книги / Проектирование усилителей низкой частоты на биполярных транзисторах
..pdfRc =Лвх~ = 1,6 Ом.
8. Для расчёта коэффициента гармоник Кг и определения амплиту первой гармоники 1т\ по проходной динамической характеристике / к =
=J[EC) получены следующие данные (рис. 18):
Ест = £ стах ~ £ cmin = °>4087_°-l?-Z2 = 0,1635В;
ЕСр.т= Ecm + Ecmm= 0,1635 + 0,079 = 0,2425 В;
/»1 = ((W i ) + (W 2)V 3 = 51,83 мА,
/« 2 = (0 ,5 -(/5 + / 1) - / 3)/2 = 1,625 мА,
/тз = ((/5 - /,) - 2 • ( /4 - / 2))/6 =-1,083 мА,
ImA= ((/5 + h ) - 4 • ( / 4 + / 2) +6 • h )/12 = 0,541 мА,
Рис. 18. Проходная динамическая характеристика IK=J[EC) транзистора П212А в режиме А
|
Кг = |
|
|
+ |
=3,9 %• |
9. |
Уточняем колебательную мощность, отдаваемую каскадом в н |
||||
грузку, |
|
|
|
|
|
|
Рн ~= - i 2, ^ |
= -(0,052)2 • 295,5 • 0,85 = 0,3399Вт, |
|||
|
2 |
|
2 |
|
|
где т|т - КПД согласующего (промежуточного) трансформатора. |
|||||
10. |
Определяем мощность, развиваемую промежуточным каскад |
||||
на входе предоконечного усилителя, |
|
||||
|
р с ~ = |
|
|
0,1635-0,052 = 0,00425 Вт, |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
которая должна быть не меньше входной мощности предоконечного кас |
|||||
када, т.е. 0,002 Вт (см. п. 3). |
|
|
|
|
|
11. |
Определяем полный коэффициент усиления мощности рассчи |
||||
ваемого предоконечного каскада: |
|
|
|||
|
КР пок |
|
|
|
0,3399 |
|
|
|
|
= 79,97 |
|
|
|
|
|
0,00425 |
|
12. |
Определяем коэффициент трансформации: |
||||
|
п = |
ЯН |
_ |
|
8 |
|
|
|
|
= 0,178. |
|
|
Дкг|т |
Д( 295,5 • 0,85 |
|||
13. Определяем сопротивления обмоток согласующего трансформа- |
|||||
тора: |
|
|
|
|
|
|
<1 S -£*-(1■- Пт>= |
|
(1 - 0,85) = 26,07 Ом; |
||
|
2г\т |
|
|
2-0,85 |
|
|
г2 £ ^ - ( \ - Ч т) =— |
(1 - 0,85) = 0,705 О м ; |
|||
|
2г|т |
|
|
2-0,85 |
|
14. |
Определяем индуктивность первичной обмотки: |
||||
|
и > |
|
|
|
8 + 26,07 |
|
|
|
|
= 0,879 Гн. |
|
|
2пЯнп2т]м[^1 6,28-75-0,1782Vl,22 - l |
||||
15. |
Определяем частотные искажения в области верхних частот, в |
||||
симые транзистором, |
|
|
|
|
|
|
FU |
f |
7500 V |
|
|
4 ,1 = . 1+ |
Fa |
1+ |
MO6" |
= 1,068. |
|
1 - a |
1-0,98 |
||||
|
|
|
|||
|
|
V |
/ |
|
16.Определяем частотные искажения, приходящиеся на долю трансформатора:
М4
М.2 = ^ - = - ^ — =3,745.
Мв1 1,068
17.Определяем допустимую индуктивность рассеяния:
J |
с Кых + R* \ l M r t -1 |
_ (1000 +295,5)Уз,7452 -1 |
"S’ |
"2itF. |
Гн. |
6,28-7000 |
18. Определяем падение постоянного напряжения на первичной об
мотке согласующего трансформатора: |
|
||
|
|
(До = V i = 0,067 |
26,07 = 1,74 В. |
19. Выбираем элементы цепи термостабилизации. Принимаем ток |
|||
базового делителя Rj-R% |
|
||
|
|
/дел = (5-10) /бп = 10 • 0,0014 = 0,014 А, |
|
Ifi min |
/ |
бтах ^0,0014 А , /б тт = /к/ р мин, /бтах = /к/Р макс* |
|
где / бп = 6min ■ |
|
||
Вычисляем сопротивление Ry |
|
||
|
1 |
U R C +UM J J 6 1 M ° , M |
|
|
/д |
0,014 |
|
округляем его до ближайшего стандартного значения 16 Ом.
Вычисляем ёмкость конденсатора, шунтирующего сопротивление Ry
_ 100-200 |
1 0 0-2 00 |
А |
С >------------ = —--------------- 0,0265 мкф. |
||
Rr 2nFH |
16-6.28-75 |
|
Вычисляем сопротивление R$: |
|
|
Ек - 1 д -^_ = 1 8 ^ 5 3 0 1 4 4 6 = 200,17 Ом, |
||
/д + 'бп |
0,014 + 0,0014 |
|
и округляем его до стандартного значения 200 Ом.
