Оскільки безтрансформаторні кінцеві каскади найчастіше будуються на основі каскадів з СК, що не мають підсилення за напругою, то можна вважати значення їхнього підсилення за потужністю рівним 10 дБ. У такому разі підсилення чотирикаскадної схеми складе;
> 67 дБ,
що відповідає завданню.
Орієнтовну електричну принципову схему безтрансформаторного ПНЧ наведено на рисунку 1.1.3. Тут для забезпечення живлення кінцевого кас-каду від однополярного джерела, його підмикання до передкінцевого кас-каду і до навантаження здійснюється через конденсатори С8, С10 (ємність С10за великої потужності навантаження складає тисячі мікрофарад).
Транзистор VT5 повинен мати такі ж параметри, як і VT4 але бути протилежного типу провідності: вибираємо транзистор КТ361Г р-n-р типу, комплементарний до КТ315Г.
Кінцевий каскад працює в режимі класу АВ, що визначається подачею у режимі спокою на базу транзистора VT4 напруги зміщення (+UR16/ 2), а на базу транзистора VT5 напруги зміщення (- UR16/ 2). Опір резистора R16набагато менший за опір резисторів R15 і R17 (падіння напруги на ньому становить близько 1,5 В), тому напруга зміщення ± UR16/ 2 визначається струмом дільника І ≈ ЕК/(R15+R17) та її можна вважати рівною ІR16/ 2. Невелике значення напруги зміщення визначає незначний (десятки міліампер) наскрізний струм транзисторів VT4 і VT5 у режимі спокою. Струм у навантаженні при цьому відсутній. Оскільки опір R2 незначний, можна вважати, що за змінним струмом бази транзисторів VT4 і VT5 з’єднані.
Для забезпечення кращої температурної стабільності кінцевого каскаду замість резистора R16 застосовують 2-3 діоди, до того ж розміщують їх (приклеюють) на тому ж тепловідводі, що й транзистори VT4 і VT5. Тоді зі змінами температури транзисторів (що викликає зміну контактної різниці потенціалів база-емітер), будуть пропорційно змінюватись і напруги зміщення транзисторів.
Отримані у результаті попереднього розрахунку дані є основою для остаточного розрахунку ПНЧ.
1.2 ОСТАТОЧНИЙ РОЗРАХУНОК КАСКАДУ ПОПЕРЕДНЬОГО ПІДСИЛЕННЯ ПНЧ,
ВИКОНАНОГО ЗА СХЕМОЮ З СЕ
Теоретичні Пояснення
Остаточний розрахунок є основною частиною роботи при проектуванні ПНЧ. При його виконанні розраховують параметри елементів кожного каскаду, ланцюгів міжкаскадних зв’язків, режими роботи транзисторів. Розрахунок зазвичай виконують у послідовності, зворотній послідовності проходження сигналу в ПНЧ: спочатку розраховують елементи кінцевого каскаду, потім – передкінцевого, а далі – каскадів попереднього підсилення. Така послідовність зумовлена орієнтацією розрахунку на забезпечення на навантаженні ПНЧ заданої вихідної потужності за допустимих значень нелінійних та частотних викривлень сигналу.
Елементи схеми вибирають з урахуванням вимог стандартів до конкретних типів компонентів. Так, резистори вибирають за номінальним значенням опору, найближчим до розрахункового, та за значенням потужності, що розсіюється в резисторі у робочому режимі. Конденсатори вибирають за номінальним значенням ємності, найближчим до розрахункового, та за значенням робочої напруги.
Номінальні значення опорів резисторів та ємностей конденсаторів (між іншим, як і номінальні значення параметрів будь-яких стандартних елементів) відповідають стандартним рядам, що, як правило, є десятковими рядами геометричної прогресії з знаменником , де N – кількість значень ряду. Номінальне значення параметру, що відповідає конкретній позиції ряду (від 1 до N) обчислюється як . Деякі ряди номінальних значень наведено у таблиці. 1.2.1. Так, для ряду Е24 маємо: N = 24; ; а0=1.
Числу в індексі знаменника ряду відповідає кількість позицій ряду: так ряд Е24 має 24 номінальних значення у проміжку від 1 до 10 (більша кількість при допустимому відхиленні ± 5 % не потрібна).
Номінальні значення деяких елементів, особливо давньої розробки, можуть відповідати іншим рядам.
Множник 10m
Приставка
Параметр елемента
Опір
Ємність
Назва
Позначення
Назва
Позначення
109
гіга
гігаом
ГОм
106
мега
мегаом
МОм
103
кіло
кілоом
КОм
ом
Ом
фарада
Ф
10-3
мілі
міліом
мОм
10-6
мікро
мікрофарада
мкФ
10-9
нано
нанофарада
нФ
10-12
піко
пікофарада
пФ
Таблиця 1.2.2 Множники для утворення десяткових часткових та кратних одиниць
Деякі найбільш розповсюджені типи резисторів, що виробляються для електронних пристроїв, наведено у таблиці 1.2.3, а конденсаторів - у таблиці 1.2.4.
