5. Методика расчета усилителя постоянного тока.

Рассчитать двухкаскадный усилитель постоянного тока (УПТ) с непосредственной межкаскадной связью.

Исходные данные:

Напряжение источника питания Е_к;

Максимальное изменение входного сигнала U_вх ;

Внутреннее сопротивление источника входного сигнала R_c;

Сопротивление нагрузки R_н ;

Требуемые максимальные изменения выходного напряжения

U_вых;

Изменения температуры окружающей среды t⁰_окр;

Определить:

Выбор точки покоя транзистора второго каскада.

Выбор транзистора.

Проверить режим покоя на соответствие допустимой

рассеиваемой мощности коллектора.

Сопротивление резисторов R_Э2, R_К2;

Сопротивление делителя R₁, R₂;

Сопротивление нагрузки для второго каскада R^/_Н2;

Правильность выбора тока I_К2 , для чего рассчитать требуемую амплитуду тока I_К2m;

Коэффициент усиления напряжения второго каскада К₂;

Необходимое входное напряжение второго каскада U_ВХ2;

Напряжение U_К1 в режиме покоя;

Выбрать точку покоя первого каскада;

Сопротивление резисторов R_К1, R_Э1, R_Б;

Входное сопротивление усилителя R_ВХ, коэффициент усиления

первого каскада К₁, общий коэффициент усиления напряжения К;

Дрейф выходного напряжения;

5.1. Режимы работы усилительных каскадов

В зависимости от положения рабочей точки в режиме покоя на характеристиках транзисторов, а также значения усиливаемого напряжения различают три основных режима работы усилительных каскадов, или классов усиления: А, В и С. Основными характеристиками этих режимов являются нелинейные искажения и к.п.д.

5.1.1. Режим а.

Режим А характеризуется тем, что рабочую точку П в режиме покоя выбирают на линейном участке (обычно посередине) входной и переходной характеристик транзистора. На рис. 3 для режима А показано положение рабочей точки на переходной характеристике, линии нагрузки и выходных характеристиках транзистора. Значение входного напряжения в режиме А должно быть таким, чтобы работа усилительного каскада происходила на линейном участке характеристики. В этом случае нелинейные искажения усиливаемого напряжения будут минимальными, т.е. при подаче на вход усилительного каскада гармонического напряжения форма выходного напряжения будет практически синусоидальной. Благодаря этому режим А широко применяют в усилителях напряжения. Однако он имеет и существенный недостаток – очень низкий к.п.д. усилителя.

К.п.д. усилителя определяется отношением выходной мощности к мощности, потребляемой усилителем от источника питания. Выходная мощность, создаваемая усилительным каскадом на транзисторе в режиме А,

,

где U_km, I_km – соответственно амплитуды коллекторных напряжения и тока.

Потребляемая усилителем мощность частично преобразуется в выходную мощность, а частично переходит в теплоту, выделяемую в элементах усилительного каскада. Эта мощность равна произведению постоянных составляющих коллекторных напряжения и тока транзистора:

,

Таким образом, к.п.д. усилительного каскада:

,

Как видно из рисунка 1, амплитуды переменных составляющих коллекторных напряжения и тока в режиме А меньше соответствующих постоянных составляющих, т.е. U_km < U₀ и

I_km < I₀ . Следовательно, к.п.д. усилительного каскада в режиме А всегда меньше 0,5, в действительности он редко превышает 0,35. Поэтому в усилителях мощности, для которых к.п.д. имеет существенное значение, режим А используют очень редко.

Работа усилительного каскада в режиме А

Рис. 5.1.