Выбор и расчет усилителя (стр. 2 из 5)

Исходные данные:

Рн = 13 Вт, Rн = 10 Oм. Транзистор выбираются по допустимой мощности рассеяния на коллекторе.

P_Kmax и максимальной амплитуде коллекторного тока I_Kmax:

На основе этих условий выбираем комплементарную пару:

КТ817В (Si n-p-n; в = 25…45; I_kmax=3A; P_kmax=25Вт)

КТ816В (Si n-p-n; в = 25…40; I_kmax=3A; P_kmax=25Вт)

Напряжение источника питания находим из условия:

Выбираем E_П=40 В

На входной характеристике транзистора построим нагрузочную прямую по двум точкам:

Из входной, выходной и сквозной характеристик определяем следующие значения:

Коэффициент нелинейных искажений по 3-й гармонике без учёта ООС:

Глубина обратной связи:

,

где g₂₁ – усредненная крутизна характеристики транзистора,

F = 51

C учётом действия ООС коэффициент нелинейных искажений по третьей гармонике:

Коэффициент нелинейных искажений по второй гармонике:

,

где х = 0.5 – коэффициент асимметрии.

Коэффициент нелинейных искажений с учетом ООС:

Полный коэффициент нелинейных искажений усилителя:

Сопротивления резисторов R₁ и R₂ принимают равными:

где

- ток делителя, определяемый по ВАХ диода.

Выбираем резисторы из стандартного ряда: R₁ = R₂ = 750 Ом.

Входное сопротивление каскада:

где

– сопротивление делителя по переменному току

– усреднённая входная проводимость транзистора

Амплитуда напряжения и тока входного сигнала каскада:

,

Коэффициент усиления напряжения выходного каскада:

Ёмкость разделительного конденсатора:

где M_н = 0.707 – коэффициент частотных искажений.

5. Эмиттерный повторитель напряжения

Эмиттерный повторитель напряжения представляет собой УК на БПТ с ОК. ЭПН обладает малым выходным сопротивлением и высоким входным сопротивлением. В связи с этим такой каскад часто применяют в качестве согласующего, который включают между низкоомной нагрузкой, являющейся, например, выходным каскадом усилителя, и каскадом предварительного усилителя. Базовая схема ЭПН и его эквивалентная схема приведены на рис.2.1 рис.2.2.

В схеме ЭПН выходное напряжение, снимаемое с эмиттера транзистора, близко по значению входному напряжению и совпадает с ним по фазе. Резистор Rэ в схеме с ЭПН выполняет ту же функцию, что и резистор Rkв УК о ОЭ - создание изменяющегося напряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, управляемого по выходной цепи базы. Конденсаторы С 1 и С2 - разделительные, предназначены для пропускания переменной составляющей сигнала. Резисторы R1 и R2 предназначены для задания режима покоя каскада. Задаваемое смещение обеспечивает протекание коллекторного тока в течение полного периода входного сигнала. Резисторы R1 и R2 выбраны так, что в отсутствие входного сигнала потенциал базы равен примерно половине напряжения источника питания. Точку покоя устанавливают так, чтобы на выходе формировался максимально симметричный сигнал (без ограничений и срезов). Это зависит от соотношения сопротивления плеч делителя R1-R2.

Высокое входное сопротивления является одним из важнейших преимуществ каскада с ЭПН. Высокое входное сопротивление требуется в случае применения каскада в качестве согласующего звена при работе от источника входного сигнала, имеющего большое внутренне сопротивление.

Исходные данные:

R_н=199 Ом

U_mн = 8 B

I_mн= 66мА

Выбираем транзистор:

Выбираем КТ503А( Sin-p-nв=40... 120 I_kmax=300мА Р_kmax=0.5Вт)

Точку покоя устанавливают так, чтобы на выходе формировался максимально симметричный сигнал (без ограничений и срезов). Это зависит от соотношения сопротивлений плеч делителя R1 - R2.

Из входной и выходной характеристик определяем следующие значения:

в = 40

Сопротивление R_э:

Сопротивление входной цепи транзистора:

Сопротивления плеч делителя R1 - R2 найдём из следующих условий:

где:

Получим:

Условие температурной стабилизации выполняется:

Далее рассчитываем входное сопротивление каскада:

Выходное сопротивление каскада несложно получить, рассматривая эквивалентную схему рис.2.2 со стороны выходных зажимов:

Поскольку значение r_э невелико, то выходное сопротивление каскада мало. Это свойство ЭПН используют, когда необходимо согласовать выходную цепь усилителя с низкоомной нагрузкой.

Коэффициент усиления напряжения находится по выражению:

Значения разделительных емкостей С1 и С2:

6. Расчет второго каскада предварительного усиления

Усиливаемый сигнал от источника сигнала Ег (рис. 2.1) в базовую цепь транзистора подается через разделительный конденсатор С1. Сопротивление R_к является коллекторной нагрузкой. С него усиленное переменное напряжение через разделительный конденсатор С2 подается в нагрузку R_н . При последовательном включении УК сопротивлением нагрузки является входное сопротивление следующего каскада.

Рассмотрим назначение элементов схемы УК.

Конденсаторы С1 и С2 - разделительные, назначение которых -отделить переменный усиливаемый сигнал от постоянных напряжений и токов, действующих внутри схемы. Конденсатор С1 исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного сигнала по постоянному току, что позволяет, во-первых исключить протекание постоянного тока по цепи En-Rr-Rl и, во-вторых, обеспечить независимость напряжения U6n в режиме покоя от внутреннего сопротивления Rг источника Ег Конденсатор С2 не пропускает постоянную составляющую выходного сигнала в нагрузку.

Делитель напряжения R1-R2 предназначен для установления рабочей точки транзистора в состоянии покоя. Положение рабочей точки должно обеспечивать режим А работы УК. В зависимости от соотношения между плечами делителя R1-R2 на базу транзистора подает определенное напряжение Uбэп в состоянии покоя, которое в свою очередь определяет ток базы покоя Iбп.

Резистор Rkосуществляет последовательную отрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току, которая обеспечивает стабилизацию положения рабочей точки на вольтамперных характеристиках транзистора при воздействии на УК внешних дестабилизирующих факторов.