять 8,78/750=0,0117 А=11,7 мА, что незначительно по отношению к
току стабилизации. По входным
характеристикам при таком токе базы падение напряжения база-эмиттер составляет
1,5 В. Оно немного больше рассчитанных 1,2 В; но напряжение стабилитрона взято
на 1,8 В выше рассчитанного, поэтому 0,3 В не повлияет на работу схемы.
Входные характеристики транзистора КТ827Б
Заключение
Спроектированный усилитель работает при
температуре от -5,53 °С до 37,82°С. Для питания необходимо однополярне питании
12 В. Полоса пропускания усилителя лежит в пределах от 89,15 Гц до 6,28 кГц.
Усилитель имеет частотные искажения на низшей рабочей частоте: Мн=1,221
и частотные искажения на высшей рабочей частоте: Мв=1,083
Достоинства усилителя - большой коэффициент
усиления по мощности: , который
значительно превосходит требуемый: .
Усилитель имеет сравнительно большое входное сопротивление.
Недостатком усилителя является большое
количество использованных элементов и трудность их подбора. Большое количество
элементов усложняет настройку усилителя.
Библиографический список
1. Ягубов, З.Х. Расчет
низкочастотного усилителя/ З.Х. Ягубов; УГТУ, 2001. - 38 с.
2. Ягубов, З.Х. Методические
указания радиотехника и электроника/ З.Х. Ягубов, В.И. Бондарев; УГТУ, 1998. -
14 с.
. Галкин, В. И.
Полупроводниковые приборы. Справочник/ В.И. Галкин, А.Л. Булычев, В.А.
Прохоренко - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Радио и связь, 1987. - 285 с.
. Бодиловский, В. Г.
Справочник молодого радиста/ В. Г. Бодиловский, М.А. Смирнова - 2-е изд.,
перераб. и доп. М., "Высшая школа", 1971. - 312 с.
. Перельман, Б.Л. Транзисторы
для аппаратуры широкого применения. Справочник/ Б.Л. Перельман; Москва, 1981. -
656 с.