Аналогові електронні пристрої (стр. 2 из 3)
Розрахувати підсилювач потужності середнього класу якості.
Вихідні дані:
потужність на виході Rн = 50 Вт,
опір навантаження RН = 8 Ом,
напруга сигналу на вході UВХ = 1,8 В,
нижня гранична частота fН = 20Гц,
гранична частота транзисторів fa³ 3 МГц,
режим АВ, напруга живлення - симетрична.
Вибір схеми підсилювача
Згідно до вимог, які ставляться до підсилювачів середнього класу якості, складемо таку схему (рис.2.1): вхідний каскад - диференційний на транзисторах VT1 і VT2 (відмінна стабільність за постійним струмом, між каскадами не потрібні розділювальні конденсатори, два входи), проміжний каскад - підсилювач зі СЕ на транзисторі VT3, вихідний каскад - двотактний емітерний повторювач на транзисторах VT4 і VT5, між базами яких включені діоди VD1…VD3 для зміщення каскаду в стан провідності (для поліпшення температурної компенсації діоди повинні мати тепловий контакт з вихідними транзисторами), режим роботи АВ, вихідна напруга надходить в коло зворотного зв’язку R4, R5, C2 (наявність С2 означає, що коефіцієнт зворотного зв’язку за постійним струмом дорівнює одиниці, це мінімізує дрейф і гарантує зневажено мале значення постійної напруги на виході підсилювача - тому не потрібні конденсатори на виході). За допомогою резисторів R7, R8 виконується невеликий зворотній зв’язок за струмом, який поліпшує стабільність за постійним струмом.
Рисунок 2.1 - Схема підсилювача потужності з НЗЗ.
Розрахунок схеми:
1. Визначаємо за невеликим запасом потужність, яку повинні віддавати транзистори обох плеч каскаду
Р~³ 1,1· Рн. (2.1)
Р~³ 1,1· 50 ³ 55 Вт.
Приймаємо потужність, яку повинні віддавати транзистори обох плеч каскаду Р~= 60 Вт.
2. Потрібна амплітуда напруги на навантаженні
(2.2) 
= 31 В.3. Максимальній вихідний струм (струм колектора)
(2.3) 
= 3,9 А.
4. Потрібна напруга живлення
(2.4) 
= 64 В.де Uк min - напруга на колекторі, що відповідає початку лінійної частки характеристик колекторного струму. Приймаємо Uк min = 1,0 В.
5. Вибираємо потужні транзистори протилежного типу провідності (так звану комплементарну пару) VT4 і VT5 за потужністю Р~і
. За довідковими даними позначаємо середнє значення bо. Транзистори, які можуть бути використані в даній схемі - це КТ 816В та КТ 817В, їхні параметри: КТ 818АКТ 819АPк max = 25 Вт,Pк max = 25 Вт,
Uкбо= 60 B,Uкбо= 60 B,
h21е³ 25,h21е³ 25,ІКМ = 3А, ІКМ = 3А,
fa³ 3 МГц, fa³ 3 МГц,
тир p-n-pтир n-p-n
Приймаємо середнє значення bо рівним 25 для VT4 і VT5.
6. Підсилювач класу АВ повинен мати достатньо великий струм спокою у момент переходу сигналу через нуль, тобто тоді протягом деякого інтервалу часу обидва транзистори находитимуться у стані провідності, що забезпечується за допомогою діодів VD1…VD3 зміщених у прямому напрямку. Вони повинні забезпечити потрібну напругу зміщення DU. Яка створюється сумою напруг база-емітер Uбе обох транзисторів VT4 і VТ5 і Іо (R7 + R8), тобто DU = 2Uбе + Іо (R7 + R8). Звичайно приймають для потужних транзисторів Uбе = 0,6В (кожному транзистору потрібні 0,6 В на переході база-емітер для того, щоб через нього протікав помітний струм).
Струм спокою Іо слід вибрати з мінімуму перехідних нелінійних спотворень. Якщо потужність на гучномовці обмежена 1 Вт, то Іо = 5…10 мА. Для потужності 10…30 Вт - Іо = 40…60 мА. Тому обираємо струм спокою рівний Іо = 60 мА. Опір резисторів R7,R8 вибирають не більш як декілька ом або менше, а падіння напруги на них дорівнює не більш декількох частин вольта. Разом з тим вони ввімкнути послідовно з Rн і тому зменшують потужність, яка віддається в навантаження. Виходячи з цього доцільніше прийняти Іо (R7 + R8) = Uбе= 0,6В і визначаємо R7 = R8, тобто
R7 = R8 = Uбе / Іо × 2 (2.5)
R7 = R8 = 0,6/ (100 × 10-3× 2) = 3 Ом.
Із ряду номіналів Е24 приймаємо резистори рівні 3 Ом.
Приймаємо потужність резисторів рівною 0,125 Вт.
Для роботи транзисторів VT4 і VТ5 потрібні 0,6 В на переході база-емітер, для цього потрібні три діоди, кожен з котрих дає Uд = 0,6 В.
7. Вибираємо діоди 2Д 106А. Находимо з ВАХ (додаток Б)
струм Ід = 20 мА, який потрібен для отримання Uд.
