1. Разработка принципиальной схемы шу

Выходные и предвыходные (оконечные и предоконечные) каскады выполняются различно в зависимости от назначения усилителя. Общим же для них является высокий уровень сигнала, выражаемый либо номинальной выходной мощностью, если сопротивление нагрузки является активным или комплексным, либо номинальным выходным напряжением, если нагрузка - реактивная. За счет высокого уровня сигнала в рассматриваемых каскадах приходится применть транзисторы, потребляющие от источников питания мощность, большую, чем каскады предварительногоусиления. Поэтому существенно важным здесь является достижение экономического режима , т.е. высокого КПД. Последнее обеспечивается за счет лучшего использования усилительных элементов по напряжению и по току, а это связано свозрастанием нелинейных искажений, которые не должны превышать допустимого предела.

Каскады, работающие на активную нагрузку, принято называть 3 каскадами усиления мощности, а каскады работающие на нагрузку емкостного характера, - каскадами усиления напряжения. Общим заданным параметром является допустимый коэффициент гармоник.

Различают два вида выходных каскадов: однотактные и двухтактные. С другой стороны, выходные каскады в зависимости от вида элемента связи с нагрузкой подразделяются на резисторные, трансформаторные и дроссельные, а при отсутствии элемента связи - на бестрансформаторные и бесконденсаторные.

Для выбора схемы оконечного каскада должны быть известны назначение усилителя, требуемая мощность, сопротивление нагрузки и пределы ее изменения, рабочая полоса частот, а также допустимые амплитудно-частотные и нелинейные искажения.

2. Общий расчет шу

При активном характере сопротивления нагрузки выходная мощность усилителя:

(2.1)

отсюда находим

Uвых = 9,487 В,

Uвых т = 13,416 В.

Тогда

(2.2)

Ку = 350 или

Ку [дБ]= 20 lgКу = 55 дБ.

Определяем выходной ток

(2.3)

Iвых = 0,527 А.

Находим мощность сигнала на входе усилителя

(2.4)

Рвх = 2,3е-5 Вт.

3. 

   Расчет выходного каскада ШУ

   R22

   VT7

   VD7 C11

   VT8

   C10

   Rн

   R23

Рис.1 Схема выходного каскада ШУ.

Рассчитаем схему, представленную на рис.1. При построении таких каскадов используются два транзистора с близкими по величине параметрами. Исходными данными являются мощность, отдаваемая в нагрузку Рвых, и сопротивление нагрузки Rн. Расчет удобно проводить графо-аналитическим методом для одного плеча усилителя.

Транзисторы выбираются по допустимой мощности рассеяния на коллекторе Ркmax и максимальной амплитуде коллекторного тока Iкmax:

(3.1)

(3.2)

Iк max 0,25 0,3 Вт; Iк max 0,63 А

В качестве пары транзисторов принимаем комплементарную пару с близкими по значению параметрами и идентичными характеристиками:

-транзистор VT8: КТ814А (p-n-p) [ 7]

- транзистор VT7: КТ815А (n-p-n) [ 7].

По входным и выходным характеристикам транзистора одного плеча КТ815А (см. рис.14) определяем исходную рабочую точку:

Uбэ=0,76 В; Iбо=0,001 А.

ЭДС источника питания находим из условия

(3.3)

где Uкэ - допустимое коллекторное напряжение; Uнач - начальное напряжение коллектор - эмиттер; Umн - амплитуда напряжения на нагрузке.

Uкэ max = 40 В; Uнач = 3 В;

Umн = 2*1*5 = 3,16 В.

Тогда

80 В  Еп  8,32 В.

Выбираем

Еп = 15 В.

Используя выходные характеристики транзистора, через точки

(3.4)

Uкэ = 15 В.

и

(3.5)

Iк = 1,5А

проводим нагрузочную прямую и определяем исходный коллекторный ток:

Iко = 0,1 А.

Построив из точки Еп/2 треугольник мощности со сторонами

Umн = 3,16 В

и

Imн = 0,65 А,

убеждаемся в возможности получения заданной выходной мощности

(3.6)

Рвых = 0,5*3,16*0,65  1 Вт.

Выбираем кремниевый диод типа 2Д108Б. Из характеристик диода следует, что для обеспечения напряжения на нем

2Uбэо = 1,5 В.

ток через диод должен быть

Iд = 0,1 А.

При этом выполняется условие:

(3.7)

Принимая ток диода

Iд = 0,1 А ,

Находим

(3.8)

R22 = R23 = 134,8  135 Ом.

По справочнику выбираем резисторы (номинальная мощность резисторов 1,35 Вт ):

R22 : МЛТ1

R23 : МЛТ1.

Rдел = R22/2 = 67,5 Ом (3.10)

Входная проводимость транзистора равна

(3.11)

g₁₁ = 0,056 См.

По входной и выходным характеристикам определяем g₂₁

(3.12)

g₂₁ = 3,12 См.

Отсюда находим глубину обратной связи F

F = 1+g₂₁ˑRн (3.13)

F = 18,4 В/А.

Тогда входное сопротивление каскада с учетом ООС равно

Rвх = FˑRдел / (F+g₁₁ˑRдел) (3.14)

Rвх =57,35 Ом.

Коэффициент усиления по напряжению

Ко = g21ˑRн / (1+g21ˑRн) (3.15)

Kо = 0,98.

Тогда амплитуда напряжения входного сигнала Um вх

Umвх = Umн / Ко (3.16)

Umвх = 3,7 В,

а амплитуда входного тока Imвх

Im вх = Umвх / Rвх (3.17)

Imвх = 5,9 мА.

Задаваясь fн = 40 Гц; Мн = 1,41, определим емкость разделительного конденсатора С11

С₁₁=1 / (2П ˑ fн ˑ Rн) (3.18)

С₁₁= 795,8 мкФ

По справочнику выбираем стандартный конденсатор С₁₁: КВИ-3.