Главная Обратная связь

Дисциплины:






Выходные каскады усилителей (усилители мощности). Схема каскада, расчет графоаналитическим методом.



Количественные параметры: должны обеспечивать заданное значение мощности Pн (до 1000 Вт) на нагрузках Rн (<ед.-дес. Ом).

УМ используются на выходе усилительного канала, то есть работают при больших амплитулах сигналов, они вносят искажения, значит к ним предъявляются следующие требования

Качественные параметры:

Коэффициент гармоники Кг≤Кг зад, fнгр и Мн, fвгр и Мв

(посмотреть дальше на технике)

Расчет УМ производится только графоаналитическим методом (по типу курсовой работы в части 3.)

 

а) схема выходного каскада с ОЭ, работающего в режиме А, с трансформаторным выходом (схему целесообразно применять если Pн≤5Вт, то есть на малых мощностях);

б) схема двухтактного выходного бестрансформаторного каскада с ОК, работающего в режимах В, АВ; с двумя источниками питания;

 

1. При расчёте усилителя мощности определяется мощность входного сигнала. Если она в Вт, то предыдущий каскад должен быть тоже мощным. То есть трансформаторным. Если входная мощность в мВт, то предыдущий каскад должен быть фазоинверсным.

2. Расчет всех усилителей мощности производиться только графоаналитическим способом (выбор транзистора, схемы, расчет всех параметров входного сигнала (то есть какой входной сигнал необходимо подать, чтобы на выходе получить искомое) и определение качественных параметров работы усилителя).

Методика расчета двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности

1. Определить значения мощности, которую должны выделять транзисторы, и составляющие коллекторного тока и напряжения соответственно:

P ³ 1,1 PH; Iкm= ; Uкm= .

2. Выбрать напряжение источников питания Ек1 и Ек2к1 = Ек2 = Ек): Ек ³ Uкm + Uост ,

где Uостнапряжение, отсекающее нелинейную часть выходных характеристик транзистора в области малых коллекторных напряжений (Uост»(0,3¸1,5)в).Точное значение Uосткорректируется после построения нагрузочной линии (n5).

3. Выбрать транзисторы по предельным параметрам [7], можно воспользоваться справочником на компьютере.

Uкэдоп. ³ (2¸2.5)Ек; Iкдоп. ³ Iкm; Ркдоп. ³ (0.4¸0.7)Р;

.

(Предельное значение мощности Ркроп, рассеиваемой коллектором транзистора, можно брать с теплоотводом. МВдб = 20lgМВ). Транзисторы должны быть комплементарными, т.е. с противоположными типами проводимости и одинаковыми параметрами (например, ГТ402 и ГТ403; КТ502 и КТ503; КТ680 и КТ681; ГТ703 и ГТ705; КТ814 и КТ815; КТ816 и КТ817; КТ818 и КТ819).

Для выбранной пары транзисторов выписать параметры

Uкэдоп. , Iкдоп.; Ркдоп. RtП.к, t0пер.max, fгр, bmin .

4. Перечертить на миллиметровую бумагу входную характеристику Iб=f (Uбэ) при Uкэ ¹ 0 и семейство выходных вольт-амперных характеристик Iк = f(Uкэ) при Iб = const. При построении выходных характеристик Uкэ по оси абсцисс взять не менее Ек. На этом же семействе характеристик по нескольким точкам построить кривую допустимой мощности, рассеиваемой транзистором, Рк = IкUк=const.



5. На семействе выходных характеристик провести нагрузочную линию ОВ (рис.3.2), угол наклона которой задан рассчитанными значениями Uкm и Iкm. При этом нужно помнить, если заданы жесткие требования к уровню нелинейных искажений (малое значение кг), то желательно использовать режим АВ, т.е. повышать I, отсекая нелинейность входной характеристики. При этом кпд каскада падает. Варьируя параллельным перемещением нагрузочной линии ОВ, выбрать окончательно ее положение, отметив значения Iкmax ,Iкm , Ioк : Uост , Uкm , Ек . При этом нагрузочная характеристика не должна выходить за пределы допустимой мощности и Iкдоп. > Iкmax ; Uкэдоп. ³ 2 Ек.

6. Определить параметры входной цепи.

Ток смещения базы Ioб , соответствующий найденной рабочей точке 0, при наихудшем транзисторе, имеющем bmin, и амплитуда переменной составляющей входного тока Iбm рассчитываются как .

Характеристики на транзисторы в справочниках приводятся, как правило, для bсредн. .

Значения напряжений Uоб и Uбm находят по входной характеристике для Iбmin и Iбmax, параметры которых берутся из построений на выходных характеристиках.

Uбm= Uбmах – Uобэ .

Входное напряжение для схемы с ОК, не обеспечивающей усиления по напряжению, определяется как

Uвхm= Uбm + Uкm .

Входная мощность сигнала, требуемая для получения заданной мощности в нагрузке, составляет .

