Выбор транзисторов и расчет режима работы.

Введение.

 

Данное курсовое проектирование заключается в теоретической реализации многокаскадного усилителя по заданным параметрам. Проектирование следует начать с эскизного расчета усилителя.

1. Эскизный расчет усилителя (п.2).

Выбрать транзистор выходного каскада (п.2.2).

Рассчитать режим работы выходного каскада (п.2.2).

Рассчитать требуемую глубину ОС F (п.2.3).

Выбрать транзисторы предварительных каскадов и рассчитать коэффициент трансформации входного трансформатора n` (п.2.4).

Рассчитать число каскадов усилителя N (п.2.4).

Проверить выполнение условия стабильности коэффициента усиления и уточнить глубину ОС (п.2.5).

2. Построение и расчет цепи усиления (К – цепи) по постоянному току (п.3).

Построить схему К – цепи усилителя (п.3.1, 3.2).

Выбрать режим работы транзисторов предварительных каскадов и нанести выбранные токи и напряжения в цифрах на схему К – цепи (п.3.2).

Рассчитать сопротивления резисторов схемы (п.3.2).

Выполнить расчет нестабильности режима работы схемы (п.3.3).

3. Расчет коэффициентов усиления и параметров АЧХ (п.4.).

Рассчитать коэффициенты усиления каскадов и общий коэффициент усиления. Уточнить число каскадов.

Рассчитать частоты полюсов передаточной функции К – цепи. Уточнить типы транзисторов предваритель­ных каскадов.

4. Расчет пассивных узлов структурной схемы усилителя (п.5).

Выбрать и рассчитать входную и выходную цепи.

Рассчитать элементы цепи ОС.

5. Расчет и построение характеристик передачи по петле ОС (п.6).

Рассчитать высокочастотного обхода и асимптотические потери А_т (п.6.2).

Построить ЛАХ Т(f) оптимального среза и сделать вывод о достаточной глубине ОС при выбранных запасах устойчивости (п.6.3).

6. Составление принципиальной схемы усилителя, выводы по результатам проектирования (п.7).

 

Задание параметров.

 

Вариант задания параметров берем из таблицы П.4.I. приложения 4 в методических указаниях по курсовому проектированию.

Т.о. вариант № 34, Р₂ = 60 мВт. R₂ = 150 Ом. R₁ = 150 Ом. R_{вх F} = 150 Ом. R_{вых F} = 150 Ом. K_F = 60. S_F  = 0,5 дБ. f_н = 6 кГц. f_в = 0,28 МГц. k_ГF = 0,04%. E₀ = -24В. t_{c maz} = +40 ⁰C.

 

Для более наглядоного вида приведем все выше заданные технические параметры в виде таблицы:

Таблица № П.1.2.

№	Величина	Вид	Значение	Единицы измерения
1	Выходная мощность	Р2	60	мВт
2	Входное сопротивление	R1	150	Ом
3	Выходное сопротивление	R2	150	Ом
4	Входное сопротивление с ОС	R1 F	150	Ом
5	Выходное сопротивление с ОС	R2 F	150	Ом
6	Коэффициент усиления с ОС	КF	60
7	Результирующая нестабильность коэффициента усиления с ОС	SF	0,5	дБ
8	Частота нижнего среза	fH	6	КГц
9	Частота верхнего среза	fВ	0,28	МГц
10	Коэффициент гармоник	kГF	0,04	%
11	Напряжение питания	Е0	-24	В
12	Максимально допустимая температура переходов	tc max	+40	t0C

 

 

Эскизный расчет.

Структурная схема усилителя с одноканальной обратной связью.

 

Коэффициент усиления усилителя с глубокой одноканальной обратной связью (рис. 2.1) определяется параметрами пассивных цепей.

. (2.1)

 

Структурная схема усилителя без цепи ОС (цепь усиления) показана на рис 2.2

 Цепь усиления должна коэффициент усиления, достаточный для получения заданного значения К_F и необходимо значения глубины ОС F. Цепь усиления содержит 2 – 4 каскада и функционально разделяется на выходной каскад и предварительные каскады усиления.

Цепь ОС представляет собой пассивный 4^-х полюсник с вносимым коэффициентом передачи В₀. Нагрузкой цепи ОС является сопротивление входного шестиполюсника на зажимах 6-6 R`_г. (рис. 2.1), а эквивалентным генератором с внутренним сопротивлением R``_г – выходной шестиполюсник. (на зажимах 5-5).

Выбор транзисторов и расчет режима работы.

 

Расчет усилителя принято вести, начиная с выходного каскада. Он выполняется по однотактной трансформаторной схеме (рис. 2.3), которой транзистор включается по схеме с общим эмиттером, имеющей наибольшей коэффициент усиления мощности, и работает в режиме «А».

Транзистор выходного каскада выбирается по двум основным условиям:

Р_{к max} ³ а_н· Р_{кр max}, , где Р_{кр max} = (4…5)P₂, а_н = 1,4…2,  .

Здесь Р_{кр max} –  максимальное рабочее значение мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора, с учетом работы в режиме «А» и потерь мощности сигнала в выходной цепи; Р_{к max} –  максимально допустимая рассеивая мощность на коллекторе (берется из справочных данных на транзистор); а_н -коэффициент запаса, введение которого предполагает использование транзисторов в облегченном режимах для повышения надежности; h_{21 min} и h_{21 max} – крайние значения коэффициента передачи тока из справочных данных; f_T^** – граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ; f_h21 – частота среза по параметру h₂₁.

 

-Е0

 

 

Произведем расчет и сделаем выбор транзистора. Однако надо учитывать, что транзистор будем питать отрицательным зажимом источника питания, не так как показано на рисунке 2.3, а положительный зажим будем подавать на “землю”. Отсюда следует, что транзистор должен быть p-n-p, потому как если это будет n-p-n транзистор, то переходы будут смещены в обратном направлении, а значит ток по цепи коллектор – эмиттер течь не будет, в случае если это p-n-p транзистор переходы будут открыты и ток будет протекать.

 

Расчет: Р₂ = 60 мВт; f_в = 280 кГц; Р_{кр мах} = 4·60 = 240 мВт; а_н· Р_{кр мах} =300·1,8 = 430 мВт. Р_{к мах} = 1 Вт.

 

Р_{к мах} ³ а_н· Р_{кр мах}. Из p-n-p транзисторов подходит КТ629А по мощности, проверяем частотные свойства. f_h21 = 4,1 МГц > 3·0,28 = 0,84 МГц. Þ Подходит по всем условиям.

Режим работы транзистора, определяемый током покоя коллектора I_к и постоянной составляющей напряжения на переходе U_кэ, должен быть таким, чтобы во внешней нагрузке обеспечивалось необходимая номинальная мощность сигнала и параметры предельных режимов работы транзистора не превышали максимально допустимых. По мощности и заданному напряжению источника питания Е₀ определяем режим работы выходного транзистора:

 

U_кэ = а·Е₀ = 0,63·Е₀ = 15 В. (2.4).

I_к = Р_{кр max}/U_кэ = 240/15 = 16 мА. (2.5).

 

Где а = 0,6…0,8 – коэффициент, учитывающий, что часть напряжения источника питания упадет на резисторе цепи эмиттера по постоянному току. Должны выполняться следующие условия применительно к выбранному транзистору:

 

U_{кэ max} ³ 2U_кэ, 50 > 15·2 = 30; (2.6);

 i_{к max} ³ а_н·I_к, 1000 > 16·1,8 = 28,8; (2.7);

t_{пр max} £ (0,9…0,95)·t_{п max}; (2.8).

 

Максимально допустимые значения Р_{к мах}, i_{к max}, U_{кэ max} от температуры перехода, определяемых величин тепловых сопротивлений: промежутков переход – окружающая среда (R_пс), переход – корпус (R_пк), корпус – окружающая среда (R_кс). При выборе транзистора желательно обойтись без внешнего теплосвода. В этом случае:

t_{пр мах}  =  t_{c мах} + R_пс·P_{kp max} = 40 + 120·0,24 = 68,8 ⁰С; (2.9).

 

Проверяем условие (2.8): 68,8⁰С < 0,9·135⁰С = 121,5⁰С. Все условия (2.6, 2.7, 2.8) были соблюдены, а так же в реальной схеме можно обойтись без теплосвода, так как условие (2.8) соблюдено.

Приведем параметры выбранного транзистора в виде таблице:

Таблица П.2.1.

Транзистор

	Pk max, Вт	fh21, МГц	fT, МГц	U кэ max, В	ik max, A	t п, 0C	R пс, 0С/Вт	I КБ0, мкА	Ск, пФ	r б `Ck, пс	h21			h21 max/ min
min												max
КТ629А	1,0	4,1	250	50	1,0	135	120	5	25	200	25	61	150	6,0

 

По найденным значениям U_кэ и I_к находим оптимальное сопротивление нагрузки выходного транзистора для переменного тока.

 

R_н = x·U_кэ/x_iI_k = 15·0,8/0,8·16 = 937,5 Ом (2.13).

 

Где x - коэффициент использования коллекторного напряжения (для транзистора средней и высокой мощности), x = 0,7…0,8; x_i – коэффициент использования коллекторного тока x_i = 0,8…0,95.

Вычислим коэффициент трансформации выходного (КПД трансформатора равен 1):

 

; (2.14).

Проверим выполнение условие:

мВт > 1,2·P₂ = 1,2·60 = 70 мВт. (2.15)

 Условие выполнено, переходим к следующему пункту.

 

123	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: