ІІІ. Розрахунок режиму роботи транзистора

по змінному струму:

1) Опір колекторного навантаження по змінному струму для одного плеча схеми:

[Oм]

 

2) Спад напруги на R_к~:

U_Rk~=Ik0∙R_к~= 0.46∙14.4 = 6.6 [B]

3) Напруга між колектором і емітером транзистора:

U_ke~=U_k0+U_Rk~= 6+6.6 = 12.6 [B]

 

4) На РИС.1 наносимо точки {0, U_ke~} та {I_k0, U_ke0}.

 

5) За графіком на РИС.1 визначаємо мінімальне і максимальне значення вихідного струму та напруги транзистора:

I_{k min}=2.0 mA;

I_{k max}=0.88 A;

U_{ke max}=12.6 B;

U_{k min}=2.0 B

 

IV. Визначення потужності сигналу, яка віддається транзисторами у вибраному режимі їх роботи:

1) Потужність, яку віддає транзистор у вибраному режимі роботи:

P_k~=0.125∙(I_{k max} - I_{k min})²∙R_k~=

=0.125∙(0.88-2)²∙14.4 = 2,26 [Bт]

 

2) Перевірка виконання умови:

P_k~≥P_~.

2.26>1.25 [Вт]

(умова виконується)

 

V. Визначення коефіцієнта підсилення плеча каскаду по напрузі і потужності:

1) На вхідній динамічній характеристиці транзистора відкладаємо відповідні координати робочої точки і граничних точок (див графічну частину РИС.2):

{I_б0;U_бe0}, {I_{б max};U_{бe max}}, {I_{б min};U_{бe min}}

I_б0 = 23 mA;

U_бe0 = 0.47 B;

I_{б max} = 64 mA;

U_{бe max} = 0.68 B;

I_{б min} = 2 mA;

U_{бe min} = 0.17 B.

2) Амплітудні значення вхідного струму та напруги:

3) Вхідний опір транзистора по змінному струму:

 

4) Потужність на вході підсилювача:

 

5) Коефіцієнт підсилення по напрузі:

K_UдБ=20lg K_U =26,19 [дБ]

 

6) Коефіцієнт підсилення по потужності:

K_PдБ=10lgK_P =27,49 [дБ]

 

VI. Розрахунок коефіцієнта нелінійних

спотворень сигналу:

1) Формуємо наскрізну динамічну ВАХ підсилювального елемента за сім'єю вхідних і вихідних статичних характеристик і навантажувальної прямої змінного струму каскаду І_к=f(E_i): для цього визначаємо значення U_ke для трьох точок (А, Р, В) по вхідних і вихідних статичних характеристиках транзистора (див. графічну частину РИС.3).

2) Дані заносимо в таблицю і будуємо наскрізну динамічну ВАХ транзистора по табличним даним.

 

	т. А	т. Р	т. В
Uke, B	2,8	6	9
Ik, A	0,66	0,46	0,26
Iб, mA	48	23	8
Uбe, B	0,6	0,47	0,36
E, B	24,6	11,97	4,36

3) Виділяємо на наскрізній характеристиці (РИС.3) п'ять ординат - значень колекторного струму у характерних точках:

I_{k min}=0.26 A;

I_{k сер}=0.46 A;

I_{k max}=0.66 A;

I_k1=0.36 A;

I_k2=0.56 A.

 

4) Амплітудні значення 2, 3, 4 гармонік колекторного струму:

I_km1= [(I_{k max}-I_{k min})+(I_k2-I_k1)]= [(0.66-0.26)+(0.56-0.36)]=0.2 A

I_km2= [(I_{k max}+I_{k min})-2I_{k cер}]= [0.66+0.26-2∙0.46)]=0 A

I_km3= [(I_{k max}-I_{k min})-2∙(I_k2-I_k1)] = [(0.66-0.26)-     -2*(0.56-0.36)]=0 A

I_km4 = [(I_{k max}+I_{k min})-4∙(I_k2+I_k1)+6∙I_{k cер}] = [0.92- -4∙0.92+6∙0.46]=0 A

 

5) Перевіряємо правильність розрахунків амплітудних значень гармонік колекторного струму^

I_{k max}= I_km1+I_km2+I_km3+I_km4+I_{k cер},    де

I_{k cер}= [ I_{k max}+I_{k min}+2I_k2+2I_k1]= [0.92+1.12+0.72]=0.46 A

I_{k max}=0.46+0.2=0.66 (Умова виконується).

6) Обчислюємо значення К_Гр%:

К_Гр%

 

 

7) Перевіряємо виконання умови:

К_Гр%≤К_Г%.

0<3.5

(умова виконується).

 

VII. Розрахунок елементів схеми підсилювача:

Елементи ланки емітерної термостабілізації транзистора:

1) Значення резистора R_e:

R_e=

 

2) Значення резисторів R_e1 R_e2 звичайно приймають рівним 1 Ом:

R_e0=

R_e1 =R_e2=1 [Oм]

 

3) Вибираємо стандартне значення опорів

R_е1ст=R5_{1 ст}= 1 Ом;

R_е2ст=R5_{2 ст}= 1 Ом;

R_е0ст=R5_ст= 3,6 Ом.

