24. Рассчитываем режим покоя транзистора vt1.

а) Принимаем напряжение коллектора покоя транзистора VT1 (U_KП1), равным половине напряжения источника питания.

б) Составляем уравнение для коллекторной цепи VT2

,

и вычисляем ток коллектора покоя I_КП1, учитывая при этом соотношения для точки покоя :

,

,

,

Определяем коллекторный ток в граничной точке, при =0

Номинальное сопротивление резистора R4 выбираем с учетом стандартных номиналов из таблицы П2.1. Принимаем .

Определяем требуемую мощность резисторов

Могут быть использованы резисторы мощностью 0,125 Вт.

Окончательно выбираем резисторы МЛТ-0,125 - ±5% ГОСТ 7113-66.

в) Графически определяют ток базы I_БП1 и напряжение U_БП1- Для этого на семействе выходных характеристик транзистора отмечают точку A(I_KП1,U_KП1), через которую при необходимости проводят дополнительную характеристику, соответствующую I_БП1- Величину тока I_БП1 определяют методом линейной интерполяции, используя две соседние характеристики (рисунок 8). Полученную точку переносят на входную характеристику транзистора и находят U_БП2 (рисунок 9)

Рисунок 8 – Выходные характеристики транзистора КТ 395А.

Рисунок 9 – Входные характеристики транзистора КТ 395А.

25. Находим величины и в точке покоя. По данным справочника [2] . Для нахождения воспользуемся схемой на рисунке 7.

26. Оцениваем реальный коэффициент усиления каскада по формуле .

Если он значительно меньше величины, полученной ранее, то необходимо подобрать другой транзистор. В данном примере требуется коэффициент усиления = 6,32 < 6,78. Выбранный транзистор можно использовать.

27. Строим динамическую линию нагрузки (ЛН ) на семействе выходных характеристик (см. рисунок 8).

Определяем динамический режим работы транзистора. Для этого откладываем на оси абсцисс амплитуду выходного напряжения U_вых и делают вывод о правильности выбора напряжения источника питания. В данном случае источник питания выбран правильно.

Выбираем значение коэффициента нестабильности S . В практических расчетах значение коэффициента нестабильности S выбирают в зависимости от материала, из которого изготовлены транзисторы, а также в зависимости от температуры окружающей среды, при которой будет работать проектируемый усилитель. Так для германиевых транзисторов принимают S = (2...5), а для кремниевых - S = (4...10). Если коэффициент нестабильности определен в задании, то используется заданное значение. В данном случае S=8

Вычисляем эквивалентное сопротивление базового делителя с учетом требований температурной стабилизации режима.

Входное напряжение первого каскада, представляющее собой падение напряжения на параллельно включенных сопротивлении R2 и цепи база-эмиттер, определится как

28. Находим сопротивления резисторов R1 и R2.

Ранее отмечалось, что по отношению к входному сигналу резисторы R1 и R2 включены параллельно и

Без учета тока можно записать

Но

Отсюда

В соответствии с таблицей П2.1 выбираем

=18 КОм

=1,3 Ком

29. Рассчитываем ток делителя .

30. Рассчитываем мощность рассеивания резисторов R1 и R2 и выбираем их тип и номинал.

Могут быть использованы сопротивления мощностью 0,125 Вт.

Окончательно выбираем резисторы МЛТ-0,125 - ±5% ГОСТ 7113-66.

31. Вычисляем входное сопротивление предоконечного каскада R_BX1.

Согласно эквивалентной схеме для динамического режима работы по отношению к входному сигналу входное сопротивление будет определяться как сопротивление параллельного включения дедителя R_Б и цепи база-эмиттер, последовательно с резистором R4.

32. Находим коэффициент передачи цепи ООС, обеспечивающий заданную глубину обратной связи.

33. Рассчитываем сопротивление резистора обратной связи R_oc, используя выражение

Принимаем

Примечание: Емкость конденсатора С_ос выбирают достаточно большой (С_ос « С5), поэтому его омическим сопротивлением обычно пренебрегают.

