Расчёт выходного каскада

Разработка широкополосного усилителя

Исходные данные:

Ом

Ом

+0º…+50º -температура окружающей среды

3 дБ – уровень частотных искажений

10 кГц-25МГц –диапазон рабочих частот

Наилучшими усилительными свойствами обладает схема каскада с общим эмиттером. Сопротивление нагрузки достаточно мало, поэтому необходим выходной каскад, согласующий низкоомную нагрузку с высокоомным выходным сопротивлением каскада с ОЭ. Таким выходным каскадом может быть двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности (рис. 1.1).

Двухтактный каскад работает в режиме класса AB.

Рис. 1.1 Бестрансформаторный усилитель мощности

Расчёт выходного каскада

Напряжение питания U_пит =18В

Производим выбор транзисторов:

Требуемое максимальное значение тока коллектора:

Рассчитаем мощность на коллекторе транзистора по формуле:

Полученным данным удовлетворяют транзисторы BC547 и BC557:

Рассчитываем параметры рабочей точки:

Этому току соответствует напряжение базы-эмиттера U_БЭ, открывающее транзистор. Возьмём I_к по середине выходной ВАХ транзистора BC547

Строим выходные (рис. 1.2) и входные (рис. 1.3) характеристики.

Находим I_к,U_кэ,I_Б

Ток базы задаётся от 0 до 800мкА с шагом 25мкА

Рис. 1.2. Выходные характеристики

Рис. 1.3. Входные характеристики

Параметры точки, используемой для расчётов:

I_к=50 мА

I_Б=350 мкА

U_кэ=9В

U_БЭ=637,302 мВ

Рассчитываем цепь базового делителя:

Выбираем ток делителя большим, чем амплитудное значение тока базы:

I_дел=1,75 мА

Определяем сопротивления резисторов R₂ и R₃, которые формируют напряжение смещения U_бэ:

(390 Ом)

На сопротивлениях R₁ и R₄ выделяются напряжения U₁ и U₄ и протекают токи I_R1 и I_R4:

(4,3 кОм)

Причем:

Подбираем резисторы из ряда номиналов Е24:

R₁= R₄=4,3 кОм

R₂= R₃=390 Ом

Рассчитываем входное и выходное сопротивление:

Определяем входное сопротивление усилителя мощности, которое является нагрузкой для предшествующего каскада.

R_вх=1742 Ом

Находим коэффициент усиления по напряжению , на вход каскада подаем заданную амплитуду напряжения U_вх =5В, на выходе определяем амплитуду по графику (рис. 1.4):

Рис. 1.4. Графики входного и выходного напряжений для 5В

По заданию амплитуда напряжения на нагрузке равна 5 В. Найдем амплитуду напряжения, которое необходимо подать на вход каскада:

Рис. 1.5. Графики входного и выходного напряжений для 6В

Рис. 1.6. Модель каскада в OrCad

Проверяем расчет R_вх и R_вых в OrCAD:

1) Подав на вход каскада 6В (рис. 1.7) находим амплитуду тока (рис. 1.8) для этого напряжения. Тогда входное сопротивление рассчитывается по формуле:

Рис. 1.7. График входного напряжения

Рис. 1.8. График входного тока

Погрешность незначительна, расчет выполнен верно.

2) Выходное сопротивление рассчитывается в 2 этапа:

- сначала измеряется напряжение на бесконечно большой нагрузке (10 МОм), т.е. на холостом ходу.

- потом измеряется напряжение и ток на нагрузке 50 Ом

Тогда выходное сопротивление рассчитывается по формуле:

Рис. 1.9. Графики напряжения на холостом ходу

Рис. 1.10. Графики напряжения на нагрузке 50 Ом

Рис. 1.11. График тока на нагрузке 50 Ом

Погрешность незначительна, расчет выполнен верно.

Дата добавления: 2015-10-13