Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
6.1.4.1 Вихідні дані
У результаті попереднього розрахунку (розділ 5) було складено схему ПНЧ, в яку входять декілька однотипних каскадів попереднього підсилення з СЕ.
Виконаємо розрахунок каскаду попереднього підсилення, схема електрична принципова якого наведена на рис. 6.1, за такими вихідними даними (загалом отримуються у результаті попереднього розрахунку):
1) напруга на виході каскаду Uвих.т = 7,5 В;
2) опір навантаження Rн = 1200 Ом;
3) напруга джерела живлення ЕК = 30 В;
4) нижня межа частот f н = 75Гц, верхня межа частот f в = 19,5 кГц;
5) допустимі значення коефіцієнтів викривлень в області нижніх частот Мн = 1,15, в області верхніх частот Мв = 1,12.
Як і для попереднього розрахунку, вважаємо, що ПНЧ працює у стаціонарних умовах.
6.1.4.2 Необхідно визначити:
1) тип транзистора VT1 (уточнити правильність попереднього вибору);
2) режими роботи транзистора;
3) опори резисторів дільника R 1, R 2;
4) опір резистора колекторного навантаження R 3;
5) опір резистора в ланцюгу емітера R 4;
6) ємність розділяючих конденсаторів С1, С2;
7) ємність конденсатора в ланцюгу емітера С 3;
8) гарантовані значення коефіцієнтів підсилення каскаду за струмом К I, напругою К U та потужністю К P.
При побудові схеми каскаду будемо використовувати елементи з допустимим відхиленням від номінальної величини ± 5% (ряд Е24; керуючись цим, в результатах розрахунку можна залишати не більше трьох значущих цифр).
6.1.4.3 Порядок розрахунку
6.1.4.3.1 Перевіримо правильність попереднього вибору транзистора:
1) допустима напруга між колектором та емітером повинна перевищувати напругу джерела живлення
UK max > EK; (6.1)
2) величина допустимого струму колектора повинна перевищувати максимальне значення струму у колекторному колі транзистора
IKmax > (I0K + IKm), (6.2)
де I0K – струм спокою у колі колектора;
IKm – амплітуда змінної складової струму у колі колектора;
IKm = U вих. m / Rн», (6.3)
де – еквівалентний опір навантаження каскаду за змінним струмом. При цьому R 3є навантаженням за постійним струмом.
З огляду на те, що даний каскад є підсилювачем потужності, для забезпечення максимальної передачі потужності задаємо:
R 3 = Rн, (6.4)
тобто R 3= 1200 Ом,
(до речі, за умови підсилення напруги задають R 3 << Rн, а при підсиленні струму R 3 >> Rн), тоді:
Ом;
IKm мА.
Для забезпечення економічності каскаду за мінімальних нелінійних викривлень обирають
I0K = (1,05...1,1) IKm = 1,1 × 12,5 = 13,8 мА.
На підставі (6.1) та (6.2) необхідно вибрати транзистор, який би забезпечував:
UKmax > 30 В;
IKmax > (13,8 + 12,5) = 26,3 мА.
За результатами попереднього розрахунку було обрано в якості підсилюючого елемента транзистор типу КТЗ15. За даними табл. 5.2 або довідника [4] знаходимо, що заданим вимогам відповідає транзистор КТЗ15Г, у якого UKmax = 35В, IKmax = 100 мА, h21Е = 50...350, PKmax =150 мВт.
6.1.4.3.2 Знаходимо напругу між колектором та емітером транзистора у режимі спокою
U0К = U вих.т + Uост, (6.5)
де Uост – напруга між колектором та емітером, нижче якої при роботі каскаду виникають значні нелінійні викривлення через те, що у робочу зону потрапляють ділянки характеристик транзистора зі значною кривизною.
Для малопотужних транзисторів як правило задають Uост = 1В. Тоді
U0К = 7,5 + 1 = 8,5 В.
6.1.4.3.3 Знаходимо потужність, що виділиться на колекторі транзистора:
PK = I0K U0K. (6.6)
При цьому необхідно забезпечувати виконання умови:
PK < PKmax; (6.7)
PK = 13,8 × 8,5 = 117 < 150 мВт.
Таким чином, вибраний тип транзистора відповідає вимогам за потужністю.
6.1.4.3.4 Знаходимо опір навантаження у колі колектора. З огляду на (6.4), маємо
R 3 = 1200 Ом.
За табл. 6.2, 6.3 вибираємо R3 = 1,2 кОм.
Потужність, що розсіюється в резисторі:
P = I 2 R. (6.8)
Отже
Вт.
За табл. 6.4 вибираємо резистор типу С2-33 потужністю 0,25 Вт.
6.1.4.3.5 Знаходимо опір резистора R4 у ланцюгу термостабілізації:
. (6.9)
При цьому оптимальним співвідношенням є:
При цьому бажано виконувати оптимальне співвідношення:
(6.10)
що забезпечує незначне зниження динамічного діапазону каскаду і падіння напруги на R 4, яке перевищує значення контактного потенціалу p-n переходу транзистора (для забезпечення умов температурної стабілізації режиму спокою каскаду). Отже:
Ом;
За табл. 6.2, 6.3 вибираємо R4 = 360 Ом. Тоді
Останнє відповідає умові (6.10).
Потужність, що розсіюється в R 4
Вт.
За табл. 6.4 вибираємо резистор типу С2-33 потужністю 0,125 Вт.
6.1.4.3.6 Знаходимо ємність конденсатора С 3, що шунтує R 4 за умови, що його опір на частоті f н повинен бути у 10 разів меншим за опір резистора R 4:
, (6.11)
де множник 106 дозволяє отримувати значення ємності у мікрофарадах.