Проверяем выполнение условия

для того, чтобы цепь ООС не шунтировала выходной каскад усилителя. В данном случае это условие выполняется.

Если это условие не выполняется, то надо выбрать транзисторы с большим коэффициентом усиления и повторить расчет.

34. Рассчитываем емкости разделительных и эмиттерных конденсаторов.

а). Определяем влияние отдельного конденсатора на общий коэффициент частотных искажений.

б). Находим постоянные времени перезаряда для каждого конденсатора.

в). Вычисляем емкости конденсаторов, а затем выбираем их номинальные значения из таблицы П2.2. Рабочее напряжение конденсаторов следует выбирать из условия U > Е.

Важнейшим показателем линейных усилителей является его амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Она отражает зависимость коэффициента усиления от частоты сигнала. Вид этой характеристики определяется наличием в схеме усилителя реактивных элементов. К числу последних относят разделительные и эмиттерные конденсаторы, а также емкость коллекторного перехода.

В области средних частот полосы пропускания разделительные конденсаторы обеспечивают развязку каскадов по постоянному току и в тоже время не оказывают заметного влияния на прохождение переменной составляющей входного сигнала. При снижении частоты сигнала емкостное сопротивление разделительных конденсаторов увеличивается настолько, что становится соизмеримым со входным сопротивлением каскада и образует с ним делитель напряжения для входного сигнала. В области низких частот увеличивается падение напряжения сигнала на емкостных сопротивлениях конденсаторов, что и приводит к снижению коэффициента усиления каскада. Возрастание емкостного сопротивления эмиттерного конденсатора в области низких частот приводит к появлению отрицательной обратной связи по переменному току, что также снижает коэффициент усиления.

Уменьшение модуля коэффициента усиления в области низких частот учитывается коэффициентом частотных искажений. Коэффициент частотных искажений всего усилителя (М_нус) определяется произведением, учитывающим влияние каждого конденсатора в отдельности.

При расчетах усилителей чаще всего величина М_н бывает заданной, как и в данном проекте. Поэтому задача сводится к определению для каждого конденсатора его постоянной времени перезаряда, а затем и емкости. Обычно емкости разделительных конденсаторов лежат в пределах десятков микрофарад, а эмиттерных конденсаторов - до сотен микрофарад.

Для расчета емкостей конденсаторов коэффициент М_нус и ω_н заданы в исходных данных ( ). Обычно считают, что частотные искажения сигнала распределяются поровну между всеми конденсаторами, тогда

где п - число конденсаторов.

С другой стороны, коэффициент частотных искажений, обусловленный каждым отдельным конденсатором зависит от его постоянной времени перезаряда и частоты ω_н.

Отсюда

Отсюда

Емкости конденсаторов связаны с постоянной времени выражением

где - выходное сопротивление источника сигнала (каскада); входное сопротивление каскада.

Вычисляя, получим

Аналогично вычисляются емкости остальных разделительных конденсаторов

Для эмиттерного конденсатора С5

Принимаем по таблице П.2

Номинальное напряжение всех конденсаторов – 25 В.

35. Определяем значения С_ф и R_ф. Питание всех каскадов усилителя чаще всего производится от одного источника. Для устранения условий самовозбуждения усилителя и уменьшения пульсаций напряжения, неизбежных в этом случае, отдельные каскады усилителя разделяются по цепям питания с помощью RC фильтров. При расчетах элементов фильтра обычно задаются падением напряжения на резисторе R_ф на уровне U_ф = 0,1·E. Затем вычисляют ток, протекающий через R_ф. Для многокаскадного усилителя это ток, потребляемый предыдущим каскадом

6,35+0,1+0,56=7,01 мА

Где – ток коллектора, протекающий через фильтр,

– ток базы того же транзистора,

– ток делителя в цепи смещения этого же транзистора.

