2 ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК КАСКАДІВ ПІДСИЛЮВАЧА



Для кінцевого та передкінцевого каскадів блоку підсилювача використовуємо схему двійки, узагальнений вид якої (верхнє плече) представлено на рисунку 2.1.







Рисунок 2.1 – Узагальнена схема двійки (верхнє плече)



Схема двійки складається з двох симетричних плеч, які працюють в режимі класу АВ, причому верхнє плече реагує на верхню півхвилю сигналу, нижнє – на нижню півхвилю.



2.1 Розрахунок кінцевого каскаду



Максимальна амплітуда сигналу (максимальна напруга) на виході підсилювача:



(2.1)



Обираємо стандартне джерело напруги .

Максимальна амплітуда струму на виході через навантаження:



(2.2)



Для режиму роботи вихідного транзистора, близького до класу В, максимальна потужність, що розсіюється на колекторі, дорівнює:



(2.3)



Визначимо мінімальну граничну частоту транзистора з умови розподілу частотних спотворень () за наступним виразом:



(2.4)

(2.5)



Для кінцевого каскаду обираємо кут відсічки ion.3 HYPER14HYPER15, тоді отримаємо коефіцієнти Берга для гармонік сигналу відповідно , , .

Постійний струм колектора вихідного транзистора:



HYPER15 (2.6)



Струм першої гармоніки:



(2.7)



Середній струм колектора:



(2.8)



Знайдемо номінальну потужність каскаду (в момент приходу півхвилі на транзисторі падає подвоєна напруга живлення):



(2.9)



Визначимо коефіцієнт корисної дії (ККД) каскаду:



(2.10)



Сформулюємо вимоги до транзисторів кінцевого каскаду:



3 HYPER14HYPER15 (2.11)



Обираємо комплементарну пару транзисторів BD799(n-p-n) та BD800(p-n-p) з наступними параметрами:





Статичні характеристики транзисторів приведені в додатку А.

Максимальна амплітуда базового струму:



(2.12)



Початковий струм бази:



tion.3 HYPER14HYPER15 (2.13)



За вхідною характеристикою транзисторів знаходимо , . Вхідний опір каскаду:



(2.14)



Перевірка визначення вхідного опору:



(2.15)



Вхідна потужність каскаду:



(2.16)



Перевірка визначення вхідної потужності:



(2.17)



Визначимо крутизну вихідних транзисторів та коефіцієнт підсилення без ЗЗ:



HYPER14HYPER15 (2.18)

(2.19)



З врахуванням впливу зворотного зв’язку:





EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15 (2.20)



2.2 Розрахунок передкінцевого каскаду



Передкінцевий каскад розрахуємо аналогічно за алгоритмом попереднього підрозділу. При цьому зазначимо, що вхідні параметри кінцевого каскаду є вихідними для передкінцевого.

Задамося кутом відсічки , тоді отримаємо коефіцієнти Берга для гармонік сигналу відповідно , . Згідно з цим постійний струм колектора транзистора передкінцевого каскаду:



(2.21)



Струм першої гармоніки:



(2.22)



На транзисторі розсіюється потужність:



(2.23)



Визначимо мінімальну граничну частоту транзистора з умови розподілу частотних спотворень ():



HYPER14HYPER15 (2.24)



Сформулюємо вимоги до транзисторів кінцевого каскаду:



(2.25)



Обираємо комплементарну пару транзисторів BD167(n-p-n) та BD168(p-n-p) з наступними параметрами:





Статичні характеристики транзисторів приведені в додатку А.

За вхідною характеристикою транзисторів знаходимо .3 HYPER14HYPER15, .

Для визначення опору R1 знайдемо різницю струмів колектора передкінцевого каскаду та бази кінцевого (каскади працюють на різних кутах відсічки):



(2.26)



Залишок струму слід пустити на резистор R1 при напрузі на переході база – емітер кінцевого каскаду :



(2.27)



Обираємо опір R1=100 Ом.

Опір резисторів R2 та R3 обираємо однаковим з умови, що , тобто R2=60 Ом.

Знайдемо вхідні параметри передкінцевого каскаду.

Максимальна амплітуда базового струму:



ation.3 HYPER14HYPER15 (2.28)



Вхідний опір каскаду:



(2.29)



Перевірка визначення вхідного опору:



(2.30)



Вхідна потужність каскаду:



(2.31)



Перевірка визначення вхідної потужності:



(2.32)



Визначимо крутизну вихідних транзисторів та коефіцієнт підсилення з врахуванням ЗЗ:



(2.33)

(2.34)



2.3 Розрахунок драйверного каскаду



На рисунку 2.2 представлено схему драйверного каскаду.