8. Вхідний сигнал до двотактного каскаду знімається з колектора проміжного каскаду на VT3, у якому R6 є колекторним резистором і формує струм Ід для зміщення діодів, тому струм спокою VT3 І03 = Ід = 20 мА, а на резисторі R6 падає приблизно “-Еж". Визначаємо опір резистора
R6 = Еж / Іоз. (2.6)
R6 = 64/0,02 = 3,2 кОм.
Із ряду номіналів Е24 приймаємо резистор рівний 3,24 кОм.
9. За номінальним вихідним струмом і середнім коефіцієнтом підсилення за струмом b0 вибраних транзисторів VT4, VT5 струм колектора VT3.
(2.7) 
0,156 А.10. Потужність, яка розсіюється транзистором VT3 у режимі спокою,
Р3 = Еж× І03. (2.8)
Р3 = 64 × 0,02= 6,4 Вт.
Вибираємо транзистор VT3 за критерієм надійності. ГТ 406В
Pк max = 10 Вт,
Uкбо= 80 B,
h21е³ 30,ІКМ = 5А,
fa³ 3 МГц,
тир p-n-p
Позначаємо b3 = 25
11. База транзистора VT3 приєднана до колектору VT1, тому резистор R2 треба вибрати таким, щоб струм спокою VT1 створював падіння напруги UR2 = UД, тоді струми ІК1 і ІК2 диференційної пари будуть рівні між собою. Виходячи з цього UR2 = Uд = 0,6 В. Вибираємо значення струмів ІК1 = ІК2 (диференціальний каскад працює з малими струмами, наприклад 1 мА), тоді визначаємо:
R2 = UR2/ІК1. (2.9)
R2 = 0,6/1× 10-3 = 600 Ом.
Із ряду номіналів Е24 приймаємо резистор рівний 620 Ом.
Приймаємо потужність резистора рівною 0,125 Вт.
12. Потенціал емітерів VT1,VT2 в режимі спокою можна прийняти рівним нулю, тоді струм
Іе = Іе1 + Іе2 = (-Еж) / R3. (2.10)
Звичайно:
Іе @ ІК1 + ІК2 (2.11)
Іе = 1 ∙ 10-3 + 1 ∙ 10-3 = 2 мА
Визначаємо R3 за формулою:
R3 = (-Еж) / Іе. (2.11), R3 = 64/2 ∙ 10-3 = 32 кОм.
Із ряду номіналів Е24 приймаємо резистор рівний 32,4 кОм. Приймаємо потужність резистора рівною 0,125 Вт.
13. Для забезпечення міцності на пробій VT1 і VT2 слід вибрати транзистори, які мають:
Uке³ 2 × Еж, (2.12)
Uке³ 2 × 64 ³ 128 В.,
малий тепловий струм і достатнє високий коефіцієнт. За даними параметрами вибираємо транзистори КТ 630В.
Uке max= 150 B,
h21е= 40...120,ІКМ = 1 А,
fa³ 3 МГц,
Визначаємо середній коефіцієнт підсилення транзисторів:
b1 = b2 = (40 + 120) / 2 = 80.
14. Коефіцієнт підсилення підсилювача по напрузі:
(2.13) 
= 11,1.15. Для сигналу коефіцієнт зворотного зв’язку bзз = R5/ (R4+R5). Треба вибрати опір R4. Звичайно для симетричної роботи диференціального підсилювача опори баз VT1 і VT2 повинні бути рівними, тобто R4 = R1. Паралельне з’єднання R1 та опір з боку бази VT1 визначає вхідний опір підсилювача. З цих умов вибираємо R4 = R1 = 50…100 кОм.
Із ряду номіналів Е24 приймаємо резистори номіналом 50 кОм.
Приймаємо потужність резисторів рівною 0,125 Вт, тому, що через них протікають малі струми.
Тоді:
R5 = R4/ (Кu - 1). (2.14)
R5 = 50 × 103/ (11,1 - 1) = 5 кОм.
Струми через резистор протікають не значні, тому приймаємо його потужність рівною 0,125 Вт.
16. Ємність конденсатора кола зворотного зв’язку С2 розраховується виходячи з нижніх граничних частот fН
(2.15) 
= 1,59 мкФ.Із ряду номіналів приймаємо конденсатор рівний 2 мкФ.
17. Ємність розділювального конденсатора визначається з умови:
1/wC1 = Rвх / 10, (2.16)
де Rвх @ R1, звідси:
(2.17) 
= 0,16 мкФ.Із ряду номіналів приймаємо конденсатор рівний 2 мкФ.
Аналіз схеми. Коло ЗЗ розімкнуто у точці В, а правий вивід R4 заземлений. Вхідний опір підсилювача визначається паралельним з’єднанням опору R1 і вхідному опору транзистора VT1, який складається з збільшеного в h21е разів власного емітерного опору rе плюс опір з боку емітера VT2 з урахуванням кола ЗЗ (R5):
, (2.18)де rе = 25/Ік [мА].
Rвх = 80 × (2 × (25/5) × 10-3 + 5 × 103/80) = 5 × 103 Ом.
Вихідний опір підсилювача:
Rвих = (Rе / h21е + R7). (2.19)
де опір Rе = R6, тому що на вихідні транзистори практично працює джерело з опором R6 (опір колектора VT3 значний).
Rвих = (3,2 × 103/25+ 3) = 131 Ом.
Опір навантаження диференційного каскаду визначається паралельним з’єднанням R2 і вхідним опором з боку Rбе транзистора VT3. Тоді коефіцієнт підсилення диференціальної пари
,