Расчет выходного каскада усилителя

Аналогично выбору выходных транзисторов VT3(VT4) выбираем транзисторы VT1(VT2) КТ502В и КТ503В

Транзисторы подходят так как выполняются неравенства:

I_{к доп}> I_к1max= I_km1+ I_ok1≈ I_эm1+ I_оэ1=0,07 А

U_{к доп}>2,1* E_n=31,5 В

P_{к доп}>( P_н* I_бm3)/ I_кm3=0,23 Вт

Для построения линии  нагрузки по постоянному току транзисторов VT1(VT2) выбирают следующие координаты точек A’  и A’’ (см. рис.4)

A’(I_ok1 ,E_n- U_oб3); A’’ (I_ok1+I_кm1 ;E_n -U_об3 – U_km1) A’(0,02 А; 14.32 В) ; A’’(0,07 А;2,1В)

Рисунок 4. Посторение линии нагрузки транзистора VT1(VT2)

Перенеся соответствующие  значения токов базы на входную характеристику

(см. рис.5), определяем для транзисторов VT1(VT 2) :

U _бт1=0.06В -амплитудное значение напряжение на базе;

I _бт1=400 мкА -амплитудное значение тока базы;

I _об1= 60 мкА  -ток покоя базы транзистора;

U_об1 =0,63 В -напряжение покоя базы.

Рисунок 5. Определение параметров входного сигнала транзистора VT1(VT2)

4. Определение основных параметров выходного каскада

Входное сопротивление  базоэмиттерного перехода транзистора VT1(VT2)

R_{вх бэ1}= U _бт1/ I _бт1=150 Ом

Входное сопротивление  верхнего и нижнего плеча выходного  каскада в силу комплементарности транзисторов можно считать одинаковыми, поэтому входное сопротивление выходного каскада

R_вх13≈ R_вх24≈ R_{вх бэ1}+(R3|| R_{вх бэ3})*( I_kт1 /I _бт1)+(R_н*( I_kт3/I _бт1))=31 кОм

Амплитудное значение входного напряжения

U^BK_{вх m}= U_бт1+ U_бт3+ U_kт3=12,34 В

Требуемое падение  напряжения U_од1,2 на диодах VD1, VD2

U_од1,2 =2*U _oб1+ U _oб3=1,94 В

      Так как величина напряжения U_од1,2 получается больше (0,8-1,6)В, то необходимо включать последовательно 4 диода КД509А.

      Диод  КД509А имеет следующие параметры:

• постоянное обратное напряжение - 50В;
• постоянный обратный ток - 5 мкА;
• постоянный прямой ток - 100 мА;

Строим суммарную  вольтамперную характеристику 4-х  последовательно включенных диодов и по ней определяет необходимый ток через диоды (рис.6)

 

Сопротивление R1 и R2 делителя напряжения

R1=R2=(2E_n-U_од)/ I_од=9,4 кОм

Входные сопротивления  верхнего и нижнего плеч каскада  с учетом шунтирующего действия резисторов R1 и R2

R^BK_вх=(R1||R2)||R_вх13=4,08 кОм

Среднее значение коэффициента усилиния по напряжению выходного каскада

К_u^ВК= U_km3/ U^BK_{вх m}=0,97

Среднее значение амплитуды  входного тока выходного каскада

I^ВК_{вх m}= U^BK_{вх m}/ R^BK_вх=2,9 мА

Можность сигнала на входе выходного каскада

P^ВК_вх=0,5*( U^BK_{вх m}* I^ВК_{вх m})=36 мВт

Коэффициент полезного  действия всего каскада

Ƞ=P_н/[2E_n(I_ок3+ I_од+ I_ок1+(1/π)( I_kт1+ I_kт3)]=0,63≈63%

Уточненое значение мощности, рассеиваемой одним транзистором VT3(VT4)

P_к3max =0,1*((U_н)²/ R_н)+ E_n I_ок3=3,5 Вт

Тепловое сопротивление  корпус среда

R_tк-с=( t_kmax- t_в)/ P_к3max=2,7 ^oC/Вт

Где R_{t п-к}- тепловое сопротивление подложка- корпус

Площадь радиатора

S=1/( К_т* R_tк-с)=283см²

Где К_т=(0.0012-0.014), Вт см^-2 град^-1 –коэффициент теплоотдачи

5. Расчет элементов связи

Целью данного расчета  является определение величин емкостей разделительных конденсаторов С1 иС2.

На практике фазовый  сдвиг υ₂, вносимый конденсатором С2, трудно сделать малым из-за небольшой величины сопративления нагрузки Rн. Для минимизации величины емкости конденсатора принимают:

υ₁=(0,2-0,3) υ_доп=4 град

υ₂=(0,7-0,8) υ_доп=16 град

Рассчитаем емкости  разделительных конденсаторов:

С1=1/(2πf_н(R^BK_вх+ R_r)*tg υ₁)=9,2 мкФ

С1=1/(2πf_нR_н*tg υ₂)=1,3 мФ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

В данном курсовом проекте  было спроектирован усилитель низкой частоты, который отвечает всем параметрам, заданным в техническом условии. Коэффициент полезного действия спроектированного усилителя низкой частоты превышает заданное нам по условию значение, что гарантирует эффективную работоспособность устройства.

В результате работы рассчитан графо-аналитическим методом выходной каскад усилителя. Расчитаны элементы связи в качестве которых использовались разделительные конденсаторы. Определили электрические параметры выходного каскада по переменному току: входное сопротивление R^BK_вх, коэффициент усиления по напряжению К_u^ВК, амплитуды входного тока I^ВК_{вх m} и напряжения U^BK_{вх m.}