Рисунок 2.2 – Схема драйверного каскаду



Струм драйверного каскаду (струм колектора) візьмемо у три рази більше, ніж максимальний струм бази передкінцевого каскаду:



(2.35)



Середній струм драйверного каскаду:



(2.36)



(2.37)

(2.38)



Струм драйвера забезпечується спаданням напруги живлення на опорі R4, тобто величина опору резистора R4:



(2.39)



Гранична частота транзистора дорівнюватиме ():



(2.40)



Каскад працює в режимі класу А, тому постійна споживана потужність:



(2.41)



Транзистор драйверного каскаду повинен задовольняти вимогам:



(2.42)



За цими вимогами обираємо транзистор MJE344 з наступними параметрами:



Статичні характеристики транзисторів приведені в додатку А.

Постійний струм бази драйверного транзистора:



(2.43)



При такому струмі по вхідній характеристиці визначаємо початкове зміщення .

Транзистор VT3 – такий самий (MJE344), як і транзистор VT4

Розрахуємо резистори R5 та R6, які разом з транзистором VT3



забезпечують стабільне початкове зміщення транзисторів передкінцевого та кінцевого каскадів для заданих кутів відсічки (рисунок 2.3).



Рисунок 2.3 – Забезпечення початкового зміщення транзисторів



Напруга зміщення дорівнює:



(2.44)



Струм дільника напруги визначаємо як:



(2.45)



Коефіцієнт передачі за напругою з врахуванням ЗЗ:



(2.46)

(2.47)



З іншої сторони коефіцієнт передачі дорівнює:



(2.48)

(2.49)



Таким чином маємо систему рівнянь:



(2.50)



Розв’язанням системи 2.50 будуть значення опорів резисторів R5 = 1.4 кОм та R6 = 600 Ом.







Конденсатор С1 повинен забезпечувати стійкість підсилювача на верхніх частотах, але його номінал не може бути досить перевищеним, бо це призведе до малої швидкості наростання підсилювача.



(2.51)



Обираємо ємність С1 = 70 пФ.

Розрахуємо оптимальний вхідний опір передкінцевого каскаду без урахування впливу зворотного зв’язку:



(2.52)



Вхідний опір транзистора VT2 (BD167) без впливу ЗЗ (як по схемі зі спільним емітером) визначається:



(2.53)



З врахуванням виразу 2.53 знайдемо оптимальний опір:



(2.54)



Оптимальний опір будемо враховувати при розрахунках нелінійних спотворень драйверного каскаду підсилювача.

Визначимо коефіцієнт підсилення за напругою для драйверного каскаду:



(2.55)



Крутизна транзистора VT4:



(2.56)



Навантаженням каскаду є паралельне з’єднання опорів та (формула 2.55):



(2.57)



Для драйверного каскаду коефіцієнт підсилення становить:



(2.58)



Змн.



Арк.



№ докум.



Підпис



Дата



Арк.



8



РТП 3.341.25 ПЗ

НАЗВА ДОКУМЕНТУ



Змн.



Арк.



№ докум.



Підпис



Дата



Арк.



9



РТП 3.341.25 ПЗ

НАЗВА ДОКУМЕНТУ



Змн.



Арк.



№ докум.



Підпис



Дата



Арк.



10



РТП 3.341.25 ПЗ

НАЗВА ДОКУМЕНТУ



Змн.



Арк.



№ докум.



Підпис



Дата



Арк.



11



РТП 3.341.25 ПЗ

НАЗВА ДОКУМЕНТУ



РТП 3.341.25 ПЗ

НАЗВА ДОКУМЕНТУ



12



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



Змн.



Арк.



№ докум.



Підпис



Дата



Арк.



13



РТП 3.341.25 ПЗ

НАЗВА ДОКУМЕНТУ



Змн.



Арк.



№ докум.



Підпис



Дата



Арк.



14



РТП 3.341.25 ПЗ

НАЗВА ДОКУМЕНТУ



Змн.



Арк.



№ докум.



Підпис



Дата



Арк.



16



РТП 3.341.25 ПЗ

НАЗВА ДОКУМЕНТУ



Змн.



Арк.



№ докум.



Підпис



Дата



Арк.



15



РТП 3.341.25 ПЗ

НАЗВА ДОКУМЕНТУ