Расчет усилителя низкой частоты

alt="" width="2048" height="571" align="BOTTOM" /> (34)

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е24:

Рассчитаем значение резистора по формуле:

(35)

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е24:

Определим ориентировочный ток коллектора покоя транзисторов VT1 и VT2 по формуле:

(36)

Рассчитаем ориентировочный максимальный ток коллектора транзисторовVT1 и VT2 по следующей формуле:

(37)

Зная максимальный ток коллектора и напряжение питания выберем транзисторы VT1 и VT2 по следующим критериям:

I_kmax  I_кmax1

U_кэmax  2 E_k

VT1,VT2  КТ 602 Б

Характеристики транзисторов приведены на рис 21, 22, 23

По рис 22 определим минимальный ток коллектора:

Рассчитаем ток коллектора покоя транзисторов VT1 и VT2:

(38)

Из рис 22 определим статический коэффициент передачи тока:

Определим ток базы покоя для транзистора VT1:

(39)

Рассчитаем максимальный ток базы для транзистора VT1:

(40)

Определим ток, протекающий через резистор :

(41)

Из рис 23 определим напряжение коллектор – эмиттер:

Определим значение резистора по формуле:

(42)

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е24:

По справочной литературе [5] определим входное сопротивление транзисторов:

Из схемы замещения рис 11 определим входное сопротивление усилителя:

(43)

Определим максимальное отклонение температуры от среднего значения:

(44)

Рисунок 11

Определим изменение напряжения база – эмиттер для транзистора VT2 с изменением температуры. Зная, что при изменении температуры на напряжение изменяется на 2.3мВ. Следовательно:

(45)

Изменение напряжения коллектор – эмиттер равно 0.7В

Определим коэффициент обратной связи по постоянному току:

(46)

Определим значение сопротивления резистора :

(47)

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е24:

Определим коэффициент усиления по току усилителя при помощи схемы замещения представленной на рис. 11

(48)

По схеме замещения определим коэффициент разветвления:

Определим коэффициент усиления по напряжению:

(55)

Рассчитаем коэффициент усиления по напряжению усилителя с обратной связью:

(56)

- коэффициент обратной связи по переменному току равен :

(57)

Определим значение сопротивления резистора :

(58)

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е24:

Разобьём данный нам коэффициент частотных искажений на 2 части:

(59)

М_нвх=10^4/20

М_нос=10^4/20

М_в=10^6/20
Рассчитаем ёмкость конденсатора С1 по формуле:

(60)

Рассчитаем ёмкость конденсатора С2 по формуле:

(61)

Рассчитаем ёмкость конденсатора С3 по формуле:

(62)

Определим коэффициент петлевого усиления по переменному току:

(63)

Рассчитаем коэффициент нелинейных искажений для выходного каскада методом двух ординат:

U_вых изменяем от 0 до U_нmax (64)

По рис 16 для рассчитанных значений тока эмиттера определяем статический коэффициент передачи тока. Затем рассчитаем ток коллектора:

₍₆₅₎

Для рассчитанных значений тока коллектора определяем ток базы:

₍₆₆₎

Из рис 15 определяем напряжение база-эмиттер для рассчитанных токов базы. Рассчитываем входное напряжение:

₍₆₇₎

Uн	Iэ	h21э	Ik	Iб, мкА	Uбэ	Uвх
0	4	39000	4	103	0,6	0,74
4	5	35000	5	143	0,6	4,78
8	6	29000	6	207	0,6	8,82
12	7	27000	7	259	0,6	12,85
16	8	20000	8	400	0,6	16,9
20	9	17000	9	529	0,6	20,92
24	10	15000	10	667	0,6	24,96
28	11	13000	11	846	0,6	29
31	11,75	12800	11,75	918	0,6	31,5

таблица 1

Построим график зависимости Uн от Uвх – рис 12.

Определим половину максимального входного напряжения и для этого значения по графику 12 определим значение напряжения на нагрузке:

Коэффициент нелинейных искажений для входного каскада:

₍₆₈₎

Рассчитаем коэффициент нелинейных искажений для каскада предвари- тельного усиления методом пяти ординат.