мкФ.
Робоча напруга на С 3
В.
За табл. 6.2, 6.3 та 6.5 вибираємо конденсатор типу К50-35 ємністю 100 мкФ на напругу 6,3 В.
6.1.4.3.7 Знаходимо величину струму спокою бази транзистора
, (6.12)
мА.
6.1.4.3.8 Оскільки у відкритому стані транзистора напруга між його базою та емітером становить близько 0,6 В, то напруга спокою бази
В (6.13)
і можна знайти орієнтовне значення вхідного опору транзистора
, (6.14)
Ом.
6.1.4.3.9 Знаходимо величини опорів резисторів дільника R 1, R 2.
Дільник підімкнено до напруги
U Д = EK = 30 В. (6.15)
Величина струму в дільнику вибирається в межах
I Д = (2...5) I0Б, (6.16)
що забезпечує незалежність задання режиму спокою транзистора при зміні його параметрів під впливом температури, при заміні на інший і т.п.
I Д = 5 × 0,276 = 1,38 мА.
Падіння напруги на резисторі R4 складає
(6.17)
= (13,8+0,276)× 10-3 × 360 = 5,07 В.
Тоді
; (6.18)
. (6.19)
Отже,
R 1 = = 14700 Ом;
R 2 = Ом.
За табл. 6.2 – 6.3 вибираємо R1 = 15 кОм; R2 = 4,3 кОм.
Знаходимо потужність, що виділяється в резисторах R1 і R2:
; (6.20)
(6.21)
= [(0,276+1,38)×10-3] · 2 · 15 · 103 = 0,041 Вт;
= (1,38×10-3)2 × 4,3 × 103 = 0,008 Вт.
З табл. 6.2 - 6.4 вибираємо резистори типу С2–33 потужністю 0,125 Вт.
6.1.4.3.10 Знаходимо ємність конденсаторів С1 та С2 за умови забезпечення допустимого значення коефіцієнта частотних викривлень Мн . З цією метою розподіляємо частотні викривлення по колах, що включають конденсатори С1 і С2:
Мн = при , (6.22)
= 1,058.
Знаходимо ємність (в мікрофарадах) конденсатора С1 на вході підсилювача:
, (6.23)
мкФ.
Знаходимо ємність (в мікрофарадах) конденсатора С2 на виході підсилювача:
, (6.24)
мкФ.
Робочу напругу С1 і С2 приймаємо рівною
(6.25)
В.
За табл. 6.5 вибираємо конденсатори типу К73-17 ємністю С1 = 3,3 мкФ, С2 = 4,7 мкФ на напругу 63 В.
6.1.4.3.11 Знаходимо амплітудні значення струму й напруги на вході каскаду:
, (6.26)
де h 21 Emin – мінімальне значення коефіцієнта передачі струму в схемі з СЕ для обраного транзистора.
мА.
. (6.27)
В.
Необхідна потужність вхідного сигналу
, (6.28)
Вт.
6.1.4.3.12 Знаходимо розрахункові коефіцієнти підсилення каскаду за струмом, напругою та потужністю:
(6.29)
(6.30)
(6.31)
дБ.
Раніше було прийнято значення коефіцієнта підсилення за потужністю 20 дБ, отже каскад розраховано вірно.
Більш того, навіть за мінімального значення коефіцієнта підсилення транзистора h21Emin = 50 маємо запас за підсиленням. Діапазон можливих значень коефіцієнта підсилення у транзисторів досить широкий: для КТ315Г він складає h21Emin =50...350. Отже основний параметр може перевищувати своє мінімальне значення у сім разів.
На перший погляд це може здатися суттєвим недоліком, бо результати розрахунків, що ми отримали, виявились досить приблизними. Але введення в підсилювач від’ємного зворотного зв’язку у цьому випадку зможе зменшити та стабілізувати значення коефіцієнта підсилення, а також покращити інші параметри пристрою.
6.1.4.3.13 По значеннях ємностей С1 і С2 будуємо амплітудно-частотну характеристику в діапазонах частот (0,6...1,4) f н і (0,8...1,2) f в для 8...10 точок кожного діапазону. При цьому для нижніх частот:
, (6.32)
(6.33)
(6.34)
Для верхніх частот:
, (6.35)
(6.36)
де гранична частота підсилення транзистора
(6.37)
кГц.
Результати розрахунків заносимо у табл. 6.6 та 6.7.
Таблиця 6.6 – АЧХ для нижніх частот
fн,Гц | 52,5 | 67,5 | 82,5 | 97,5 | |||||
МНС1 | 1,094 | 1,070 | 1,054 | 1,043 | 1,035 | 1,029 | 1,024 | 1,021 | 1,018 |
МНС2 | 1,084 | 1,062 | 1,048 | 1,038 | 1,031 | 1,026 | 1,022 | 1,018 | 1,016 |
КР | 20,2 | 21,0 | 21,6 | 22,1 | 22,4 | 22,6 | 22,8 | 23,0 | 23,1 |
Таблиця 6.7 – АЧХ для верхніх частот
fв,кГц | 15,6 | 17,6 | 19,5 | 21,4 | 23,4 |
Мв | 1,078 | 1,099 | 1,120 | 1,143 | 1,169 |
КР | 22,2 | 21,7 | 21,3 | 20,9 | 20,4 |
7 ВИБІР ТА РОЗРАХУНОК ІНТЕГРАЛЬНОГО СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ
f
Дата публикования: 2014-11-19; Прочитано: 612 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!