-
Расчет резистивного каскада предварительного усиления
Рис.2. Схема резистивного каскада при включении транзистора с общим эмиттером.
Для нормального режима работы транзистора необходимо, чтобы допустимое напряжение между коллектором и эмиттером транзистора превышало напряжение питания, подводимое к каскаду ( напряжение питания Еп любого предварительного каскада равно разности между напряжением питания всего усилителя и падением напряжения на сопротивлениях резисторов развязывающих фильтров, используемых в последующих каскадах), а величина допустимого тока коллектора превышала входной ток последующего каскада не менее чем в 1,5...2 раза, следовательно транзистор выбираем из условий
Uкэ max > Еп; (4.1)
Iк max > (1,5...2) Im вх след, (4.2)
Uкэ max>15В;
Iк max > 0,096...0,128 А.
Выбираем транзистор VT6 (n-p-n типа) по справочнику ГТ 705А.
Определяем величину тока покоя в цепи коллектора по формуле
Iкр 1,4 Im вх след (4.3)
Из расчета предыдущего каскада
Imвх след = 6,4 мА,
тогда
Iкр 88,8 мА.
Находим сопротивление нагрузки в цепи коллектора R19. При выборе величины сопротивления R19 в цепи коллектора необходимо удовлетворять двум противоречивым требованиям: с одной стороны, желательно, чтобы сопротивление R19 было возможно больше по сравнению с величиной входного сопротивления последующего каскада. С другой стороны, увеличение R19 при заданном токе коллектора приводит к тому, что падение напряжения на этом сопротивлении увеличивается, а напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ уменьшается до недопустимо малой величины ( в течение той части периода усиливаемого напряжения, когда коллекторный ток возрастает, напряжение Uкэ может упасть до нуля и транзистор перестанет усиливать).
С учетом этих требований расчетная формула для определения R19 имеет вид
R19=0,4 ˑЕп/Iкр (4.4)
R19 = 71 Ом
Мощность, рассеиваемая на резисторе R19, составляет
РR19 =(Iкр)2 ˑR19 (4.5)
РR19 = 0,59 Вт.
Выбираем стандартный резистор R19 по справочнику С2-24-1.
Определяем сопротивление резистора R20 в цепи термо стабилизации по формуле
R20 0,2 Еп/Iкр (4.6)
R20 = 35,5 Ом.
Мощность, рассеиваемая на резисторе R20, равна
РR20 =(Iэр2) ˑ R20 (4.7)
При этом принимают ток эмиттера в режиме покоя Iэр примерно равным Iкр
Iэр Iкр = 0,088 А,
тогда
РR20 = 0,28 Вт.
Выбираем по справочнику резистор R20 С2-24-0,25.
Находим емкость конденсатора С9
С9=1 / 2Пfн ˑ 0,1 ˑ R20 (4.8)
С9 = 1112 мкФ.
Рабочее напряжение конденсатора С9 должно превышать максимальное напряжение на резисторе R20.
В транзисторных усилителях низкой частоты обычно используются электролитические конденсаторы типа К50-6, К50-7, К50-9, К50-12, К50-15 и др. Выбираем стандартный конденсатор С9 К50-12.
Находим напряжение между коллектором и эмиттером транзистора в режиме покоя
Uкэ р = Еп – Iкр ˑR19 – Iэр ˑR20 (4.9)
Uкэ р = 5,97 В
В семействе выходных статических характеристик выбранного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, отмечаем положение рабочей точки Р с координатами Uкэр и Iкр. Найденному положению рабочей точки соответствует ток базы Iбр. Полученное значение тока базы позволяет определить положение рабочей точки P’ на входной характеристике транзисторов, снятой при Uкэ 0, напряжение покоя участка база-эмиттер Uбэр и входное сопротивление по переменному току транзистора рассчитываемого каскада Rвх.
Uбэр = 0,24 В;
Iбр = 1,7 мА.
Для нахождения Rвх необходимо провести касательную к точке покоя Р’ и найти отношение
Rвх = МК / КР’ = 87,3 Ом.
Определяем элементы делителя напряжения в цепи базы R17 и R18. Принимаем падение напряжения на сопротивлении резистора R21 фильтра
UR21 = ( 0,1...0,2)*Еп =1,5...3 В;
UR21=3В.
Находим напряжение , подводимое к делителю R17, R18
Uд = Ек -UR21 (4.10)
Uд =12 В
Выбираем ток в цепи делителя из условия
Iд = (2...5) ˑ Iбр;
Iд=3 мА.
Определяем R17, R18 по формулам
R17 = ( Uд -UR20 - U бэр) / ( Iбр+Iд); (4.11)
R18 = ( UR20 + Uбэр) / Iд. (4.12)
Падение напряжения на резисторе R20 принимаем равным
UR20 0,1Еп=1,5 В.
Тогда рассчитываем сопротивления R17 и R18
R17 = 2198 Ом;
R18 = 596 Ом,
причем выполняется необходимое условие
R18 = (5...10) ˑRвх (4.13)
R18 = (5...10) ˑ87,3 = 436,5...873 Ом.
Определим мощность, рассеиваемую на резисторах R17 и R18
РR17 = Iд2 ˑR17 (4.14)
РR17 = 19 мВТ ;
РR18 = Iд2 ˑR18 (4.15)
РR17 = 7 мВт.
По рассчитанной мощности, рассеиваемой на резисторах и по их значениям выбираем тип резисторов
R17 - МЛТ-0,125;
R18 - МЛТ-0,125.
Рассчитаем элементы развязывающего фильтра
R21 = UR21 / (Iд+Iкр) (4.16)
R21 = 33,4 Ом ;
С8 = (10...50) / fн R21 (4.17)
С8 = 7624 мкФ.
Конкретные типы резистора R21 и конденсатора С8 уточняем после определения мощности, рассеиваемой на резисторе
PR21 =( Iд+Iкр) 2 ˑR21 (4.18)
PR21 = 0,196 Вт;
UC8 = 1,5*Ек (4.19)
UC8 = 22,5 В.
Выбираем тип резистора
R21- МЛТ-0,5
и тип конденсатора
С8 - К50-6 .
Находим амплитудное значение тока на входе каскада
Im вх =1,2 ˑIm вхсл / h21э min, (4.20)
где h21э min - минимальное значение коэффициента передачи тока транзистора рассчитываемого каскада.
Тогда получаем
Im вх = 2,6 мА.
Определяем коэффициент усиления каскада по напряжению на средних частотах по формуле
КUср = h21эmin ˑRэкв вых / Rвх, (4.21)
где Rвх - входное сопротивление рассчитываемого каскада; Rэкв вых - эквивалентное выходное сопротивление данного каскада, определяемое по формуле
Rэкв вых=R19 ˑR23 ˑRвхсл/(R23 ˑRвхсл+R19 ˑRвхсл+R19 ˑR23) (4.22)
Rэкв вых = 25,6 Ом;
КUср = 9,1.
Находим минимальное значение коэффициента усиления по мощности
КР расч = h21э min ˑ КUср (4.23)
КР расч = 277,
или в децибелах
КP расч [дБ] = 10*lgКР расч = 24.
Емкость разделительного конденсатора С10, связывающего рассчитываемый каскад с последующим , находим по формуле
С10 = 1 / 2π ˑ fн (Rэкв вых+Rвх сл)ˑМн2-1 (4.24)
С10 = 117 мкФ.
Рабочее напряжение конденсатора С10 принимаем равным
ЕС10 =1,5Еп = 22,5 В.
Производим выбор типа конденсатора:
С10 - К50-12.