1) якщо розрахункове значення ємності більше за максимальне номінальне конденсаторів даного типу, то необхідне значення ємності забезпечують за рахунок паралельного вмикання потрібної кількості конденсаторів;
2) якщо розрахункове значення робочої напруги більше за номінальне значення напруги конденсатора, то використовують послідовне вмикання конденсаторів.
Вихідні дані
1) амплітудне значення напруги на виході каскаду Uвих.m = 2,5 В;
2) опір навантаження Rн = 130 Ом;
3) напруга джерела живлення ЕК = 10 В;
4) нижня межа частот fн = 50 Гц;
5) допустиме значення коефіцієнта викривлень у зоні нижчих частот Мн = 2,2.
Як і для попереднього розрахунку, вважаємо, що ПНЧ працює у стаціонарних умовах.
При побудові схеми каскаду будемо використовувати елементи з допустимим відхиленням від номінального значення ± 5 % (виходячи з цього, у результатах розрахунку можна залишати не більше трьох значущих цифр).
Порядок розрахунку
Перевіримо правильність попереднього вибору транзистора:
Допустима напруга між колектором та емітером повинна перевищувати напругу джерела живлення
UК max > EК;
(1.2.1)
значення допустимого струму колектора повинне перевищувати максимальне значення струму у колекторному колі транзистора
IК max > I0 К+ IКm,
(1.2.2)
де I0 К – струм спокою у колі колектора;
IКm – амплітуда змінної складової струму у колі колектора;
ІКт = Uвих.т / Rн≈,
(1.2.3)
де – Rн≈ - еквівалентний опір навантаження каскаду за змінним струмом. При цьому R3 є навантаженням за постійним струмом.
Виходячи з того, що даний каскад є підсилювачем потужності, для забезпечення максимальної передачі потужності задаємо:
R3=Rн,
(1.2.4)
тобто R3= 130 Ом
(до речі, за умови підсилення напруги задають R3 << Rн, а при підсиленні струму R3>> Rн тоді:
Rн≈ Ом;
мА.
Для забезпечення економічності каскаду за мінімальних нелінійних викривлень обирають
мА.
На підставі (1.2.1) та (1.2.2) необхідно вибрати транзистор, який би забезпечував:
> 10В;
ІКmax > мА.
За результатами попереднього розрахунку було обрано у якості підсилюючого елемента транзистор типу КТ315. За даними табл. 1.2 знаходимо, що заданим вимогам відповідає транзистор КТ315Г, у якого UК max = 35 В, IК max = 100 мА, h21E = 50... 350, РКтах = 150 мВт.
Знаходимо напругу між колектором та емітером транзистора у режимі спокою
,
(1.2.5)
де Uост – напруга між колектором та емітером, нижче якої при роботі каскаду виникають значні нелінійні викривлення з-за того, що у робочу зону попадають ділянки характеристик транзистора з значною кривизною.
Для малопотужних транзисторів, як правило, задають Uост= 1 В. Тоді
В.
Знаходимо потужність, що виділяється на колекторі транзистора
.
(1.2.6)
При цьому необхідно забезпечувати виконання умови:
РК < РКmax,
(1.2.7)
РК = 42,35. 3,5=148 мВ < 150 мВт.
Таким чином, вибраний тип транзистора відповідає вимогам за потужністю.
Знаходимо опір навантаження у колі колектора.
R3= 130 Ом.
Потужність, що розсіюється в резисторі:
.
(1.2.8)
Отже Вт.
За таблицями 1.2.2 –1. 2.4 вибираємо резистор типу С2-33 потужністю 0,25Вт з опором 130 Ом.
Знаходимо опір резистора R4 у ланцюгу термостабілізації
.
(1.2.9)
При цьому необхідно виконувати співвідношення:
,
(1.2.10)
що забезпечує незначне зниження динамічного діапазону каскаду і падіння напруги на R4, яке перевищує значення контактного потенціалу p-n переходу транзистора (для забезпечення умов температурної стабілізації режиму спокою каскаду). Отже:
Ом;
.
Останнє відповідає умові
Потужність, що розсіюється в R4:
Вт.
За таблицями 1.2.2 – 1.2.4 вибираємо резистор типу С2-33 потужністю 0,125 Вт з опором 24 Ом.
Знаходимо ємність конденсатора С3, що шунтує R4 за умови, що його опір на частоті fн повинен бути у 10 разів меншим за опір резистора R4:
С3 ≥,
(1.2.11)
де множник 106 дозволяє отримувати значення ємності у мікрофарадах.
