|
1. Техническое задание
Необходимо спроектировать и рассчитать усилитель мощности со следующими параметрами:
· на выходе он должен обеспечивать при нагрузке Rн=19,8185 Ом мощность Pвых=5,7427 Вт;
· Диапазон частот работы усилителя мощности 59,5728 Гц – 59572,8 Гц;
· Значения частотных искажений Мн=1,0151, Мв=1,1Мн=1,11661;
· Значение коэффициента нелинейных искажений, которые должны обеспечивать выходной каскад усилителя мощности Kf=0,0624 %;
· Входное сопротивление усилителя мощности Rвх=0,2646 кОм=264,6 Ом;
· Входное напряжение усилителя мощности Uвх=0,0179 В;
· Аттенюатор с ослаблением 0; -0,1763 дБ; -1,763 дБ; -17,63 дБ.
2. ВВЕДЕНИЕ
Усилитель мощности предназначен для создания требуемой мощности сигнала в нагрузке. Усилитель колебаний низкой частоты – составная часть каждого современного радиоприемника, телевизора или магнитофона. Усилитель является основой радиовещания по проводам, аппаратуры телеуправления, многих измерительных приборов, электронной автоматики и вычислительной техники, кибернетических устройств.
3. Блок-схема
Выходной каскад предназначен для обеспечения заданной мощности на заданном сопротивлении нагрузки.
Повторитель 3 увеличивает входное сопротивление выходного каскада.
Аттенюатор служит для плавной и ступенчатой регулировки уровня ослабления выходного напряжения.
Повторитель 2 увеличивает входное сопротивление аттенюатора.
Усилители 1, 2 увеличивают входное напряжение до величины, необходимой для выходного каскада.
Повторитель 1 увеличивает входное сопротивление усилителя 2, для того, чтобы обеспечить величину входного напряжения и сопротивления усилителя 1 указанного в техническом задании.
4. Расчет каскадов усилителя мощности
4.1. Выходной каскад
1. Определим амплитудные значения тока и напряжения:
2. Определим Pдоп:
3. Определим Uкэ12, Uкэ13:
4. Определим Eк:
Приняв Uз = 0,7В получили Eк = 43,118В, округлим это значение до стандарта, т.е. примем Eк = 45В
5. Выберем тип транзисторов VT12, VT13 (n-p-n) соответствующий найденным параметрам:
Модель
P, Вт
U(кэ), В
I(k), A
β
f(гр), Mhz
C(к)
I(ко), А
U(бэ), В
VT12
КТ817Б
25
45
3
15
3
60
0,00005
0,7
VT13
КТ817Б
25
45
3
15
3
60
0,00005
0,7
6. Определим ток покоя VT12, VT13:
Примем Iп12,13 = 390 мА
7. Определим величину резисторов защиты:
, выбираем по Е24, R38,40 = 1,8 Ом
8. Определим ток покоя VT10, VT11:
, выбираем по E24, R37,39 = 18 Ом
9. Определим Uкэ10,11:
10. Определим мощность, рассеиваемую на VT10, VT11:
11. Выберем тип транзисторов VT10(n-p-n), VT11(p-n-p) соответствующий найденным параметрам:
Модель
P, Вт
U(кэ), В
I(k), A
β
f(гр), Mhz
C(к)
U(бэ), В
VT10
КТ815Б
10
50
1,5
20
3
60
0,7
VT11
КТ814Б
10
50
1,5
20
3
60
0,3
12. Определим величину напряжения смещения U0 по равенству:
13. Определим ток покоя транзистора VT9:
, примем Iп9 = 0,015А, тогда
14. Определим R35+R36:
15. Определим мощность, рассеиваемую на VT9:
16. Выберем тип транзисторов VT9(n-p-n) соответствующий найденным параметрам:
Модель
P, Вт
U(кэ), В
I(k), A
β
f(гр), Mhz
C(к)
U(бэ), В
VT9
КТ961Б
1
60
1,5
100
50
20
0,7
17. Выберем R35 >> Rн, то есть R35 = 200 Ом
Тогда R36 = 1449,4 – 200 = 1249 Ом = 1,249 кОм
Примем R36 = 1,2кОм.
18. Определим величину емкости C15 из условия:
Примем C15 = 47мкФ
19. Определим емкость в цепи компенсации:
Примем C18 = 220мкФ
20. Определим коэффициент передачи повторителя на транзисторах VT10 – VT13:
21. Проверим правильность выбранного значения Uкэ9:
22. Определим входное сопротивление выходного каскада в целом:
23. Величина R~ для предварительного каскада равна:
24. Найдем входное сопротивление транзистора VT9:
25. Определим коэффициент усиления предварительного каскада:
26. Определим коэффициент усиления всего выходного каскада:
27. Выбираем ток базового делителя VT9:
28. Определим резистор делителя:
Примем R30 = 910 Ом
Выберем R34 из условия R34 > Rн. Одновременно для уменьшения необходимой емкости конденсатора фильтра C16 желательно выбирать как можно больше.
