Расчет принципиальной схемы

3. Расчет принципиальной схемы

3.1 Расчет выходного каскада

Подберем необходимый транзистор исходя из следующих условий:

P_{К max}> P_{рас. max},

I_{К max}> I_{К max.}

где P_{К max}– постоянная рассеиваемая мощность коллектора, I_{К max}– постоянный ток коллектора. (P_{рас. max}=1,25 Вт, I_{К max} =1,11 А - рассчитанны в пункте 3)

Выбираем по пару комплиментарных транзисторов:

VT6 - КТ816А (p-n-p)

VT5 - КТ817А (n-p-n)

Их основные параметры:

Постоянный ток коллектора,I_кмах= 3 А

Постоянное напряжение коллектор-эмиттер, U_кэмах=25 В

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора P_К.MAX=25 Вт

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора транзисторов КТ816А и КТ817А приведена при работе их с теплоотводом.

Выберем напряжение питания исходя из следующего условия:

2U_кэ.доп.  Е_п 2(U_ост.+U_вых), (3)

где U_кэ.доп - максимально-допустимое значение напряжения коллектор - эмиттер для транзисторов КТ816А, КТ817А, U_ост = 1 В - остаточное напряжение для транзисторов КТ816А,КТ817А, U_вых. - заданное выходное напряжение. 90 В  Еп  19,8 В

Выбираем напряжение питания равное 40 В.

Построим нагрузочную кривую на графике выходных характеристик транзистора КТ816А.

Рисунок 1. Выходные характеристики

Нагрузочная кривая проходит через точки  и  

Рисунок 2

Рисунок 3

Используя входные и выходные характеристики транзистора, построим проходную характеристику.

IK, А	0,45	0,75	1,07	1,32
IБ, мА	5	15	30	45
UБЭ, В	0,8	0,88	0,93	0,95

Рисунок 4

Исходя из построенной проходной характеристики, определяем:

I_{к max}= 1,11 А; I_{к min}= 0,37 А

U_{БЭ max}=0,925 В; I_{Б max}= 22 мА

U_{БЭ min}=0,775 В; I_{Б min}= 2,5 мА

Из полученных значений определяем область изменения I_Б и U_БЭ:

U_БЭ= U_{БЭ max}– U_{БЭ min}=0,925-0,775=0,15 В

I_Б= I_{Б max}– I_{Б min}=(22-2,5)·10^-3=19,5 мА

Определим значение входного сопротивления:

 

Определим коэффициент усиления:

где U_ВХ=U_БЭ - входное напряжение выходных транзисторов, В;

U_ВЫХ - заданное выходное напряжение, В.

Рассчитаем входное сопротивление и коэффициент усиления, с учетом обратной связи.

R_вхос= R_вхоэ (1+b·К_и);

где b- коэффициент передачи обратной связи

b=1 т.к имеется 100% отрицательная обратная связь.

Найдем входное напряжение оконечного каскада:

Рассчитаем g (коэффициент формы тока):

Принимаем g=0,9.

Найдем коллекторное сопротивление транзистора VT4, используется следующее соотношение:

По стандартному ряду сопротивлений выберем R13=470 Ом.

Вычислим коллекторный ток через транзистор VT4, А:

Выберем транзистор исходя из следующих условий:

 

Выбираем транзистор КТ815Б (n-p-n)

Его основные параметры:

Постоянный ток коллектора, I_кмах= 1,5 А

Постоянное напряжение коллектор-эмиттер, U_кэмах=40 В

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора 10 Вт

Рисунок 5

Рисунок 6

Используя входные и выходные характеристики транзистора, построим проходную характеристику по формуле:

Полученные результаты внесены в таблицу 1.

Таблица 1.

h21э	74,5	75	75	71	73	72
Iб, мА	0,5	0,53	0,66	0,81	0,95	1,12
Iк, мА	38,2	40	50	60	70	80,8
Uбэ, В	0,7	0,705	0,715	0,725	0,74	0,76

Рисунок 7

С помощью метода пяти ординат, рассчитаем нелинейные искажения, вносимые предоконечным каскадом:

I_{К max}=80,8 мА; I_{К min}=38,2 мА; I₁=73 мА; I₀=64 мА; I₂=50 мА.

 

Найдем коэффициенты гармоник:

; ; .

Рассчитаем коэффициент нелинейных искажений:

По техническому заданию =1,5%. Чтобы уменьшить нелинейные искажения необходимо ввести отрицательную обратную связь, которая снизит коэффициент нелинейных искажений в глубину обратной связи (А):

Найдем глубину обратной связи:

До введения обратной связи:

где U_вых– напряжение на выходе предоконечного каскада, U_вх– напряжение на входе предоконечного каскада;

U_вх= U_{БЭ max}-U_{БЭ min}

U_вх =0,76-0,7=0,06 В.

Коэффициент усиления обратной связи:

;

где δ – коэффициент передачи обратной связи.

Так как δ·K_u>>1, то

Рассчитаем сопротивление нагрузки по переменному току для предоконечного каскада:

где R_ВХ.ОС– входное сопротивление оконечного каскада.

Находим сопротивление обратной связи:

По линейке номиналов подбираем R14=12 Ом.

Пересчитаем глубину обратной связи и коэффициент усиления с учетом полученного значения R14

Так как необходимо получить K_uос=5,1 увеличим глубину обратной связи

Произведем расчет с учетом новой глубины обратной связи:

По линейке номиналов подбираем R14=47 Ом

 

Найдем напряжение на входе предоконечного каскада:

 

На транзисторе VT4 и на сопротивлении обратной связи происходит падение напряжение:

U_Б0=U_БЭ0+U_R14;

U_R14=I_Э0·R14 ;

Так как I_Э0≈I_К0 , то

U_R14=I_К0·R14=42,5·10^-3·47=1,99 В.

По входной статической ВАХ транзистора определяем, что U_БЭ0=0,73 В.

U_Б0=0,73+1,99=2,72 В

Ток делителя выразим из предположения, что он гораздо больше тока базы:

 

 

По линейке номиналов подбираем R12=390 Ом.

 

По линейке номиналов подбираем R11=560 Ом.

Произведем перерасчет тока делителя с учетом выбранных номиналов резисторов R11 и R12:

 

Так как входное сопротивление предоконечного каскада представляет собой параллельное включение сопротивления транзистора VT4, R11 и R12.

найдем I_Б – амплитуду тока базы;

I_Б= I_{Б max} - I_{Б min}=(1,12-0,5)·10^-3=0,62 мА

рассчитаем сопротивление транзистора:

с учетом обратной связи сопротивление транзистора VT4:

Обеспечение рабочей точки транзисторов оконечного каскада осуществляется с помощью диода, включенного в прямом направлении.

Выбор диода производим исходя из следующих условий:

,

где – напряжение на диоде, – напряжение смещения.

Напряжение смещения находим из проходной характеристики транзистора оконечного каскада:

 В

 

Выбираем диоды Д229А в количестве 4шт со следующими параметрами:

U_пр=0,4 В; I_обр=50 мкА; U_обр=200 В; I_пр=400 мА;