С3 ≥ мкФ.
Робоча напруга на С3:
В.
За таблицями 1. 2.2,1. 2.3, та1. 2.5 вибираємо конденсатор типу К50-18 ємністю 250 мкФ на напругу 1,1 В.
Знаходимо струм спокою бази транзистора
І0 Б= І0 К/ h21Е min, (1.2.12)
І0 Б= 42,34 / 50 = 0,85 мА.
Оскільки у відкритому стані транзистора напруга між його базою та емітером становить близько 0,6 В, то напруга спокою бази:
U0 Б= 0,11 В
(1.2.13)
і можна знайти орієнтовне значення вхідного опору транзистора
Rвх = U0 Б/ І0 Б,
(1.2.14)
Ом.
Знаходимо значення опорів резисторів дільника R1, R2. Дільник підімкнено до напруги.
В.
(1.2.15)
Значення струму в дільнику вибирається у межах
,
(1.2.16)
що забезпечує незалежність задання режиму спокою транзистора при зміні його параметрів під впливом температури, при заміні на інший і т.п.
Із табицями 1.2.2 – 1.2.4 вибираємо резистори типу С2-33 потужністю 0,125 Вт.
Знаходимо ємність конденсатора С2 за умови забезпечення допустимого значення коефіцієнта частотних викривлень Мн:
С2≥,
(1.2.22)
значення якої отримується в мікрофарадах.
Робочу напругу С2 приймаємо рівною
.
(1.2.23)
Тоді
С2 ≥ мкФ,
В.
За таблицями 1.2.2,1. 2.3, та 1.2.5 вибираємо конденсатор типу К50-35 ємністю 10 мкФ на напругу 50 В.
Знаходимо амплітудні значення струму й напруги на вході каскаду
,
(1.2.24)
де h21 Emin – мінімальне значення коефіцієнта передачі струму в схемі з СЕ для обраного транзистора.
мА.
.
(1.2.25)
В.
Необхідна потужність вхідного сигналу
,
(1.2.26)
Вт.
Знаходимо розрахункові коефіцієнти підсилення каскаду за струмом, напругою та потужністю:
,
(1.2.27)
,
(1.2.28)
,
(1.2.29)
[ КР ] дБ дБ.
Більше того, навіть за мінімального значення коефіцієнта підсилення транзистора h21E min = 50, маємо запас за підсиленням. Діапазон можливих значень коефіцієнта підсилення у транзисторів досить широкий: для КТ315Г він складає h21E = 50... 350. Отже основний параметр може перевищувати своє мінімальне значення. На перший погляд це може здатися суттєвим недоліком, бо результати розрахунків, що ми отримали, виявилися, м’яко кажучи, досить приблизними. Але Ви знаєте про застосування у підсилювачах негативного зворотного зв’язку, введення якого у даному разі зможе стабілізувати значення коефіцієнта підсилення, а також покращити інші параметри пристрою.
1.3 РОЗРАХУНОК та аналіз роботи підсилюючих каскадів на операційних підсилювачах (оп)
Теоретичні пояснення:
Рисунок 1.3.1 – Розрахункова схема
двовходового інвертуючого суматора на ОП
Рисунок 1.3.2 - Розрахункова схема неінвертуючого підсилювача на ОП
Тип та схема підсилюючого каскаду – у даному разі це інвертуючий підсилювач чи двовходовий суматор, розрахункова схема якого наведена на рисунку 1.3.1, або неінвертуючий підсилювач за схемою рисунку 1.3.2;
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав!Последнее добавление
. Отже т = 4.
> 67 дБ,
Рисунок 1.1.3 Безтрансформаторний ПНЧ. Схема електрична принципова
, де N – кількість значень ряду. Номінальне значення параметру, що відповідає конкретній позиції ряду (від 1 до N) обчислюється як 
. Деякі ряди номінальних значень наведено у таблиці. 1.2.1. Так, для ряду Е24 маємо: N = 24; 
; а 0=1.
- еквівалентний опір навантаження каскаду за змінним струмом. При цьому R 3 є навантаженням за постійним струмом.
Ом;
мА.
мА.
> 10В;
ІКmax > 
мА.
,
В.
.
.
Вт.
.
,
Ом;
.
Вт.
,
мкФ.
В.
Ом.
В.
,
мА.
;
.
Ом;
Ом.
;
;
,
.
мкФ,
В.
,
мА.
.
В.
,
Вт.
,
,
,
дБ.
Рисунок 1.3.1 – Розрахункова схема
двовходового інвертуючого суматора на ОП
Рисунок 1.3.2 - Розрахункова схема неінвертуючого підсилювача на ОП