Файл: Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Электроника и схемотехника на тему Проектирование усилителя мощности.doc

(Ом)

где значение U_бэ12,13 дано в техническом задании.

Значение резистора Rз=R₄₁ принимаем в соответствии с рядом Е24 равным 1,3 (Ом).

2. 
   Определяем ток покоя транзисторов VT10:
   

(А)

2. 
   Определяем постоянное напряжение U_КЭ10,11:
   

(В)

Определим мощность, рассеиваемую на транзисторах VT10, VT11:
P_К10,11 = U_КЭ10,11·I_п10 = 22,233*0,044 = 0,978 (Вт)

2. 
   Выбираем из справочника транзисторы VT10, VT11, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:
   

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	fгр, МГц	Iко, мА
VT10	КТ815Б	n-p-n	10	40	1.5	40	3	0.05
VT11	2Т830В	p-n-p	5	45	2	25…55	4	0,1

2. 
   Определим сквозной ток через транзисторы VT10, VT11:
   

(А)

2. 
   Определим токи покоя и токи базы транзисторов VT10, VT11
   

(А)

(А)

(А)

2. 
   Определим ток покоя транзистора VT9:
   

Для обеспечения максимальных усилительных свойств транзистора VT9, можно принять значение I_п9=0,005 (А)

2. 
   Определим напряжение на резисторе R₃₄:
   

---

(В)

2. 
   Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT9, при этом значение Uбэ можно принять равным 0,7 (В) для всех остальных транзисторов в данном устройстве:
   

(В)

2. 
   Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT9:
   

(Вт)

2. 
   Выбираем из справочника транзистор VT9, соответствующий по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:
   

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	fгр, МГц	Iко, мкА
VT9	2T608A	n-p-n	0.5	60	0.4	25…80	200	10

2. 
   Определим сквозной ток и ток базы транзистора VT9
   

(А)

(мА)

2. 
   Выбираем ток делителя . Пусть (мА)
   
3. 
   Определим значения сопротивлений в схеме и выберем резисторы в соответствии с рядом Е24:
   

(А)

(Ом)

Значение резистора R₄₀= 1.3 Ом принимаем в соответствии с рядом Е24.
(В)
(А)

Пересчитаем значение сопротивления R₄₁:

---

(Ом)

Значение резистора R₄₁= 1.3 Ом принимаем в соответствии с рядом Е24.

(В)
(А)
(Ом)

Значение резистора R₃₇= 51 Ом принимаем в соответствии с рядом Е24.
= 0,867 (В) известно из технического задания.

(А)
(Ом)
Значение резистора R₃₈= 82 Ом принимаем в соответствии с рядом Е24.
= 0,867 (В) известно из технического задания.

(А)
(Ом)
Значение резистора R₃₃= 680 Ом принимаем в соответствии с рядом Е24.
(В)
(В)
(В)
(А)
(Ом)

Значение резистора R₃₄= 430 Ом принимаем в соответствии с рядом Е24.
(В)
(В)
(В)
(А)
(В)
(Ом)

принимаем R₃₁32

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R₃₁+R₃₂ = 3700 (Ом), R₃₁ =1300 (Ом), R₃₂ =2400 (Ом)

(мА)
(Ом)
Значение резистора R₃₀= 3900 Ом принимаем в соответствии с рядом Е24.
(В)
(мА)
(Ом)

принимаем R₃₅39

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R₃₅+R₃₉ = 21100 (Ом), R₃₅ = 9100 (Ом), R₃₉ =12000 (Ом)

21. Определим коэффициент передачи повторителя на транзисторах VT10÷VT13:

22. Проверим правильность выбранного значения U_КЭ9:

20,604 > 9,973/0,849
20,604 > 11,736
23. Определим коэффициент усиления предварительного каскада:
;
где r_б9 - объемное сопротивление базы, можно принять в пределах 200-400 Ом;

r_Э9 - сопротивление эмиттерного перехода, определяется следующим образом:

(Ом)

R_ВХ.П – входное сопротивление повторителя, входящего в состав усилителя мощности, определяется:

R_ВХ.П = 0,5·₁₀·₁₂·R_Н = 0,5*40*60*7,356 = 8827,2 (Ом)

- эквивалентное сопротивление предварительного каскада, определяется:

(Ом)

24. Определим коэффициент усиления каскада в целом:
К_УМ = К·К_П = 542,785*0,849 = 460,824

25. Охватим каскад глубокой отрицательной параллельной обратной связью по напряжению.

Глубина обратной связи определяется как:



где: К _f0 - исходный коэффициент нелинейных искажений, равный 5%, т.е. К_f0 = 5.

