0. Расчет усилителя мощности по постоянному току

Расчет усилителя мощности (выходного транзисторного каскада) выполняют графо-аналитическим методом (см. рис. 1.11). Графические построения проводятся с использованием выходных и входных статических вольт-амперных характери 21

стик транзисторов. На выходных статических характеристиках транзистора проводят так называемую линию нагрузки (пунктирная линия) каскада по постоянному току, представляющую собой геометрические места точек, координаты которых соответствуют возможным значениям положения точки покоя «П» каскада.

Аналитическое уравнение линии нагрузки имеет вид:

E_п = I_к R_н + _∆U_кэ.

В связи с этим построение линии нагрузки проводят по двум точкам, характеризующим режим холостого хода U_хх = U_кэ = E_п при I_к = 0, и короткого замыкания

U

22

_кз = 0, I_к = E_п / R_н. (E_п –стандартная величина напряжения источника питания).

В режиме АВ начальный постоянный ток коллектора I_кп составляет от максимального тока коллектора I_кп = (0,05…0,15)I_{к mах}, при этом постоянный ток базы транзистора VT2 I_бп=I_б2. Величина I_{к mах} пропорциональна U_вых.mах и U_н (см. рис. 1.11).

Откладывают значение I_кп на вертикальной оси I_к (см. рис. 1.11,б) и находят положение рабочей точки «П» на линии нагрузки. По выходным характеристикам определяют ток базы покоя I_бп,, а по входным, через полученный I_бп – значение напряжения покоя базы транзистора U_бэ.п,, обеспечивающие заданный режим работы транзистора. (см. рис. 1.11). U_{бэ п}=U_cм , где U_см- напряжения смещения.

Выбирают маломощные кремниевые диоды (VD1…VD3) в цепи делителя, с параметрами U_{обр max д} > 2E_п., обладающих высокой температурной стабильностью.

Диоды включены в прямом направлении (диод может быть один) и обеспечивают напряжение смещения транзисторов при работе усилителя мощности в режиме (классе) АВ. Прямое суммарное падение напряжения на этих диодах U_пр.д должно составлять согласно схеме (рис. 1.10) величину напряжения покоя базы транзистора VT3, равную 3U_{бэп VT3}, тоесть величину напряжения смещения U_см. И, если напряжение смещения равно максимальному прямому напряжению диода U_см=U_пр.д, то по статической вольт-амперной характеристике (ВАХ) выбранного по справочнику [16] диода согласно U_пр..д определяют прямой ток диода I_пр.д, который 22

Рисунок 1.10 - Схема электрическая принципиальная инвертирующего усилителя мощности: предварительный каскад по напряжению выполнен на ОУ (DA1); выходной двухтактный каскад выполнен на транзисторах VT1…VT4

соответствует току делителя I_дел. Если одного диода не достаточно для создания требуемого напряжения смещения U_см, то выбирают два или три однотипных диода, считая что I_дел. при этом практически не изменится [16]. Пример выбора кремниевого диода, в качестве элемента смещения согласно проведенного графо-аналитического расчета для конкретного усилителя мощности реализованного на транзисторах.

Если, согласно рис. 1.11,а напряжение смещения составит U_см=3 U_бэ.VT2=2,4В, а 2Е_п=24В то по справочнику следует выбрать 3 диода 2Д502А (КД502А). По ВАХ диода КД502А I_пр.д=f(U_пр.д) находят при U_пр.д=0,8В прямой ток диода I_пр.д=18мА, таким образом ток делителя составит I_дел= I_пр.д=18мА. Следует отметить что ток дели 23

Рисунок 1.11 – Статические и динамическая вольт-амперные характеристики биполярного транзистора включенного по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель): а  входная (переходная, базовая), б  выходная (коллекторная) и динамическая (нагрузочная) характеристика (показана пунктирной линией)

теля в каждом из 3 диодов также составляет 18мА. В курсовом проекте на ВАХ диода покажите точку нахождения прямого тока диода. Справка: предельные тактико-технические характеристики (ТТХ) диода КД502А: U_пр.д=1В, I_пр.д=20мА, U_обр.д=30В согласно справочной литературы [16].

С точки зрения обеспечения температурной стабильности точки покоя “П” транзисторов усилителя мощности необходимо, чтобы выполнялось условие

I_дел  (2…5) I_бпVT1. 24

Определяют ток базы I_{бп VT1} в режиме покоя транзистора VT1, который должен быть не больше тока покоя базы I_{бп VT3} в режиме покоя транзистора VT3.

I_бп.VT1 = I_кп.VT1 / h_{21 э VT1}, I_{кп VT1} = I_{бп VT3}.

Определяют расчётные значения величин сопротивлений резисторов R4 и R5 в цепи делителя по формуле(см. рисунок 1.10):

где U_пр.д =U_см– суммарное прямое напряжение на диодах равно напряжению смещения.

Выбирают по справочнику тип резистора R4(R5), величина его сопротивления должна соответствовать стандартному ряду E24 [7,8].

Определяют мощность резистора R4 (R5) в цепи делителя по формуле:

P = I²_дел R₄.