Уточняем ЭДС источника питания:
£*к = Як+ £Ло = 18,5 + 1,74 = 20,24 В.
20. Определяем полную мощность, потребляемую каскадом от ис точника питания:
Р'о = Е \ (/ср+ /дел) = 20,24 (0,067 + 0,014) = 1,639 Вт.
21. Определяем К П Д предоконечного каскада:
Р03399
л = OL. 100 %= |
• 100 % = 20,74 %. |
1 % |
1,639 |
Для предотвращения перегрева транзистора целесообразнее преду смотреть радиатор. Увеличение КПД предоконечного каскада возможно за счёт снижения потребления от источника цепью термостабилизации. Можно отказаться от эмитгерной цепочки термостабилизации, так как транзистор включён по схеме с ОБ. Можно в качестве нижнего плеча базо вого делителя напряжения включить полупроводниковый диод и т.д. На пример, без эмитгерной цепочки термостабилизации КПД возрастает до 25 %.
РАСЧЁТ ОКОНЕЧНОГО УСИЛИТЕЛЯ М ОЩ НОСТИ В РЕЖ ИМЕ ЛВ
Расчёт производится по схеме рис. 19 и исходным данным, которые аналогичны приведенным в примере расчёта усилителя оконечного каска да в режиме В для того же типа транзистора П4АЭ с тем же током и на пряжением на коллекторе. Это позволит получить представление не только о порядке расчёта данного усилителя в режиме АВ, но и выявить разницу в расчётах по сравнению с режимом В и понять причины снижения КПД каскада и развиваемой им выходной мощности.
1.На рис. 20 построены допустимая кривая мощности в семействе выходных характеристик транзистора П4АЭ при Т = 40 °С и линия нагруз ки аб. Выбрана рабочая точка и показаны входные и выходные амплитуды токов и напряжений на входных и выходных характеристиках транзистора.
2.В рабочей точке на выходных характеристиках определяем
/р.т = 0,52 A, UpT= 19,8 В.
3.Определяем колебательную мощность, отдаваемую транзисторами
внагрузку без учета цг
Л»ых~ = UBbtxmIBblxm/ 2 = (19,8 - 1,25) (3,32 - 0,52) / 2 = 25,97 Вт.
Рис. 19. Схема двухтактного каскада с транзисторами, включёнными
сОЭ в режиме АВ
4.Определяем оптимальное нагрузочное сопротивление в цепи кол лектора RKмежду концами первичной обмотки выходного трансформатора:
Лк = 4 (UBUXJ /выхи) = 4 (19,8 - 1,25 ) / (3,32 - 0,52) = 26,5 Ом.
5. Определяем мощность, потребляемую каскадом:
Р0= 2UpT (/ка + /р.т(д - 1)) / п =
=2 19,8 (3,32 + 0,52 (3,14 - 1)) / 3,14 = 55,9 Вт.
6.Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторах,
Р'к = Р0 - Рн = 55,9 - 25,97 = 29,93 Вт,
следовательно, на один транзистор приходится
РК= Р' к / 2 = 29,93 / 2 = 14,965 Вт < 20 Вт.
7. По входной динамической характеристике определяем в рабочей точке / р.т, и рл, амплитуды возбуждающего напряжения (UBxm) и тока (4х т)> входную мощность Рвх, а. также среднее за период входное сопро тивление каскада переменному току (рис. 20, б):
/к, А
а |
б |
Рис. 20. Выходные (а) и входные (б) характеристики транзистора П4АЭ в режиме АВ. Точки У, 2, J, 4 пересечения линии нагрузки аб с характеристиками необходимы для построения проходной динамической характеристики
/рт = 0,05А, |
(7р т = 0,53 В, |
UBXm= 1,225 -0,53 = 0,695 В,
^ вх /п = 0,45 - 0,05 = 0,4 А,
Л * = Uвх„ /вхт / 2 = 0,695 • 0,4 / 2 = 0,139 Вт,
/ \ в х |
Uя |
_ 4 |
) =6,950м. |
- Г |
|||
R |
вхот |
0.4 |
|
|
|
|
8. Выбираем оптимальное сопротивление источника входного сигна ла для одного плеча каскада:
Лс |
= ^ - ^ |
= — « 1,760м. |
с |
4 |
4 |
9. Строим проходную динамическую характеристику (рис. 17):
|
4 =/(Яс), Ес =4 Rc + ^бэ • |
|
£ « = 0,45-1,76 + 1,225 =2,017 В, |
/ка= 3,32 А; |
|
Яс1 = 0,3 |
1,76 + 1,023 = 1,551 В, |
/к, = 2,665 А; |
£ с2= 0,2 |
1,76 + 0,8722 = 1,2242 В, |
/й = 2,0312 А; |
£ с3 = 0,1 |
1,76 + 0,682 = 0,858 В, |
/,3= 1,2075 А; |
Еср.т = 0,05 1,76 +0,53 = 0,618 В, /рт- = 0,52А.