К_f - заданный коэффициент нелинейных искажений,

Входное сопротивление транзистора VT9 определяется следующим образом:

R_вх.VT9=r_б9 + r_э9∙(1+β₉) = 300 + 4,912 (1 + 55) = 575,072 (Ом)

Входное сопротивление выходного каскада без ООС определяется как:
R_ВХ.У.М = R_ВХ.VT9. || R₃₀ || R₃₅ (Ом)

(Ом)
Т.к. R_{ВХ У.М.}→R₂₉ принимаем R₂₉ равным входному сопротивлению выходного каскада, R₂₉ = 510 (Ом) в соответствии с рядом Е24.
Определяем эквивалентное сопротивление:

R_ЭКВ = R_ВХ.У.М || R₂₉ (Ом)
(Ом)


Определяем сопротивление R₃₆:

(Ом)

= 1500 Ом в соответствии с рядом Е24

Из полученного выражения следует, что:


Пересчитаем значение глубины обратной связи:
F= 1+β_экв * К_УМ = 1 + 0,141 * 460,824 = 65,976
Определим коэффициент усиления выходного каскада с ООС:


При этом необходимо пересчитать входное сопротивление усилителя мощности:
(Ом)
26. Определим входное напряжение усилителя мощности.
(В)

27. Определим значение емкости конденсатора фильтра и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24, Е6 или Е3:

(мкФ)

Принимаем = 100 (мкФ) в соответствии с Е6.

28. Определим значение емкости конденсатора С₁₉ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24, Е6 или Е3:

(мкФ)

Принимаем = 150 (мкФ) в соответствии с Е6.

29. Определим значение емкости конденсатора С₂₀ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24, Е6 или Е3:

(мкФ)

Принимаем = 220 (мкФ) в соответствии с Е6.

30. Определим значение емкости в цепи компенсации С₂₂ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24, Е6 или Е3:

(мкФ)

Принимаем = 68 (мкФ) в соответствии с Е6.

1   2   3   4   5   6

---

3.2 Эмиттерный повторитель №3 на транзисторах VT8, VT7


Рис. 3 Принципиальная электрическая схема эмиттерного повторителя №3
Нагрузкой этого эмиттерного повторителя является выходной каскад, поэтому:
U_Н = U_BX= 0,34 (В)
R_Н = R_ВХ.У.М.= 578,086 (Ом)

1. 
   Примем значение тока покоя транзистора VT8 равным 5 мА
   

I_П8 = 5 (мА) = 0,005 (А)

2. 
   Рассчитаем напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT8:
   

U_КЭ8 = Uн+U₀ = 0,34 + 1,5 = 1,84 (В)

Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистораVT8:
P_К8 = U_КЭ8·I_П8 = 1,84 * 0,005 = 0,0092 (Вт) = 9,2 (мВт)

3. 
   Выбираем транзисторы VT7, VT8, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:
   

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	fгр, МГц	Iко, мкА
VT7	ТМ3А	n-p-n	75	15	50	{18…55}	1	10
VT8	ТМ3А	n-p-n	75	15	50	{18…55}	1	10

4. Зададимся напряжением питания из расчета, что E_К < U_КДОП

Принимаем Е_К = 12 (В)

5. Определим ток базы транзистора VT8

(мА)

6. Определим ток базы и ток покоя транзистора VT7:

По графику зависимости от тока эмиттера определяем, что = (7-10).

(мА)

(мА)

7. Примем ток делителя (мА)

Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера транзистора VT8:

I_R28=I_б8+I_П8 = 0,125 + 5 = 5,125 (мА)
(Ом)

Принимаем R₂₈ = 2000 (Oм)

В соответствии с этим пересчитаем значения напряжений на участке коллектор-эмиттер транзистора VT8 и определим падение напряжения на резисторе 29:

U_КЭ8=Е_К-R₂₈∙I_R28 = 12 – 2000 * 0,0051 = 1,778 (В)

U_R28=R₂₈∙I_R28 = 2000 * 0,0051 = 10,2 (В)

8. Определим значение сопротивления резистор R₂₇:

R₂₇ = 5 * R_Н = 5* 578,086 = 2890,43 (Ом)

Принимаем R₂₇ = 3000 (Ом)

Тогда:

I_R27= I_б7 = 0,013 (мА)

U_R27=R₂₇∙I_R27 = 3000*0,000013 = 0,039 (В)

9. Определим значения сопротивлений резисторов в цепи делителя:

= 130 (мкА)

(Ом)

Принимаем R₂₆ = 91000 (Ом)

Тогда:

U_R26=R₂₆∙I_R26 = 91000*0,00013 = 11,83 (В)

(В)

(А) = 0,143 (мА)

(Ом)

Принимаем R₂₅ = 1200 (Ом)

10. Определим значения эквивалентного сопротивления резистора эмиттера R_Э

:

R_Э = R_H || R26 || R28 || R25 =
= =
= =
= 325,291 (Ом)
11. Определим коэффициент передачи повторителя:

(Ом)


12. Определим входное сопротивление повторителя:

(Ом)
13. Определим выходное сопротивление повторителя:

R_вых.п. = r_Э8 =4,878 (Ом)

14. Определим значение емкости конденсатора С₁₆:

(мкФ)

Примем С₁₆= 68 (мкФ) в соответствии с Е6.
Рассчитаем напряжение, которое необходимо подать на вход повторителя:

(В)
3.3 Аттенюатор


Рис. 4 Принципиальная электрическая схема аттенюатора

Аттенюатор – это устройство, уменьшающее амплитуду сигнала без искажения его формы. Аттенюатор с помощью резистора R₂₄ обеспечивает плавную регулировку и при помощи резисторов R₂₁-R₂₃ – дискретную.