7. Коэффициент усиления по мощности .

Потребляемая каскадом номинальная мощность

P0 = 2EкIкср , где Iкср = [(Iкm/p) + Iок].

Коэффициент полезного действия каскада

h = Р/Р0.

8. Расчет сопротивлений делителя R1¸R4, задающих исходное состояние транзисторов,

Iдел = (0,5¸2)Iбm.

9. Входное сопротивление каскада с учетом делителя подачи смещения при включении с общим коллектором определяется как

Rвх~ » R2 + bRH .

10. Определить уровень нелинейных искажений.

Для оценки уровня нелинейных искажений используют сквозную динамическую характеристику каскада, которая строится с помощью семейства статических выходных и динамической входной ВАХ транзистора (рис.3.3).

На графике семейства статических выходных ВАХ устанавливается зависимость входного тока (тока базы) от выходного (тока коллектора) в точках пересечения семейства статических выходных ВАХ с нагрузочной прямой переменного тока. Затем с помощью динамической входной ВАХ определяются значения входных напряжений по найденным значениям тока базы и вычисляются значения ЭДС генератора, который имеет внутреннее сопротивление Rг(задаемся выходным сопротивлением предыдущего каскада Rг = Rвхок)

Ег = Uбэ + IбRг.

а) в)

Рис.3.3. Динамические (нагрузочные) характеристики транзистора: а – выходная; в – входная.

Вычисляют значения Ег и, выписав значения выходного тока iк для взятых точек пересечения, строят зависимость iк = f(eг),представляющую собой сквозную динамическую характеристику каскада (рис.3.4.).

По сквозной характеристике находят номинальные токи I'km, I'1, I'кmin, соответствующие напряжениям Егmax, 0,5(Егmax + Егmin), Егmin .

 

 

Рис.3.4. Сквозная динамическая характеристика каскада

Для расчета коэффициента гармоник двухтактного каскада в режиме В(АВ) с учетом асимметрии плеч находят Ikm, I1, Iоk, I2 Ikmin по формулам

Ikm = (1 + b) I'km; I1 = (1 + b) I'1; Iok = 2bI'кmin;

I2 = – (1 – b) I'1; Ikmin = – (1 – b) I'km;

где b – коэффициент асимметрии транзисторов (b = 0,1¸0,15).

Далее определяют амплитуду гармоник тока коллектора

Ik1 = 1/3(Ikm – Ikmin + I1 – I2),

Ik2 = 1/4(Ikm – 2Iok + Ikmin),

Ik3 = 1/6[Ikm – Ikmin – 2(I1 – I2)],

Ik4 = 1/12[Ikm + Ikmin – 4(I1 + I2) +6Iok ],

Iср = 1/6[Iкm + Imin + 2(I1 + I2)].

Правильность вычисления найденных токов можно проверить по выражению

Ik1 + Ik2 + Ik3 + Ik4 + Iср = Ikm .

Зная эти амплитуды, можно подсчитать коэффициент гармоник .

Такой коэффициент гармоник получился бы при включении транзисторов с общим эмиттером, при включении же с общим коллектором отрицательная обратная связь снизит коэффициент гармоник до величины .

Сравнить расчетное значение Kгok c заданным, если оно получилось больше, то его можно снизить, уменьшив значение Rг.

11. Определить значение емкости разделительного конденсатора .

При расчете параметров элементов схемы значения линейных искажений МН берутся как безразмерные величины (МНдб = 20 lg МН). Полученные значения параметров элементов схемы (R, C) округляются до номинальных ряда Е12 (ГОСТ2825-67,10318-80). Ряд Е12 соответствует II классу точности, допустимое отклонение действительного значения от номинального составляет ±10%.

Шкала номинальных значений для ряда Е12:

10; 12; 15; 18; 22; 27; 33; 39; 47; 56; 68; 82.

Значение сопротивления (емкости) находят умножением или делением на 10n, где n – целое положительное число или нуль чисел номинальных величин, входящих в состав ряда.

12. Определить площадь дополнительного теплоотвода (радиатора), охлаждающего транзистор:

,см2,

где F' – коэффициент теплоотдачи (F' = (1,2¸1,4)×10-3 вт/см2×град);

– максимальная температура коллекторного перехода ( (Ge) = 90¸100oC, (Si) = 150¸200oC);

– максимально возможная температура окружающей среды;

RtП.К. – величина теплового сопротивления транзистора (переход-корпус).

RtП.К. » 1,5 град/Вт при Ркдоп £ 12 Вт,

RtП.К. » 3,0 град/Вт при Ркдоп £ 30 Вт,

RtП.К. » (5¸10) град/Вт при Ркдоп > 30 Вт,

Pk – мощность, выделяемая в транзисторе (PkВ » 0,5 Р; РkАВ » 0,7 Р).

Точные значения и RtП.К.указываются в справочных данных транзисторов.

 





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...