Расчет выходного каскада усилителя

 

Построение  нагрузочной прямой транзистора VT3(VT4)

  A(I_ok3, E_n); B(I_ok3+ I _km3, E_n- U_km3)  =   А (0,168 А ; 15,1 В); B(2,57 А; 0,9 В).

В результате построения нагрузочной прямой находим ток  покоя базы I_об3, максимальный ток базы I_б3max и вычисляем амплитудное значение тока базы:

  I_бт3 = I_б3max - I_об3 = 0,1 – 0,01 = 0,099 A.

Перенеся соответствующие  значения I_об3 и I_{б3 max} на входную характеристику, определяем для транзисторов VT3(VT4): 
 
 

 
 

определение параметров входного сигнала транзистора  VT3(VT4) 

По характеристике находим:

U_бm3 = 0.3 В - амплитудное значение напряжения на базоэмиттерном переходе;

U_об3 = 0.73 В - напряжение покоя базы;

U_{бm3 max} = 1.03 В - максимальное значение напряжения на базоэмиттерном переходе.

После этого рассчитываем:

• Входное сопротивление базоэмиттерного переходы транзистора VT3(VT4):

R_{вх бэ3} = U_бm3/ I_бm3 = 3 Ом;

• Номиналы резисторов R3 и R4:

R3 = R4 = (2 … 5 )* R_{вх бэ3} = 5*3= 15 Ом.

3. Выбор предвыходных транзисторов и режимов работы их по постоянному току. Построение линии нагрузки.

 

Ток покоя эмиттера транзисторов VT1(VT2):

I_оэ1 = I_об3 + ( U_об3/R3) = 0,06 А;

Амплитудное значение тока эмиттера транзисторов VT1(VT2):

I_эm1 = ( U_бm3*(R3 + R_{вх бэ3})) / ( R3*R_{вх бэ3} ) = 0,12 А.

Соответственно амплитудное  значение тока I_кm1≈ I_эт1, так как коэффициент пердачи тока эмиттера близок единице.

Аналогично выбору выходных транзисторов VT3(VT4) выбираем транзисторы VT1(VT2):

I_kдоп > I_к1max = I_кm1 + I_ок1 ≈ I_эт1 + I_оэ1 = 0,18 A;

U_кдоп > 2,1*E_п = 31,7 В;

Р_кдоп > (Р_н*I_бт3) / I_кт3 = 1,39 Вт.

Выбираем транзисторы  КТ814Б и КТ815Б.

Транзисторы соответствуют приведенным выше неравенствам.

Для построения линии  нагрузки по постоянному току транзисторов VT1(VT2) выбирают следующие координаты точек A’  и A’’ :

A’ (I_ok1 ,E_n- U_oб3) -  A’(0,06 А; 14.37 В) ;

  A’’ (I_ok1+I_кm1 ;E_n -U_об3 – U_km1) - A’’(0,18 А; 0,17 В):

где U_кт1 = U_кт3 + U_бm3 

 
 

Построение  линии нагрузки транзистора VT1(VT2) 
 

Перенеся соответствующие  значения токов базы на входную характеристику, определяем для транзисторов VT1(VT 2): 
 

 

Определение параметров входного сигнала транзистора  VT1(VT2) 

U _бт1 = 0.1 В -амплитудное значение напряжение на базе;

I _бт1 = 3,6 мА -амплитудное значение тока базы;

I _об1 = 0,4 мА  -ток покоя базы транзистора;

U_об1 = 0,72 В -напряжение покоя базы. 
 

4. Определение основных параметров выходного каскада

 

Входное сопротивление  базоэмиттерного перехода транзистора VT1(VT2):

R_{вх бэ1} = U _бт1/ I _бт1 = 28 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)) = 4,11 кОм;

Амплитудное значение входного напряжения:

U^BK_{вх m} = U_бт1 + U_бт3 + U_kт3 = 14,6 В;

Требуемое падение  напряжения U_од1,2 на диодах VD1, VD2:

U_од1,2 =2*U _oб1 + U _oб3 = 2,17 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: 
 

 
 

Результирующая ВАХ последовательно включенных диодов

Условия:

I_од > (0,5…1) mA;

I_од > (2…3)*I_об1  - выполняются. I_од = 7 mA.

Сопротивление R1 и R2 делителя напряжения:

R1 = R2 = (2*E_n - U_од)/ I_од  = 4 кОм

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

R^BK_вх = (R1||R2)||R_вх13 = 1,35 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 = 10,8 мА;

Мощность сигнала на входе выходного каскада:

P^ВК_вх = 0,5*( U^BK_{вх m}* I^ВК_{вх m} ) = 79 мВт;

Коэффициент полезного  действия всего каскада: