Усилитель сигналов звуковой частоты

                                                (кГц)                                  (2.1.11)

Таблица 1– параметры  выбора транзистора

	тип	IКm, А	UКЭm, В	PКm, Вт	h21min	h21max	fГР, МГц	TПm, C	RT ПК, C/Вт
KT827Б	n-p-n	5	50	125	750	18000	50	120	5
КТ825Б	p-n-p	5	50	125	750	18000	50	125	5

 

6. Расчет параметров радиатора.

 

Для завершения расчета оконечного каскада, проверим, смогут ли выходные транзисторы нормально работать без дополнительного теплоотвода.  Максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе при заданной температуре окружающей среды  и отсутствии радиатора определяется выражением:

 

                                          (2.1.12)

                      (2.1.13)          

где – максимальная рабочая температура перехода коллектор-база;

      – максимальная температура окружающей среды;

        – тепловое сопротивление промежутка переход-среда. 

Т.к.  > , то дополнительный радиатор не требуется.

7. Рабочие параметры транзистора:

 

                                                        (А)                                  (2.1.14)

                                                (Вт)                            (2.1.15)

                                                      (%)                           (2.1.16)

8. Входное сопротивление:

 

При протекании в эмиттерной цепи большого тока (I₀=1 А) входное сопротивление самого транзистора оказывается достаточно малым: h₁₁=(1+h₂₁)φ_Т/I₀ = 5,6 (Ом). Основной вклад во входное сопротивление вносит ООС: R_ВХ=h₁₁+(1+h₂₁)R_Н. При этом сопротивлениями R₉ и R₁₀ можно пренебречь ввиду их малости.

                              (кОм)                      (2.1.17)

9. Выбор резисторов R₉ и R₁₀:

 

Резисторы R₉ и R₁₀ обеспечивают местную обратную связь, за счет которой происходит выравнивание параметров транзистора оконечного каскада, увеличение полосы пропускания.

                               (Ом)                      (2.1.18)

При этом номинальные  значения сопротивлений резисторов выбираются из справочника.

 

10. Итоговые данные транзисторов оконечного каскада:

 

Таблица 2 – параметры выбора транзистора

 

	тип	PК ДОП , Вт	IК ДОП, А	UК ДОП, В	h21	fh21, МГц
VT4	n-p-n	125	4	13,5	3675	0,040
VT5	p-n-p	125	4	13,5	3675	0,040

 

В цепи оконечного каскада для устранения нелинейных искажений в выходном сигнале, на базы транзисторов VT4 и VT5 подается небольшое смещение. В результате чего транзистор приоткроется и выходная характеристика сделается более линейной.

Напряжение  смещения определим:

                                            U_СМ = U_БЭ4 + U_БЭ5 = 1,2 (В)                           (2.1.19)

 

При изменении  напряжения смещения базы при увеличении температуры, происходит изменение  тока базы, который приведет к изменению  тока коллектора, связанного с током  базы через h₂₁. В результате рабочая точка дестабилизируется. Для стабилизации в цепь базы транзисторов VT4 и VT5 включает термозависимые элементы, которые с изменением смещения напряжения базы изменяют свою проводимость и тем самым происходит стабилизация рабочей точки.

 

2.1.2 Расчет предоконечного каскада

Предоконечный каскад, как и входной, являются усилителями  напряжения до уровня, необходимого в  непосредственном усилителе мощности, выполненном на оконечном каскаде, а также для согласования входного сигнала с входом оконечного каскада. Поэтому в предоконечном каскаде не ставится задача усиления мощности и он работает в режиме А, с КПД порядка 25%. В этом режиме ток в выходной цепи протекает в период всего действия сигнала. Режим А дает возможность получения максимальной амплитуды выходного сигнала с минимальными искажениями. Воздействие на низкоомную нагрузку R_Н сигнала большой амплитуды приводит к значительному увеличению КПД усилителя и его мощности.

Т.о., основные особенности  каскада предварительного усиления в том, что за счет работы в режиме А, он обеспечивает минимальные искажения, при достаточно усилении амплитуды сигнала. Включение в выходную цепь динамического сопротивления позволяет увеличить коэффициент усиления K в десятки раз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 – Схема предоконечного каскада

 

С₂ – задание положительной ОС и выравнивание АЧХ.

С₃ – создание динамической нагрузки по переменному току.

R_t – сопротивление, создающее смещение потенциала базы VT4 относительно VT5. За счет температурной зависимости обеспечивает изменение проводимости при изменении внешней температуры.

R₆ – сопротивление коллекторной цепи, создает по переменному току динамическую нагрузку.

С₄ – следящая ОС по цепи питания транзистора, устранение протекания переменного тока по цепи R₆ – R₇ – земля.

 

 

 

 

1. Ток покоя транзистора VT3:

 

     I_{O К3} ≥10^•I_{Б m4}  = 10^•I_КM4/h_{21 экв}  =10 ^•0,/82 = 8 (мА)                                   (2.1.20)

 

 

2. Выбор резистора R₇:

 

                        R₇ = (30…50)·R_H = (30…50)·4 = 120 (Ом)                  (2.1.21)

 

3. Выбор резистора R₆:

 

R₆ = (E₀/2 – U_БЭ5 – I_{О К3}R₇)/I_{0 К3} =

                                 (16,5 – 0.6 – 0,008·120)/0,008 = 1870 (Ом)           (2.1.22)

При прохождении  сигнала динамическое сопротивление R₆ будет определяться:

                        R_{6 Д} = R₆ / (1 - K_ОК) = 10^•R₆ = 18700 (Ом)                       (2.1.23)

Коэффициент усиления оконечного каскада K_OK, т.к. он является повторителем напряжения, близок к 1 и составляет более 0.9: К_ОК = 0,9.

 

4. Определение емкости C₃:

 

Эта емкость  устраняет протекание переменного тока по цепи R₇ – R₈ – земля и увеличивает коэффициент усиления каскада. Обеспечивает связь транзистора VT3 с нагрузкой R₆ через оконечный каскад.

 

С₃ = 1/[2πf_н(R₇ + R_H) ] = 1/[2·3,14·20(120 + 4) ] =65 (мкФ) (2.1.24)

М – затухание, вносимое емкостью на нижней рабочей  частоте при сопротивлении внешних  цепей R. Оно делится между емкостями C₃, С₂ и C₁.

                                           M = 10^M/n·20 =10^3/6·20 = 1,06                              (2.1.25)

 

Значения емкостей, как и конденсаторов, выбирается из стандартного ряда номинальных значений с учетом допуска по уровню.

 

 

 

5. Параметры выбора транзистора VT3:

 

P_{К ДОП} ≥ (1,2…1,5)·P_{К 3} = (1,2…1,5)E₀I_{0 К3}/2 = (1,2…1,5)·16,5·0,008/2 = 0,099 (Вт) (2.1.26)

 

I_{К ДОП} ≥ (1,1…1,3)·I_{К 3m} = (1,1…1,3)(I_{О К3} + I_{Б m4}) = (1,1…1,3)(I_{0 К3} + I_НМ/h_{21 ЭКВ} )= =  (1,1…1,3)(0,008 + 3/3675 ) =  0,00882 (А)                                              (2.1.27)

 

U_{КЭ ДОП} ≥ (1,1…1,3)∙E₀ = (1,1…1,3)·12 = 13,5 (В)                (2.1.28)

 

h21 ≥ (2…5)∙f_В = (2…5)·18000 = 90 (кГц)                         (2.1.29)

Параметр h₂₁ выбирается из максимально возможных по заданным параметрам.  

Таблица 3 – параметры  выбора транзистора

	тип	IКm, mА	UКЭm, В	PКm, Вт	h21 min	h21 max	fГР, МГц
КТ502Б	p-n-p	150	60	0,35	40	120	5

 

6. Расчет цепи смещения.

 

Цепь смещения между базами транзисторов оконечного каскада обеспечивает стабилизацию рабочей точки, вызванную температурным  влиянием на смещение напряжения базы, а также уменьшает нелинейные искажения выходного сигнала.

 

              I_{Д ДОП} ≥ (1,1…1,3)I_{К 3m} = (1,1…1,3)^•0,0088 =  0,0118 (А)           (2.1.30)

                           U_ОБР > (1,1…1,3)E₀ = (1,1…1,3)^•33  = 42 (В)               (2.1.31)

 

     Таблица 4 – параметры диода

 

	IД m, mА	UОБР, В
Д223	50	50

 

 

б) Количество диодов:

 

                                            n ≤ U_CM / U_Д = 1,2 / 0,7 =  1,7                         (2.1.32)

 

U_Д выбирается из значений 0.6…0.7.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 – Цепь термостабилизации

 

в) Сопротивление подстроечного резистора:

 

              R_П = 2(U_CM - nU_Д) / I_{0 К3} = 2·(1,2 – 1·0,7) / 0,008 = 125 (Ом)     (2.1.33)

 

7. Входное сопротивление предоконечного каскада:

 

 R_ВХ3 = h_{11 VT3} = (1+h_{21 VT3})φ_Т/I_{0 Э3} = (1+70)·25·10^-3 /0,008 = 220 (Ом)  (2.1.34)

                            r_Э3 = φ_Т/I_{0 Э3} = 25·10^-3/8·10^-3 = 3,125 (Ом)                    (2.1.35) 

 

Что соответствует  значению входного сопротивления в  схеме с общим эмиттером, которое  имеет небольшое значение и определяется сопротивлением прямо смещенного эмиттерного  перехода, имеющем незначительную величину, в пересчете на малый входной ток базы.

 

8. Коэффициент усиления каскада по напряжению.

 

Предоконечный каскад имеет большое усиление по напряжению за счет того, что в коллекторной цепи включена динамическая нагрузка.

 

K = R_КН3/r_э3 = (R_ВХ4||(R_6Д + R₇)) /r_э3 = (h_{21 экв}R_Н )/r_э3 = (900·4)/3,125 = 1440    (2.1.36)

 

 Входное  сопротивление оконечных каскадов  состоит из малого входного  сопротивления транзистора по  схеме с общим эмиттером и  сопротивлением, учитывающим влияние  местной ООС, тем самым увеличивая  входное сопротивление.  Влияние R₉ и R₁₀ , ввиду их малости, можно не учитывать.

 

 

9. Итоговые данные предоконечного каскада:

 

Таблица 5 –  параметры выбора транзистора

	тип	PК ДОП , Вт	IК ДОП, mА	UК ДОП, В	h21	fh21, МГц
VT3	p-n-p	0,35	150	60	70	5

 

2.1.3 Расчет входного каскада