ВыхК - выходной каскад
Входной каскад ставится на входе усилителя для увеличения входного сопротивления усилителя.
Большинство источников входного сигнала развивают очень низкое напряжение Ег = 10 мВ. Подавать его непосредственно на каскад усиления мощности не имеет смысла, так как при слабом управляющем напряжении невозможно получить значительные изменения выходного тока.
Рассчитаем максимальное напряжение в нагрузке по формуле:
В (1)Определим максимальный ток протекающий через нагрузку:
(2)Рассчитаем требуемый коэффициент усиления усилителя по формуле:
(3)Определим ориентировочное количество каскадов предварительного усиления по следующей формуле:
(4)Полученное по формуле (4) количество каскадов округляют до ближайшего целого нечетного числа (в большую сторону), так как схема с ОЭ дает сдвиг фаз 180°
n = 3
Выходной каскад ставится на выходе усилителя и обеспечивает усиление мощности полезного сигнала в нагрузку.
Схемная реализация входного каскада представлена на рис 7.
Рисунок 7
Это схема дифференциального каскада. Я решил выбрать диф. каскад по следующим причинам:
-дифференциальный каскад обеспечивает повышенную температурную стабильность предварительного усиления
-к дифференциальному каскаду проще подключить обратную связь
-у дифференциального каскада сравнительно большое входное сопротивление.
Схемная реализация каскада предварительного усиления представлена на рис 8. Это схема усилителя на биполярном транзисторе включенном по схеме с общим эмиттером. Я выбрал эту схему так как у нее сравнительно большие коэффициенты усиления по напряжению и по току, а также большое входное сопротивление. Недостаток этой схемы – сдвиг фаз между входным и выходным сигналом равен 180°.
Рисунок 8
Схемная реализация выходного каскада представлена на рис 9.
Рисунок 9
Это схема двухтактного усилителя мощности работающего в режиме В. Двухтактный усилитель мощности обладает более низким коэффициентом нелинейных искажений, чем однотактный усилитель мощности. Также важным преимуществом двухтактной схемы является ее малая чувствительность к пульсациям питающих напряжений. Недостатком данной схемы является трудность подбора одинаковых транзисторов.
Электрическая принципиальная схема представлена на рис 10.
Рисунок 10
Рассчитаем максимальное напряжение в нагрузке по формуле:
В (5)Определим максимальный ток протекающий через нагрузку:
(6)Рассчитаем требуемый коэффициент усиления усилителя по формуле:
(7)Определим ориентировочное количество каскадов предварительного усиления по следующей формуле:
(8)Полученное по формуле (8) количество каскадов округляют до ближайшего целого нечетного числа (в большую сторону), так как схема с ОЭ дает сдвиг фаз 180°
n = 3
Рассчитаем напряжение питания усилителя по формуле:
(9)где
- падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер выходного транзистора в режиме насыщения, В; - падение напряжения на резисторе, установленном в эмиттерной цепи выходного каскада, В;Для большинства мощных транзисторов
= 0,5..2 В. Предварительно можно принять = 1 В. Зададимся падением напряжения на резисторе, установленном в эмиттерной цепи: = 1 ВПодставим рассчитанные напряжения в формулу (9) и определи напряжение питания усилителя:
= 32,98 ВПолученную величину округлим до ближайшего целого числа, а затем примем из стандартного ряда:
= 35 В Зная напряжение питания усилителя и максимальный ток протекающий через нагрузку, выберем транзисторы для выходного каскада по следующим условиям:Ikmax ³ Iнmax + Ikп
Uкэmax³ 2× Ek
По справочной литературе [5] выбираем следующие транзисторы:
VT8 KT827B VT9 KT825BСо следующими параметрами:
Uкэmax8 = 100 В Ikmax8 = 20 А
= 3 ВХарактеристики транзистора представлены на рис 15, 16
По рис 15 определим напряжение на переходе база-эмиттер:
Рассчитаем сопротивление резисторов R10 и R11 по формуле:
Ом (10)Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е24:
0,062 ОмПо рис 16 определим ток коллектора покоя, а также статический коэффициент передачи тока транзистора VT8:
Ikп8 = 4 А h21Э8 = 39000
Рассчитаем мощность рассеиваемую на резисторе:
(11)Определим ток базы покоя транзисторов выходного каскада:
(12)Определим максимальный ток базы транзисторов выходного каскада:
(13)Определим ориентировочный максимальный ток коллектора VT5:
Ikmax5 = 10×IБmax8 = 10×513×10-6 = 5.13 mA (14)
Зная максимальный ток базы транзистора VT8 и напряжение питания, выберем транзисторы для реализации защиты по току:Ikmax ³ Iбmax8
Uкэmax³ 2× Ek
По справочной литературе [5] выбираем следующие транзисторы:
VT6 KT215В - 1 VT7 KT214В - 1Со следующими параметрами:
Uкэmax7 = 80 В Ikmax7 = 40 мА
Характеристики транзистора представлены на рис 17,18,19,20
Рассчитаем максимальный ток коллектора VT8:
(15)Примем значение сопротивления резистора
равным 0,036 ОмРассчитаем минимальное падение напряжения на резисторе
: (16)Рассчитаем максимальное падение напряжения на резисторе
: (17)Зная максимальный ток коллектора и напряжение питания, выбираем транзистор VT5 по следующим критериям:
Ikmax ³ Iкmax5Uкэmax³ 2× Ek
VT5 КТ214В - 1Характеристики транзистора представлены на рис. 17, 18 По графику зависимости h21Э (IЭ) определим минимальный ток коллектора VT5: