Пример 2. Расчет бестрансформаторного усилителя мощности с двухполярным питанием

Принципиальная электрическая схема УМ приведена на рис. 4.

Для снижения уровня нелинейных искажений в усилителе используются два параллельно

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема УМ с двухполярным питанием

 

включенных выходных каскада. Основной каскад выполнен на транзисторах VT 3, VT 4 и работает в режиме усиления класса B, вспомогательный - на транзисторах VT 5... VT 8 и

работает в режиме класса AB. Резисторы R ₅ ... R ₁₄, диоды VD 3, VD 4, транзисторы VT 1, VT 2 и стабилитроны VD 1, VD 2 обеспечивают необходимое смещение напряжения на базах выходных транзисторов VT 3... VT 8 и задают режим работы обоих каскадов.

При малых уровнях входного сигнала транзисторы основного каскада закрыты и работает только вспомогательный каскад. Резисторы R ₁₉ , R ₂₀ создают необходимую термостабилизацию вспомогательного каскада, а резисторы R ₁₅ , R ₁₆ ограничивают базовый ток транзисторов VT 5, VT 6.

С ростом входного напряжения начинают открываться транзисторы VT 3, VT 4 и увеличивается ток, поступающий в нагрузку от включенных параллельно выходных каскадов.

Увеличение тока, протекающего через резисторы R ₁₉ , R₂₀, приводит к росту падения напряжения на них и ограничению тока транзисторов VT 7, VT 8. Обычно сопротивление резисторов R ₁₇ , R ₁₈ выбирается равным 2 ... 10 Ом, что ограничивает ток транзисторов VT 5, VT 6 на уровне 40... 200 мА.

Каскад предварительного усиления выполнен на операционном усилителе DA 1 широкого применения. Операционный усилитель (ОУ) лучше выбирать быстродействующего типа. Корректирующие элементы подключаются к микросхеме DA 1 согласно паспортным данным. Стабилитроны VD 1, VD 2 стабилизируют напряжение питания микросхемы DA 1, которое одновременно используется для создания необходимого напряжения смещения выходного каскада. Конденсаторы С₂, С₃ - сглаживающие фильтры.

Резистор обратной связи R₂ и резистор R₁ определяют коэффициент усиления операционного усилителя. Конденсаторы C ₄ ... C ₇ корректируют частотную и фазовую характеристики каскада.

Переменный резистор R ₁₀ используется для установки тока покоя транзисторов VT 7 и VT 8, работающих в режиме класса АB, при одновременной установке нулевого тока покоя транзисторов VT 3 и VT 4, работающих в режиме класса B.

При выборе транзисторов необходимо иметь в виду, что транзисторы VT 1 и VT 2, VT 3 и VT 4, VT 5 и VT 6, VT 7 и VT 8 составляют комплементарные пары и технические характеристики каждой пары должны быть примерно одинаковыми. Кроме того, транзисторы VT 3, VT 4 могут быть составными.

Защиту от перегрузок и короткого замыкания усилитель не имеет, поэтому ее необходимо предусмотреть в источнике питания.

Учитывая, что в современных справочниках, как правило, ВАХ транзисторов не приводятся, расчет параметров усилителя мощности осуществляем аналитическим методом.

 

Исходные данные для расчета:

 - максимальная выходная мощность усилителя, Вт;

 - сопротивление нагрузки, Ом.

Расчет

1. Определяем с небольшим запасом мощность, отдаваемую резисторами выходного каскада в нагрузку

, Вт.

2. Находим максимальное и среднее значения коллекторного тока транзисторов одного плеча за период

3. Рассчитываем амплитуду напряжения на нагрузке

, В.

4. Вычисляем напряжение источника питания и округляем его до ближайшего из рядарекомендованных напряжений [6]

, В

5. Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе транзисторов одного плеча за полный период сигнала:

6. Распределяем мощности рассеивания и токи коллекторов транзисторов одного плеча

7. Выбираем из справочника [7] или приложения 1учебно-методического пособия типы транзисторов VT 1, VT 3 из условий, что

где - максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер выбранного типа транзистора,

 - максимальная постоянная рассеиваемая мощность коллектора,

 - максимальный импульсный ток коллектора,

 - максимальный постоянный ток коллектора.

Желательно также выбирать транзистор VT 3, чтобы

- минимальные значения коэффициентов усиления по току транзистора схем с общим эмиттером (ОЭ).

