FOE_Chuvakorzin

Исходные данные

Pн.max, Вт	Rн, Ом	Uвх.max, B	fн, Гц	fн, Гц	То.ср, °С
36	15	1,2	50	500	+25

Принцип действия схемы

Выходной каскад (ВК) усилителя выполнен по двухтактной схеме, что существенно уменьшает нелинейные искажения выходного сигнала. ВК работает в режиме В, что повышает его КПД. Транзисторы каскада комплементарные, то есть имеющие разные полупроводниковые структуры (p- n-р и n-p-n), но одинаковые параметры. Поэтому при воздействии на эмиттерные переходы одного и того же напряжения один из транзисторов открывается, а другой закрывается. В результате симметричные плечи двухтактной схемы каскада работают поочередно с полупериодным сдвигом на общее приемное устройство. Амплитуды токов и напряжений приемника и коллекторной цепи равны, то есть, Iн.т=Ik.т, Uн.т=Uk.э. Коллекторный ток каждого транзистора однополупериодный. Среднее за период значение такого тока Iк.ср=Iк.т/π. К закрытому транзистору прикладывается напряжение Uк.э=Eк+Uн, максимальное значение которого Uкэ.тах≈2Ек, что необходимо учитывать при выборе транзистора.

Транзисторы ВК включены по схеме с общим коллектором (ОК). Схема ОК позволяет получить высокое входное сопротивление ВК, что облегчает согласование каскада с маломощным предусилителем, и низкое выходное сопротивление ВК, что облегчает его согласование с низкоомным приемником.

Принципиальная схема показана на рисунке 1.

Uâõ

C

R1

	DA		VT1
			±Ek
1	>	2	Uí, Ií
3
			Rí
	R3		±Ek
			VT2
R2	Uîñ

Рисунок 1 - Электрическая схема усилителя мощности

1. Расчет выходного каскада
1.1. Рассчитываются			амплитудные			максимальные значения тока и
напряжения транзисторов и приемного устройства
Ik .m.max	= Iн.т.max =	2Рн.max	;	Ik.m.max	=	2 36 = 2, 2 (A).
		Rн				15
Uн.т.max	=Uкэ.т.max	= Iн.m.max Rн ;		Uн.т.max	= 2, 2 15 =33 (B).

1.2. Выбираются комплементарные транзисторы с учетом условий

Pк.доп = (0,4...0,5)Рн.max ,	Pк.доп = 0, 45 36 =16, 2	(Вт),
Iк.доп ≥ (0,8...0,9)Iк.т.max ,	Iк.доп = 0,85 2, 2 =1,87	(А),
Uк.э.доп ≥ (1,1...1,2)2Uкэ.т.max ,	Uк.э.доп =1,1 2 36 = 79, 2 (В).

Выбираем пару комплементарных транзисторов КТ816Г - КТ817Г со следующими параметрами:

Рк.доп = 25 Вт, Iк.доп = 3 А, Uкэ.доп =	80 В,
β(h21э) = 25, Iкбо = 0,1 мА, fгр = 3 МГц, Iб.доп = 1	А, Тст.доп = +150°С.

1.3. Рассчитывается поверхность теплоотдачи охладителя из условия допустимого нагрева полупроводниковой структуры транзистора при максимальной мощности Рк.max, рассеиваемой его коллектором, см2

Sохл ≥	1000Рк.max	;	Sохл =	1000 36	=360	(см	2	).
	(Tст.доп −То.ср )Кт			(125 −25) 1

1.4. На семействе выходных ВАХ строится линия нагрузки (ЛН), проходящая через точки П и А. Точка П характеризует режим работы транзистора по постоянному току, когда Uвх=0 (режим покоя), а точка А – динамический режим при максимальном входном напряжении. При работе ВК в режиме В точка П лежит на выходной ВАХ при токе базы Iб=0. Положение точек П и А определяются координатами соответственно:

Iкп = Iкэо = (1 + β)Iкбо,		Iкп = (1 + 25)·0,1 = 2,6 мА,
IкА = Iкэо + Iкэ.т.max ,		IкА = 2,6 +2060 = 2062,6 мА,
UкэА	=Uкэ.min ,	UкэА = 2,5 В,
Uкэ.п	=Uкэ.min +Uкэ.т.max ,	Uкэ.п = 2,5 + 33 = 35,5 В.

По характеристикам находим:

Uбэ.m.max = 0,81 B,

Iб.m.max = 60 мА.

1.5. Рассчитывается напряжение источника питания

Eк =Uн.m.max +Uкэ.min ;

Eк = 33 +2,5 = 35,5 В.

Принимаем Eк = 40 В.

1.6. Рассчитывается КПД каскада

	η	вк	=	Рн.max	,
				Р
				пот. max .вк

где Р	=		2	Е	I		;
		π
пот.max.вк				к		к.m.max

	Рпот.max.вк =	2	40 2, 2 =56	(Вт),
		3,14

ηвк = 3656 = 0,64 .

1.7. Рассчитывается входное сопротивление каскада

Rвх.вк = rвх +(1+βд )Rн ,

где rвх – динамическое входное сопротивление каскада,

r

=

Uбэ.m.max

;

r = 0,81

=13,5

(Ом).

вх

Iб.m.max

вх

0,06

βд

=

I

к

;

βд =

2,06

=34,3 .

I

0,06

б

Rвх.вк =13,5 +(1+34,3) 15 =543 (Ом).

1.8. Рассчитываются максимальные значения входного напряжения и тока выходного каскада

Uвх.т.max.вк	=Uбэ.т.max +Uн.m.max ;					Uвх.т.max.вк = 0,81+33 =33,81(B);
Iвх.m.max.вк	=	U		вх.т.max.вк	; Iвх.m.max.вк =		33,81	= 0,062	(А) ≈ 0,06 А .
				Rвх.вк			543

Iвх.т.тах.вк = Iб.т.тах – расчет выполнен верно.

1.9. Рассчитываются коэффициенты усиления напряжения, тока, мощности каскада

kи.вк	=		Uн.т.max			,	kи.вк =		33	= 0,976,
		Uвх.т.max						33,81
ki.вк	=		I	н.т.max	,		ki.вк =	2,06		=33, 2,
		Iвх.т.max						0,062

kp.вк = kи.вкki.вк ,	kp.вк = 0,976	33, 2	=32, 4.

2. Расчет предусилителя

2.1. Выбирается ОУ на основании параметров:

Uвых.m.max.oy	=Uп −2,				Uвых.m.max.oy = 40 −2 =38 В,
Uвых.m.max. р.oy		=Uвх.m.max.вк ,			Uвых.m.max.р.oy =33,81 В,
Iвых.m.max.oy		U	вых.m.max. p.oy		Iвых.m.max.oy = 0,062 А.
	=				,
			Rвх.вк

Выбирается операционный усилитель СА741С фирмы RSA. Его параметры:

UU==4036В, В, I	вх	<500 нА, К	у	=86 дБ =104,3 , R < 0,3 МОм, f	пр	=1 МГц,
п п				вх
Rвых =75 Ом.

2.2. Рассчитываются параметры резисторов ОУ и проводится их выбор. Принимаем сопротивление резистора R2 =10 кОм, тогда:

	ku	=		U	н.max	,	ku	=	33	= 27,5
			Uвх.max						1, 2
	R3 =(ku −1)R2 ,					R3 =(27,5 −1)10 ≈ 265 (кОм)
	R = R					||	R =		R2 R3		,
		1			2		3		R2	+ R3

R1 = 265265+1010 =9,64 ≈10 (кОм).

Мощность энергии, выделяемая на каждом из резисторов:

PR1	=	U				вх2	.max		,						1, 22			= 0,144 10−3 (Bm),
						R							P	=
							1				2		R1		104
						U		н.max										33		2		4		−3
PR 2												R2 ,	PR 2	=						10			≈ 0,144 10 (Вт),
	=				R			+ R									275 10		3
							2		3											2
						Uн.max					2		P	=				37			265		103 =3,82 10−3		(	Вт	.
																			3
PR3												R3 ,	R3													)
	=																275 10
				R				+ R
							2		3

Выбираем резисторы типа:

R1: МЛТ – 0,01 – 10 кОм ± 10%; R2: МЛТ – 0,01 – 10 кОм ± 10%; R3: МЛТ – 0,01 – 270 кОм ± 10%.

2.3. Рассчитываются параметры элементов УМ, обеспечивающих пропускание заданной полосы частот усиливаемого сигнала.

	C ≥ (1...10)	1	;	C =		10	=3,18 10−6 (Ф)
		2πfнR1			2	3,14 50 104

Выбираем полистирольный конденсатор К71−4 −160В−4мкФ±20% . Выбираем наименее точные элементы по требованию минимальной

стоимости усилителя мощности (УМ).

Частотное искажение:

f

в

≤ f

в.оу

=

f1

=

f1

,

1

+ R / R

К

u.ос

3

2

fв.оу

=

106

=36, 4 103 (Гц) > fв = 500 (Гц).

1

+265 /10

Следовательно, необходимая (заданная) полоса пропускания полностью и без искажений укладывается в частотный диапазон ОУ.

3. Расчет основных параметров УМ.

Rвх = R1 =10 кОм

Iвх =	Uвх.max	=	1, 2	= 0,12(мА),
			104
	Rвх

Мощность входного сигнала

Рвх.max = Uвх.max Iвх.max =1, 2 0,12 10−3 = 0,144(мВт)

Коэффициенты усиления

KU

=

Uн.max

,

KU =

33

= 27,5,

Uвх.max

1, 2

K

I

=

I

н.max

,

k

I

=

2,06

=33, 2

10

3

,

Iвх.max

0,062 10−3

KP

= KI KU ,

kp.вк

=33, 2 103 27,5 =913 103.

Коэффициент полезного действия

ηвк

= Р

+ Р

,

Рн.max

пот.max.вк

пот.max.оу

где

Р

=

2

Е

I

;

Р

=

2

40 0,062 =1,6

(Вт),

пот.max.оу

π

к

вых.m.max.оу

пот.max.вк

3,14

ηвк = 5636+1,6 = 0,625 .

Библиографический список

1.Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1982.

2.Основы промышленной электроники /Под ред. В.Г. Герасимова- М.: Высшая школа, 1986.

3.Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высшая школа, 1991.

4.Резисторы. Справочник / Под ред. И.И. Четверткова. - М: энергия, 1981.

5.В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып 109 / Сост. И.Н. Алексеева. - М.: Патриот, 1991.

6.Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник / Под ред. Г.С. Кучинского. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

7.СТП ВятГТУ 1012000. Общие требования к оформлению текстовых документов.