Тогда

Емкость фильтрующего конденсатора С_ф вычисляют по формуле

где К_U ^_ общий коэффициент усиления усилителя.

Окончательно номинальные параметры С_ф и R_ф выбираем по аналогии с предыдущими расчетами.

100 мкФ,

36. Вычисляем полный ток, потребляемый усилителем от источника питания. Полный ток, потребляемый усилителем от источника питания, равен

= 6,35+0,1+0,56+16+0,2+1,24=24,45 мА.

где ^- значения токов, потребляемых коллекторными и базовыми цепями в каждом каскаде; - ток делителя в базовых цепях каждого каскада.

37. Рассчитываем к.п.д. усилителя. Коэффициент полезного действия усилителя рассчитывается по формуле

ПРИЛОЖЕНИЕ

Выбор резисторов и конденсаторов

В УНЧ среднего класса обычно применяют резисторы общего назначения. Их выбирают по номинальному сопротивлению допускаемому отклонению номинального сопротивления и номинальной мощности рассеивания гном-

Согласно ГОСТ 2825-67 номинальное значение сопротивление резистора должно соответствовать одному из значений таблицы П.1 .

Таблица П.1

При выборе резисторов следует учитывать, что более точные резисторы имеют более высокую цену. Порядок выбора следующий:

Определяют исходя из требований к усилителю необходимый класс точности резистора и по таблице П.1 выбирают ближайшее к расчетному номинальное значение его сопротивления.

Рассчитывают мощность, рассеиваемую резистором и выбирают резистор, для которого номинальная мощность, рассеиваемая резистором при естественной конвекции и нормальных условиях эксплуатации в 2-3 раза больше расчетной. Номинальные мощности резисторов выбираются из ряда:

0,125; 0,25; 0,5; 1,0 Вт.

3. Выбирают тип резистора исходя из условий эксплуатации, надежности и т.д.

Резисторы выпускаются следующих типов:

МЛТ - металлопленочные лакированные теплостойкие,

ОМЛТ - то же, повышенной надежности,

МТ - металлопленочные теплостойкие,

С1 - постоянные углеродистые,

С2 - постоянные металлодиэлектрические,

С4 - постоянные композиционные объемные.

Система условных обозначений, применяемая в конструкторской документации предусматривает обозначение типа резистора, его основных параметров и обозначение документа на поставку, например:

Резистор МЛТ-0,125 – 11 кОм ±5% ГОСТ 7113-66.

В качестве разделительных и фильтрующих конденсаторов чаще всего используются электролитические конденсаторы, которые выбирают по следующим параметрам: номинальная емкость, номинальное напряжение, тангенс угла потерь, ток утечки. Кроме того принимаются во внимание конструктивные параметры конденсаторов: габаритные размеры, форма выводов, способ крепления.

Параметры некоторых типов электролитических конденсаторов общего назначения приведены в таблице П.2.

Для всех приведенных конденсаторов отклонение емкости от номинального значения составляет (-20...+80)%. Тангенс угла потерь для К50-6 не более (15...45)%, для К50-12 не более (10...35)%. Конструктивно конденсаторы К50-6 оформлены в цилиндрическом корпусе с однонаправленными проволочными и однонаправленными лепестковыми выводами. Конденсаторы К50-12 также имеют цилиндрический корпус, но с разнонаправленными проволочными выводами (вар.1) или с анодным проволочным выводом по оси и крепежной лепестковой шайбой-катодом (вар.2).

Таблица П.2

Порядок выбора конденсатора следующий: из таблицы П2.2 выбирают ближайшее к расчетному значение емкости, при этом необходимо соблюдать условие: напряжение, на которое рассчитан конденсатор должно быть больше напряжения источника питания. Примеры обозначения конденсаторов в конструкторской документации:

Конденсатор К50-6 - 2 - 16В - 5мкФ;

Конденсатор К50-12 - 1 - 25В - 100мкФ.