2. Расчет выходного каскада

Согласно заданию выходной каскад будет двухтактным на транзисторах разной проводимости, подключенные по схеме с ОЭ, работать будет в режиме B, питание от двух источников. Режим B повышает КПД, но создает значительные искажения в сигнале. Для выбора транзисторов вычислим следующие параметры:

, , , ,

С помощью вычисленных характеристик можно определить подходящую комплементарную пару транзисторов KT816Б/KT817Б. Но проверив максимально возможное значение тока коллектора , выясняем, что вычисленное значение превышает максимальный ток коллектора транзистора . В таком случае возьмем комплементарную пару транзисторов КТ818A/КТ819А.

Вычислим максимальную величину базового тока транзисторов выходного каскада необходимую для обеспечения заданной мощности в нагрузке:

, по графику входной характеристики примененного транзистора определяем максимальное значение напряжения перехода база-эмиттер

По графику видно, что .

Максимальное входное напряжение на входе транзистора оконечного каскада, необходимое для обеспечения мощности в нагрузке:

,

Входное сопротивление транзистора не удовлетворяет минимальному выходному сопротивлению ОУ(>2кОм), значит, потребуется еще одна промежуточная комплементарная пара транзисторов.

Т.к. выходной каскад реализуется по схеме с ОЭ, то потребуется задаться коэффициентом усиления по напряжению усилителя с обратной связью . Величина напряжения сигнала, поступающего на вход промежуточного каскада усилителя мощности .

Выберем комплементарную пару транзисторов KT502A/KT503A

, ,

Полное входящее сопротивление промежуточного каскада: . Величины резисторов цепи эмиттера и обратной связи оконечного усилителя мощности:

Максимально возможный коэффициент усиления по напряжению

. Условие выполняется.

, .

Рис.1. Схема выходного каскада

3. Расчет входного каскада – каскада усиления напряжения на операционных усилителях

Критерии выбора ОУ: , , . Чтобы на верхней частоте ОУ должен обеспечивать расчетный коэффициент усиления.

По приведенным параметрам подходит ОУ K544УД1А.

Рассчитаем коэффициент усиления ОУ:

Коэффициент усиления без ООС: , где . , т.к. выходной каскад строится по схеме с ОЭ.

Составим АЧХ и проверим возможность поддерживать нужный коэффициент усиления на верхней границе частоты.

Видим, что для поддержания нужного коэффициента усиления на верхней границе частоты нужно 2 ОУ. Коэффициент усиления для каждого ОУ вычисляется следующим образом: .

Рассчитаем резисторы и для каждого из 3-х ОУ:

Зададимся , .

4. Расчет цепи общей отрицательной обратной связи

Для расчета можно использовать идеализированное выражение:

, примем

отсюда .

По формуле для вычисления нестабильности коэффициента усиления можно определить разбросом номинала резистора , задавшись номиналом разброса резистора .

, учитывая соотношения и , можно пренебрегать, отсюда получается следующая формула:

.

Зададимся номиналом разброса резистора 1%, т.е. , зная получим:

;

Получаем разброс номинала резистора равный 1%.

5. Расчет и выбор номиналов резисторов и конденсаторов

Рассчитаем ток протекающий через резистор .Который состоит из .

, , ;

Отсюда

Итого:

Для подавления постоянного напряжения смещения на выходе УМ на его входе рекомендуется устанавливать разделительный конденсатор, а также ввести конденсатор в цепь общей отрицательной связи.

,

Где , здесь ;

; ;

Итого:

и

6. Расчет частотных искажений в области высоких частот

Коэффициент частотных искажений выходного каскада в высокочастотной области определяется по формуле

, где , , ,

;

Для промежуточного каскада:

, где , , ,

;

Рассчитанное значение меньше заданного =1,41.

7. Принципиальная схема и перечень элементов

Конденсаторы:

Операционные усилители:

Резисторы:

Транзисторы:

, , ,

8. Расчет нелинейных искажений

Таблица расчетных данных для ¼ амплитуды выходного тока:

0	0	0	0	0	0	0
0,047	0,2585	0,001567	0,037973324	2,08889E-05	0,241521	0,268997
0,097	0,5335	0,003233	0,066950579	4,31111E-05	0,309262	0,454856
0,147	0,8085	0,0049	0,089390154	6,53333E-05	0,349279	0,623584
0,197	1,0835	0,006567	0,107705702	8,75556E-05	0,377781	0,784493
0,247	1,3585	0,008233	0,123180293	0,000109778	0,399935	0,940808
0,297	1,6335	0,0099	0,136578052	0,000132	0,418061	1,094069
0,347	1,9085	0,011567	0,148391046	0,000154222	0,433399	1,245145
0,397	2,1835	0,013233	0,158954841	0,000176444	0,446695	1,394575
0,447	2,4585	0,0149	0,168508552	0,000198667	0,458429	1,542719
0,501	2,7555	0,0167	0,177894429	0,000222667	0,469724	1,701559

Зададимся коэффициентом асимметрии:

По графику найдем токи , которые соответствуют расчетной амплитуде напряжения входного сигнала, ее половине и точке покоя.

, ,

По найденным значениям можно определить значения , которые вычисляются по формулам:

; ; ; ;

;

Вычислив можно определить постоянную составляющую выходного тока и амплитудные значения его первой, второй, третьей и четвертой гармоник:

; ;

; ;

;

Для проверки проверим условие :

С учетом допустимой погрешности условие сходится, вычисления произведены правильно.

С учетом обратной связи:

.

Заданному коэффициенту рассчитанный коэффициент гармоник усилительного каскада с учетом обратной связи удовлетворяет. Из расчетов хорошо видно, что отрицательная обратная связь, охватывающая усилитель мощности уменьшает нелинейные искажения.

9. Выводы

На мой взгляд, данная работа чрезвычайна важна для любого специалиста, который будет работать с электроникой, эта работа отлично закрепляет теоретические знания и помогает устранить пробелы в знаниях. Для себя я открыл новые знания, которые возможно пропустил в курсе лекций, например, что коэффициент усиления ОУ задается резисторами, как решить проблему с требуемой нагрузкой ОУ, узнал, что номиналы радиодеталей изготавливаются в соответствии с назначенным рядом, а каждому ряду соответствует допуск, узнал как поддержать нужный коэффициент усиления ОУ на высокой частоте. Приобрел навыки проектирования усилителя мощности, выбора радиодеталей, расчета нелинейных искажений. Увидел полезность действия отрицательной обратной связи. Для меня эта работа была очень полезной, она систематизировала знания, полученные в курсе теоретических лекций, показала зачем нужен УМ и как его проектировать.