Расчет усилителя мощности низкой частоты

курсовая работа

2. Электрический расчет

2.1 Расчет выходной каскада (Двухтактный транзисторный каскад мощного усиления)

1. Взяв кпд выходного трансформатора равным 0,8 для мощности 7 Вт, найдем мощность, которую должен отдавать один транзистор:

Так как допустимый коэффициент гармоник достаточно велик, для увеличения коэффициента усиления мощности каскада включим транзисторы с общим эмиттером.

2. Подходящим для каскада является кремниевый транзистор типа 2N4920, имеющий максимальную мощность рассеяния Рмакс=30 Вт, допустимое напряжение коллектор-эмиттер при повышенной температуре Uкэдоп=80 В, fгрмин=3МГц.

Рисунок 4 - Принципиальная схема двухтактного выходного каскада

Вследствие большого диапазона температур в рассчитываемом каскаде применим эмиттерную стабилизацию. Для уменьшения разбалансировки тока покоя в схему введем сопротивление RЧ э и RЧ Ч э, тогда принципиальная схема каскада будет иметь вид, изображенный на рис. 5

3. Выберем исходный режим для данного транзистора:

4. На семействе выходных статистических характеристик транзистора 2N4920 для включения с общим эмиттером отмечаем точку покоя 0 с координатами Uкэо=36В, =0,32А и для сопротивления коллекторной цепи по переменному току

Ом

проведем через нее нагрузочную прямую.

()

Из рисунка видно, что остаточное напряжение коллектор-эмиттер Uкэ ост? 0,05 В, пренебрегая остаточным током коллектора и считая Iк мин?0, отметим крайние положения рабочей точки (точки 1 и 6) на нагрузочной прямой. Графическим способом определим амплитуды входного напряжения и тока: Uкм = 35,95В, Iкм = 0,48А. Рассчитаем выходную полезную мощность:

< Pн.

Определим ток смещения базы Iбо, соответствующий найденной точке покоя при минимальном значении статического коэффициента усиления тока транзистора

мА

По входной характеристике (рисунок 2, приложение А) определим требуемую входную амплитуду напряжения и тока:

,

Входное сопротивление транзистора определим по формуле:

5. Рассчитаем делитель смещения. Для этого зададимся током делителя:

Тогда:

.

Отсюда:

).

Отсюда:

6. Рассчитаем входное сопротивление плеча и требуемую входную мощность:

, где

Следовательно,

Рассчитаем коэффициент усиления по мощности:

Найдем величину стабилизирующих сопротивлений схемы:

Ом

Сопротивления RЧ э и RЧ Ч э возьмем по 1 Ом; тогда сопротивление Rэо, состоящее в общем проводе эмиттеров, должно быть

7. Произведём электрический расчёт трансформатора Tp2. Коэффициент трансформации будет равен:

,

где - выбранное расчётное сопротивление для транзистора одного плеча.

.

Индуктивность первичной обмотки трансформатора:

Где Fmin - нижняя граница спектра усиливаемых частот, Mн.тр - коэффициент частотных искажений в области нижних частот, отведённый на рассчитываемый трансформатор, r1n - активное сопротивление половины первичной обмотки трансформатора :

Сопротивление вторичной обмотки трансформатора:

.

8. Определим коэффициент частотных искажений по верхней частоте:

9. КПД каскада найдём по следующей формуле:

11. Рассчитаем нелинейные искажения каскада, для чего построим нелинейную характеристику плеча, используя входные и выходные характеристики транзистора. При этом для каждой j точки нагрузочной характеристики рассчитывают:

.

Снимая значения Ikj для каждой точки характеристики, а также и с входной характеристики строят зависимость .

Таблица 2 - данные для построения сквозной характеристики

Uбэ j, В

Iб j, А

Eист j, В

0,82

0,011

3,269

0,84

0,012

3,51

0,88

0,018

4,887

0,9

0,021

5,575

0,92

0,026

6,708

Где - сопротивление транзистора предвыходного каскада. По полученной характеристике графическим способом определяем:

Далее рассчитываем значения тока результирующей сквозной характеристики с учётом асимметрии плеч ():

Рассчитаем амплитуды гармоник тока:

Определим коэффициент гармоник каскада:

= 0,009 = 0,9%.