10. На проходной характеристике определяем положение рабочей точки и амплитуду ЭДС возбуждающего сигнала Ест:
Ес т= Ес max - Есmin = 2,017 - 0,618 = 1,399 В;
he р.т' = Есmjn = 0,618 В, /ру = 0,52 А.
11. Методом пяти ординат определяем составляющие коллекторного тока и коэффициент нелинейных искажений Кг (см. рис. 17):
4с шах = 4а “ 4 т = 3,32 ~ ^,52 = 2,8 А; /к1 = /, - /р.т- = 2,125 - 0,52 = 1,605 А.
Задаёмся коэффициентом асимметрии е = 0,05 и по формулам, пред ставленным в п. 11 на с. 47, получаем
1т = 2,936 А , 1т2 = 0,07 А , 1тз = -0,136 А , 1тА = -0,030 А , К Г=5,3 %.
12. Уточняем колебательную мощность, отдаваемую каскадом в на грузку:
Р. ~= J 4 А л , = I ■2.9362 • 26,5 • 0,94 = 26,84 В т .
13. Определяем мощность, развиваемую транзистором предоконеч ного каскада:
рEcJcm_ = U399 0,45 = 02?98
где /б т= /вх т = к а~ к р.т= 0,45 - 0,05 = 0,4 А определяется по входной ха рактеристике (см. рис. 20, б).
14. Определяем полный коэффициент усиления по мощности:
Крн ~ ■ 26,84 = 95,92,
р Рс ~ 0,2798
15.Определяем коэффициент трансформации выходного трансфо
матора: |
|
|
________ |
|
п = |
Ян____ |
|
= 0,601. |
|
1я к |
цт |
1/26,5-0,94 |
||
16. Определяем сопротивление обмоток выходного трансформатора: |
||||
г, < - ^ ( 1 - Т ! т) = - |
^ |
—(1-0,94) = 0,845Ом; |
||
1 2цт |
т |
2-0,94 |
||
i*2 — (1—т|т) = — 9— |
(1 - 0,94) = 0,287 О м . |
|||
2riT |
|
2-0,94 |
||
17. Определяем индуктивность первичной обмотки: |
||||
Ян+г2 |
|
|
|
9 + 0,287 |
! .> |
|
|
|
= 0,028 Гн. |
2пЯип2т]м %-1 |
|
2-3,14-75-0,6012Vl,412 - l |
||
18. Определяем частотные искажения в области верхних частот, вн симые транзистором:
|
|
( F л2 |
( 7500 1 |
|
|
1 в |
|
Л Ь |
= |
1+ \ f a j |
, д 750•103 J = 1,042. |
" |
1 |
(1-ос)2 |
(1-0.83)2 |
19. Определяем частотные искажения Мв2, приходящиеся на дол трансформатора,
М в2 = |
мв |
= 3,838. |
Мв1 1,042
20.Определяем допустимую индуктивность рассеяния:
L ^ |
(^вых |
- 1 |
(200 + 26,5),/з,8382 - 1 |
Q |
|
S |
Л |—1 |
|
Л Л I 4 ЧГЛЛ |
* |
* |
|
2пFa |
|
2-3,14-7500 |
|
|
где Лвых= А[/к / Д/к определяется по выходным характеристикам. |
|
||||
21. |
Определяем |
падение напряжения на первичной обмотке тран |
|||
форматора: |
|
|
|
|
|
|
и * = ^ > к max 0 = |
• 2.8'0,845 = 0,376 В . |
|
||
22.Уточняем ЭДС источника питания:
£'к= Ек+ 19,8 + 0,376 = 20,176 В.
23.Рассчитываем элементы цепи термостабилизации, для чего при нимаем ток делителя R\R2
/д = (5 - 10)/р.т = 5 0,05 = 0,25 А.
Вычисляем сопротивление R\:
’ |
20.176 |
-0.53 = |
м |
/ , + / р.т |
0,25 + |
0,05 |
|
и округляем до стандартного 68 Ом. Рассчитываем сопротивление R2:
R2 - |
0,53 |
2,120м, |
|
|
0,25 |
иокругляем до 2,2 Ом.
24.Уточняем потребляемую мощность:
Я = 2Е1 •^к вых -^р.тС71 0 = 2-20,176 |
2,8 + 0,52(3,14-1) |
= 50,283 Вт. |
|
71 |
3,14 |
25. Определяем КПД оконечного каскада:
Р96 84
л= i_H . 100% = -=^21..100% = 53,38%.
P'Q 50,283
За счёт введения делителя напряжения во входную цепь, для задания незначительного смещения с целью снижения нелинейных искажений, КПД каскада снизился на 25 % по сравнению с режимом В. Поднятие КПД за счёт снижения тока покоя может привести к нарушению стабильности рабочего режима каскада, что является нежелательным.
Использование режима АВ в оконечном каскаде предыдущего при мера не позволит развить требую мощность в нагрузке (30 Вт), так как от сутствует запас по допустимому напряжению на коллекторе.
В рассмотренном примере расчёта напряжение на коллекторе нахо дится вблизи предельного уровня, следовательно на данном транзисторе в режиме АВ выходная колебательная мощность не сможет превысить уро вень 27-28 Вт.