Поэтому принимаем R31 = 1300 Ом = 1,3 кОм, R34 = 12000 Ом = 12 кОм
29. Определим емкость конденсатора фильтра:
Примем C16 = 3300мкФ
30. Определим неизвестные сопротивления:
31. Определим падения напряжений на резисторах:
32. Рассчитаем мощности резисторов:
Вт Вт
Вт Вт
Вт Вт
Вт Вт
Вт Вт
Вт
33. Рассчитаем напряжения на конденсаторах:
Расчет ООС:
34. Рассчитаем глубину ООС:
35. Рассчитаем входное сопротивление выходного каскада:
Примем R28 ≈ Rвх = 200 Ом
36. Рассчитаем эквивалентное сопротивление:
Примем R29 = 1600 Ом
37. Определим коэффициент усиления выходного каскада с ООС:
4.2. Повторитель 3
Нагрузкой для данного повторителя будет являться входное сопротивление выходного каскада, т.е. сопротивление R28 цепи обратной связи, а за амплитуду выходного напряжения примем входное напряжение выходного каскада, т.е.:
Rн = 200 Ом
1. Вычислим значение тока протекающего через нагрузку:
2. Определим параметры транзистора VT8:
3. Выберем тип транзистора VT8 (n-p-n) соответствующий найденным параметрам:
Модель
P, Вт
U(кэ), В
I(k), A
β
f(гр), Mhz
C(к)
VT8
КТ315Б
0,15
20
0,1
50
250
7
4. Определим значение тока базы VT8:
5. Определим падение напряжения на R24:
6. Определим параметры транзистора VT7:
7. Выберем тип транзистора VT7 (n-p-n) соответствующий найденным параметрам:
Модель
P, Вт
U(кэ), В
I(k), A
β
f(гр), Mhz
C(к)
VT7
КТ315Б
0,15
20
0,1
50
250
7
8. Определим значение тока базы VT7:
9. Определим значение тока делителя:
Выберем ток базового делителя из условия, что Iд>>Iб. Примем:
10. Найдем значение резистора R24:
11. Найдем значение резистора R23:
R23 = (5-10) кОм. Примем R23 = 10000 Ом, тогда
12. Определим падения напряжений на резисторах базового делителя:
13. Определим значения резисторов базового делителя:
14. Определяем величину Rэ~:
15. Определим входное сопротивление транзистора VT7:
16. Определим коэффициент передачи повторителя:
17. Определим входное напряжение повторителя:
18. Вычислим значение входного сопротивления повторителя:
19. Определим величину емкости конденсатора С12, исходя из условия:
Примем C16 = 100 мкФ
20. Определим напряжение на конденсаторах:
21. Определим мощности резисторов:
4.3. Аттенюатор
Аттенюатор должен обеспечивать дискретное переключение диапазонов и плавное изменение сигнала внутри них:
(-17.63 ... -1.763) дБ
(-1.763 ... -0.1763) дБ
(-0.1763 ... 0) дБ
Для нормальной работы аттенюатора необходимо выполнение следующего условия:
1. Для обеспечения максимального ослабления (-17.63 ... -1.763) дБ:
Округлим найденное значение сопротивления по раду Е24: R43=7,5кОм
Тогда максимальное ослабление в этом диапазоне будет:
2. Для диапазона (-1.763 ... -0.1763) дБ
Округлим найденное значение сопротивления по раду Е24: R42=240 Ом
Тогда максимальное ослабление в этом диапазоне будет:
3. Для диапазона (-0.1763 ... 0) дБ
Округлим найденное значение сопротивления по раду Е24: R41=22 Ом
Тогда максимальное ослабление в этом диапазоне будет:
4. Рассчитаем напряжения на резисторах аттенюатора:
Для UR25 возьмём наибольшее значение, т.е. когда ослабление наименьшее:
Рассчитаем мощности данных резисторов:
4.4. Повторитель 2
Нагрузкой для данного повторителя будет являться эквивалентное сопротивление, т.е. параллельное соединение сопротивления R44 аттенюатора и Rвх предыдущего повторителя, а за амплитуду выходного напряжения примем входное напряжение того же повторителя, т.е.:
1. Вычислим значение тока протекающего через нагрузку:
2. Определим параметры транзистора VT6:
3. Выберем тип транзистора VT6 (n-p-n) соответствующий найденным параметрам:
Модель
P, Вт
U(кэ), В
I(k), A
β
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.