 

Елементи розв'язуючого фільтра R_ф і С_ф:

1) Значення резистора R_ф:

U_Rф=(0.1¸0.3)E_k

U_Rф=0.2∙E_k=0.2∙13.5=2.7 [B]

 

I_П=(3¸10)І_б0

I_П=7∙І_б0=7,23∙10^-3161 mA

 

2) Вибір стандартного значення

R_{ф ст}=R6_ст=9.1 Ом

 

3) Ємність розв'язуючого фільтру С_ф

С_ф≥ [Ф]

 

4) Вибір стандартного значення С_Фст=СЗ_ст:

С_Фст=СЗ_ст=3∙10^-3 [Ф]

 

 

5) Вибір робочої напруги на С_Ф=СЗ. Вибирається з умови:            U_Cфр≥1.5∙(E_k-U_Rф)

U_Cфр≥1.5∙(13.5-2.7)=16.2 [B]

 

Елементи подільника напруги:

1) Значення резисторів R2=R4, R1=RЗ, при умові, що R2=R4≥(3¸5)R_{вх VT}:

R2=R4=  [Ом]

R1=RЗ= [Ом]

 

2) Вибір стандартного значення опорів:

R1_ст=RЗ_ст=16 Ом

R2_ст=R4_ст=51 Ом

Потужність, яка розсіюється на резисторах:

P_Re0=2∙ ∙R_eocm=2∙(0.5)²∙3.6≈1 [Bт]

P_Rф=2∙(I_П+I_б0)²∙R_фcm=2∙((161+23)∙10^-3)²∙9,1=0,62 [Вт]

P_Re=P_Re1=(I_П+I_б0)²∙R_e1cm=(0.5)²∙1=0.25 [Вт]

P_R1=P_R3=(I_П+I_б0)²∙R1_cm=(184∙10^-3)²∙16=0.54 [Вт]

P_R2=P_R4=(I_П)²∙R2_cm=(161∙10^-3)²∙51=0.98 [Вт]

 

Вибір типу резисторів:

(Див. специфікацію)

 

Роздільні конденсатори:

1) Значення ємностей роздільних конденсаторів С1 і С2:

С1 і С2= [Ф]

 

2) Вибираємо стандартне значення конденсаторів С1_ст, С2_ст:

С1_ст=С2_ст=4,3 [мкФ]

 

3) Робоча напруга на роздільних конденсаторах С1 і С2:

U_C1p,C2p≥1.5∙E_k

U_C1p,C2p=1.5∙13.5=20.25 [В]

 

Вибираємо тип конденсаторів:

(Див. специфікацію)

 

 

VIII Розрахунок вихідного трансформатора:

1) Коефіцієнт трансформації.

n=

2) Опір первинної і вторинної обмоток трансформатора.

r₁= [Ом]

r₂= [Ом]

 

C=0.5 – коефіцієнт, який врахохвує наявність в первинній обмотці трансформатора постійної складової струму і лежить в межах (0,2¸0,7)

3) Індуктивність первинної обмотки трансформатора.

L₁= [Гн]

 

Поз. познач.	Назва		К-ть	Приміт-ки
	Резистори
R51, R52	C2-27-0.25-1 Ом±0.5%	2
R2, R4	C2-23-1.0-51 Ом±2%		2
R1, R3	C2-23-1.0-16 Ом±2%		2
R6	C2-23-1.0-9.1 Ом±2%		1
	Конденсатори
С1, С2	K71-3-160 B-4.3 мкФ±1%	2
С3	K71-3-160 B-3 мкФ±1%		1
	Транзистори
VT1, VT2	ГТ403А		2

 

 

 

Типова схема двотактного трансформаторного підсилювача та транзисторах включених по схемі з спільним емітером

 

 

В даній курсовій роботі я спроектував вихідний двотактний трансформаторний підсилювач потужності в режимі роботи класу А.

Так як в даній роботі мені було потрібно одержати максимальний коефіцієнт підсилення по потужності при коефіцієнті гармонік 4%, я вибрав схему включення транзисторів зі спільним емітером. Як відомо саме таке включення дає найбільший коефіцієнт підсилення при, великому коефіцієнті гармонік.

Для підсилювача було вибрано транзистори типу ГТ403А структури n-p-n, тому для відкриття транзисторів на їх бази потрібно подавати додатні пів хвилі відносно “землі ”.

Так як вибраний транзистор задовільняє потрібній потужності лише за умови присутності радіатора, було проведено розрахунок його площі охолодження.

За напругу живлення було прийнято нестандартну напругу 13,5 В, тому потрібний розрахунок фільтра.

Максимальні значення колекторного і базового струмів не перевищують заданих для даного транзистора в довіднику.

Розрахував, що попередній каскад повинен бути інверсний і забеспечувати вихідну напругу 0,26 В і потужність 4,03 mВт. При цьому вихідна потужність буде рівна заданій, а коефіцієнт підсилення по потужності буде складати 27,49 дБ.

Розрахунковий коефіцієнт гармонік рівний 0, що не перевищує заданого. Тому каскад вносить допустимі нелінійні спотворення і не потребує введення від’ємного зворотного зв’язку.

Також були розраховані елементи емітерної термостабілізації, елементи подільників напруги зміщення робочої точки фіксованою напругою бази, роздільні конденсатори, що служать для затримання постійної складової попереднього каскаду і частковий розрахунок електричних параметрів вихідного трансформатора.