2.2 Расчёт предоконечного каскада

Рисунок 5 - фазоинверсный каскад

В нашем случае предоконечный каскад будет являться фазоинверсным резистивным каскадом (резистивным ввиду того, что Pвх выходного каскада лежит в пределах от 1 до 2мВт). Исходными данными для расчёт будут являться входные параметры выходного каскада: , ,

1. Выберем транзистор:

- по максимальному напряжению

- по максимальному току .

- по частоте .

Транзистор марки 2N4399.

Таблица 3 - параметры транзистора 2N4399

Параметр

Ikmax,А

Uкэmax, В

h21Э

Tkmax, 0С

Fmax,МГц

Pkmax

Значение

30

60

15….60

175

4

5

2. Выберем исходный режим работы транзистора:

Выходное сопротивление транзистора равно:

3. Рассчитаем и :

4. Определим ток базы при заданном токе коллектора:

где

Отсюда:

По графику входные ВАХ (рисунок 4, приложение B) определим напряжение база-эмиттер:

.

5. Рассчитаем коэффициенты усиления по току и напряжению:

- коэффициент усиления по напряжению,

где - эквивалентное сопротивление нагрузки.

- входное сопротивление транзистора ФИК:

где - ток ООС, сопротивление rб = 0,1 Ом.

.

.

Коэффициент усиления по току найдём по следующей формуле:

где - входное сопротивление транзистора следующего каскада.

Коэффициент усиления по мощности:

6. Рассчитаем требуемые входные амплитуды тока и напряжения

где - напряжение на входе транзистора выходного каскада

= 0,054 В.

7. Рассчитаем схему стабилизации рабочей точки транзистора. Зададимся током делителя . Определим и:

8. Рассчитаем разделительные ёмкости Cp2 и Cp3:

где Mнс2 = 3дБ, Mнс3 = 3дБ - коэффициенты частотных искажений, отведённые на эти разделительные ёмкости, в области малых частот.

Выходное сопротивление нижнего плеча фазоинверсного каскада Rвых.инв определяется выражением:

Где - внутреннее сопротивление эквивалентного источника сигнала для ФИК.

Где - эквивалентное сопротивление делителя смещения, - сопротивление в цепи коллектора каскада, предшествующего ФИК. Так как предшествующий каскад - эмиттерный повторитель, то сопротивление в цепи коллектора для него будет равно (по справочнику).

Тогда:

9. Рассчитаем частотные искажения каскада в области высоких частот. Оценим ёмкость, нагружающую каждое плечо инверсного каскада:

Где :

Тогда:

Коэффициент частотных искажений:

Где

= 1,015

10. Найдём ёмкость Cp1:

Где

2.3 Расчёт эмиттерного повторителя

Рисунок 6 - эмиттерный повторитель

1.Выберем транзистор по следующим критериям:

Uкэ max>27В. Fh21э >60кГц.

Транзистор марки BD536 (таблица 5).

Таблица 5 - параметры биполярного транзистора BD536

Параметр

Ikmax,А

Uкэmax, В

h21Э

Tkmax, 0С

Fmax,МГц

Pkmax

Значение

4

60

25….100

175

3

50

2. Зададимся напряжением U0kэ = 24В, током I = 17.4мА. Тогда по графику входные ВАХ (приложение C рисунок 7)определим напряжение U0бэ , если ток I = I/h21э = 0,0174/50 = 0,0003 = 3мА, при h21э = (h21эmin * h21эmax)-1/2 = 50. U0бэ = 0,8В. каскад усилитель транзистор радиоприемник

3. Вычислим сопротивления Rэ и Rб для нашей схемы:

4. Входное сопротивление эмиттерного повторителя:

Где

.

5. Рассчитаем коэффициенты усиления по напряжению, току, мощности:

6. Найдём ёмкость на входе каскада

7. Рассчитаем коэффициент усиления по мощности для всего усилителя:

Полученный коэффициент приблизительно равен .

Делись добром ;)