В противном случае необходимо вместо транзистора VT 3 устанавливать составной, как это сделано во вспомогательном каскаде. Обычно параметры транзисторов выбирают с 40-50% запасом по напряжению, а по току и мощности запас может быть и гораздо выше (10-20) раз. Выписываем из справочника основные паспортные данные выбранных типов транзисторов.

8. Выбираем также из справочника типы транзисторов VT 4, VT 6, VT 8 другого плеча усилителя, имеющих другую проводимость и составляющих комплементарную пару с транзисторами VT 3, VT 5, VT 7 соответственно.

Параметры транзисторов комплементарной пары должны быть примерно одинаковыми.

9. Рассчитываем площадь радиаторов под транзисторы VT 3, VT 4, VT5, VT6, VT7, VT8оконечного каскада по формуле

 ,

где  - температура перехода транзистора, °С,

 - максимальная температура окружающей среды, °С,

 - тепловое сопротивление выбранного типа транзистора переход-корпус, °С/Вт.

Максимальную температуру окружающей среды выбираем произвольно с учетом предполагаемой области использования усилителя.

10. Определяем значения резисторов

Выбираем ближайшее стандартное значение резисторов из ряда номинальных значений Е24 [8] или приложения 2.

11. Рассчитываем максимальное значение базового тока транзистора VT 5

где - минимальное значение коэффициента усиления по току транзистораVT 5.

12. Рассчитываем значения сопротивлений резисторов , и ,

 - напряжение питания выбранного типа ОУ. Выбираем значение =15В. Если напряжение  УМ 18В и меньше, то ОУ выбираем с меньшем на 2…3В напряжением питания.

13. Выбираем из справочника [10] или приложения 1тип диодов VD 3, VD 4и выписываем их характеристики исходя из условия

,

где  - максимальный ток делителя R ₁₁ , VD 3, VT 1, R₁₃;

 - постоянный прямой ток диода.

Максимальный ток делителя принимаем равным  = 10 мА.

14. Выбираем VT1 и VT2 из расчёта:

 

15. Находим значения резисторов R ₁₁ , R ₁₂

16. Вычисляем значения резисторов R ₇ , R ₈ и R ₁₀

 ,

где  - ток базы транзистора VT 1.

Выходной ток ОУ принимаем равным . Значение резистора R ₁₀ находим как

17. Определяем значения резисторов начального смещения R ₅ , R ₆

.

18. Из справочника [11]выбираем быстродействующий тип ОУ и выписываем его основные параметры. Уточняем необходимые внешние корректирующие элементы (если таковые необходимы). Если выбран такой ОУ, что , тогда цепочка элементовR3, R4, VD1, VD2, C1, C2 удаляют из цепи.

19. Из справочника [10] выбираем тип стабилитронов VD 1, VD 2 с напряжением стабилизации . Выписываем основные параметры стабилитрона.

20. Рассчитываем значения сопротивлений балластных резисторов R ₃ , R ₄

где  - напряжение стабилизации выбранного типа стабилитрона, т.е. равное напряжению питания операционного усилителя ,

 - ток нагрузки параметрического стабилизатора,

 - минимальный ток стабилизации стабилитрона.

Проверяем, чтобы

где  - максимальный ток стабилизации выбранного типа стабилитрона.

21. Конденсаторы фильтра С₂, С_З по цепи питания микросхемы DA 1 выбираем 10,0...30,0 мкФ. Корректирующие конденсаторы С₄, С₅, С₆, С₇ выбираем

В процессе наладки УМ емкость конденсаторов С₄...С₇ может быть скорректирована.

22. Находим коэффициент усиления по напряжению усилителя при стандартном значении линейного входного напряжения по формуле

и значение резистора R ₂

Резистор R ₁ определяет входное сопротивление усилителя. Принимаем = 10 кОм.

23. Вычисляем емкость раздельного конденсатора C ₁

где ,

 - минимальная рабочая частота, Гц,

,

- коэффициент нелинейных искажений, дБ.

Принимаем

Из справочника [9] или приложения 2выбираем стандартное значение емкости конденсатора C ₁ и его тип.

24. Для всех резисторов УМ определяем мощность рассеивания по формуле

и выбираем их типы [8].

25. Примерно оцениваем КПД усилителя

где  - выходная мощность усилителя,

- примерная сумма мощностей, выделяемая на электро-радиоэлементах схемы (транзисторах, резисторах, диодах).

26. Найдем ток, потребляемый усилителем :

Потребляемый усилителем  является выходным током стабилизатора .

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 239; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!