КПУ3,2,1 VT КТ 814 В -1

Для расчёта коэффициента нелинейных искажений по методу пяти ординат необходимо построить переходную характеристику каскада. Построение переходной характеристики производим в следующей последовательности. На входную характеристику транзистора рис.13 наносим точку покоя. Затем относительно точки покоя строим временную диаграмму входного напряжения. Проводим перпендикуляры, соответствующие минимальному и максимальному значениям Uвх, а также Uвх=0 и Uвх при w=60 и 120. Определяем значения тока базы, соответствующие этим напряжениям.

Используя значения тока базы, определяем значения тока коллектора, соответствующие им. Для этого определяют ориентировочное значение h21Э по рис 20. Для этого значения рассчитаем ток коллектора по формуле:

Наносим рассчитанное значение тока коллектора на график и определяем точное значение h21э . Точно рассчитываем ток коллектора:

Рассчитаем амплитуды 1, 2, 3 и 4-й гармоник выходного сигнала:

(69)

(70)

(71)

(72)

Расчет нелинейных искажений каскада производится по формуле:

(73)

Так как у нас одинаковые транзисторы, то и нелинейные искажения у них будут одинаковы.

Определим суммарный коэффициент нелинейных искажений:

(74)

Рассчитаем коэффициент нелинейных искажений усилителя с отрицательной обратной связью:

(75)

Для расчета коэффициента полезного действия усилителя требуется определить суммарный ток потребляемый усилителем в режиме покоя по формуле:

I₀ = I_,g1 + I_,g3 + I_,g4 + I_,g5 + I_,g8 = 0&000672 F (76)

Коэффициент полезного действия усилителя рассчитывается по формуле:

(77)

Расчет охладителя

Исходные данные:

t_p – предельная температура рабочей области t_p = 473 К

P_к – рассеиваемая прибором мощность Р_к = 125 Вт

t₀ – температура окружающей среды t₀ = 273 K

R_Tп-к – внутреннее тепловое сопротивление прибора переход-корпус R_Tп-к = 1,4

Определим по справочной литературе [5] площадь контактной поверхности:

S_k = 4010^-3 2810^-3 = 1,1210^-3 м³ (78)

Рассчитаем тепловое сопротивление контакта между прибором и охладителем R_k:

(79)

Определим перегрев места крепления прибора с охладителем:

(80)

Так как перегрев места крепления транзистора очень маленький, то, я считаю, что охладитель не требуется.

2.5 Анализ спроектированного усилителя

Для спроектированного усилителя начертим амплитудно-частотную характеристику, а также фазо-частотную характеристику.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – зависимость амплитуды сигнала на выходе устройства от частоты входного сигнала неизменной амплитуды.

Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) – зависимость ыазового сдвига между гармоническими колебаниями на входе и выходе устройства от частоты входного сигнала.

Рассчитаем данные для построения АЧХ и ФЧХ:

G = 20lgk_u = 20lg 5061 = 74.08 (81)

(82)

(83)

(84)

3. Заключение

Спроектированный усилитель работает на двуролярном питании 35 В при температуре окружающей среды от -10 С до 50С. Имеет подосу пропускания от 30 Гц до 28 кГц, а также коэффициент нелинейных искажений 1,703 %. В спроетированном усилителе предусмотрена защита выходного каскада по току.

Достоинства усилителя – большие коэффициенты усиления по току

( к_i = 11892332,3) и по напряжению (к_u = 5061). Также сравнительно большое входное сопротивление.

Недостатком спроектированного усилителя является подборка элементов, так как очень трудно подобрать одинаковые транзисторы. Также недостатком данного усилителя является сравнительно большое количество элементов, что приводит к трудностям при настройке схемы усилителя.

4. Перечень ссылок

Усатенко С.Т. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. – М.: Издательство стандартов, 1989. – 325 с.

Расчет электронных схем. Примеры и задачи. /Г.И. Изъюрова М.: Высш. шк., 1987. – 325 с.; ил.

Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. – 3-е изд., перераб. И доп. – М.; Радио и связь, 1988 – 199 с: ил.

Кибакин В.М. Основы теории и разработки транзисторных низкочастотных усилителей мощности. – М.: Радио и связь,
1988. – 240 с.

Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. 9-е изд., перераб. К.: Техника, 1980. – 464 с.;ил.

Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности./А.А. Зайцев:Под ред А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь,
КубК-а 1994. – 384с.;ил.

Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности./А.А. Зайцев:Под ред А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь,
КубК-а 1994. – 384с.;ил.

Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу « Аналоговая схемотехника».Бизянов Е.Е. – Алчевск, ДГМИ 1999.- 35с.