Т.о. аттенюатор должен обеспечивать дискретное переключение диапазонов и плавное изменение сигнала внутри них:

(-∞ - 0) дБ

(-∞ - - первый диапазон (-0,325)) дБ

(-∞ - - второй диапазон (-3,7375)) дБ

(-∞ - - третий диапазон (-13,975)) дБ
В качестве потенциометра R₂₄ выберем резистор с сопротивлением в пределах от 2,0 до 5,1 кОм. R₂₄ = 3600 Ом.
Диапазон ослабления определяется следующим образом:

(дБ)

Отсюда (Ом)

1. 
   дБ.
   

(Ом)

Принимаем значение R₂₁= 150 Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:

(дБ)

2. 
   дБ.
   

(Ом)

Принимаем значение R₂₂ = 2000 Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:

(дБ)

3. 
   дБ.
   

(Ом)

Принимаем значение R₂₃ = 15000 Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:

(дБ)

Определим токи, проходящие через сопротивления аттенюатора:

(мА)

где входное напряжение аттенюатора соответствует входному напряжению эмиттерного повторителя на транзисторах VT7- VT8:

U_вхА = U_вхП3 =0,34 (В)
(мА)
(мА)
(мА)

Рассчитаем мощность, рассеиваемую на резисторах аттенюатора:

(Вт)

(Вт) = 1,215 (мкВт)

(Вт) = 7,2 (мкВт)

(Вт) = 4,86 (мкВт)

(Вт) = 32 (мкВт)


3.4 Эмиттерный повторитель №2 на транзисторах VT6,VT5


Рис.5 Принципиальная электрическая схема эмиттерного повторителя №2 на транзисторах VT6,VT5:
В качестве нагрузки данного эмиттерного повторителя примем R₂₄ аттенюатора:

U_Н = U_{BX А} = 0,34 (В)

R_Н = R₂₄ = 3600 (Ом)

1. 
   Примем значение тока покоя транзистора VT6 равным 5 мА
   

I_П6 = 5 (мА) = 0,005 (А)

2. 
   Рассчитаем напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT6:
   

U_КЭ6 = Uн+U₀ = 0,34+1,5 = 1,84 (В)

3. 
   Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT6:
   

P_К6 = U_КЭ6·I_П6 = 1,84*0,005 = 9,2 (мВт)

4. 
   Выбираем транзисторы VT5, VT6, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:
   

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	fгр, МГц	Iко, мкА
VT5	М3А	n-p-n	75	15	50	{18…55}	1	20
VT6	М3А	n-p-n	75	15	50	{18…55}	1	20

5. 
   Зададимся напряжением питания из расчета, что:
   

Е_к=2∙U_кэ6 = 2*1,84 = 3,68 (В)

Принимаем Е_К = 6 (В), в соответствии с рядом напряжений источников питания.

6. 
   Определим ток базы транзистора VT6:
   

(А) = 0,125 (мА)

7. 
   Определим ток базы и ток покоя транзистора VT7:
   

По графику зависимости от тока эмиттера определяем, что = (7-10).

(А) = 0,013 (мА)

(А) = 0,113 (мА)

8. 
   Примем ток делителя (А) = 0,125 (мА)
   
9. 
   Определим сопротивление резистора в цепи эмиттера транзистора VT6:
   

I_R20=I_б6+I_П6 = 0,000125 + 0,005 = 0,005125 (А) = 5,125 (мА)

(Ом)

Принимаем R₂₀ = 820 (Oм)
В соответствии с этим пересчитаем значения напряжений на участке коллектор-эмиттер транзистора VT6 и определим падение напряжения на резисторе 20:

U_КЭ6=Е_К-R₂₀∙I_R20 = 6-811,707*0,005125 = 1,840 (В)

U_R20=R₂₀∙I_R20 = 811,707*0,005125 = 4,159 (В)

10. 
    Примем значение сопротивления R₁₉ максимально большим (≈3900-15000 Ом):
    

R₁₉ = 10000 (Ом)

Тогда:

I_R19= I_б5 =0,0000125 (А) = 0,0125 (мА)

U_R19=R₁₉∙I_R19 = 10000*0,0000125 = 0,125 (В)

11. 
    Определим резисторы в цепи делителя
    

(А) = 0,125 (мА)
U_бэ5, U_бэ6 примем равными 0,7 В
(Ом)

Принимаем R₁₈ = 47000 (Ом)
U_R18=R₁₈∙I_R18 =47000*0,000125 = 5,875 (В)
Пересчитаем значение напряжения U_бэ5:
(В)

(А) = 0,138 (мА)

(Ом)

Принимаем R₁₇ = 910 (Ом)

12. 
    Определим R_Э

:

R_Э = R

---

_H || R18 || R20 || R17 =

= =

= =

---