Курсовая работа (т): Схема группового усилителя

.

Полное семейство входных характеристик в справочнике [2] не приводится. Напряжение смещения Uбо определяется по входной статической характеристике для Uк ≠ 0 (рис. 4). Эту же характеристику принимаем в дальнейших расчетах за входную динамическую.

Рис. 4. Статические выходные характеристики.

. Расчет стабилизации режима работы транзистора ВКУ

Стабилизация режима работы ВКУ обеспечивается отрицательной обратной связью по постоянному току (ООСПТ). Выше было отмечено, что в схеме выходного каскада (рис.2) используется эмиттерная стабилизация; она создается включением в эмиттерную цепь достаточно большого сопротивления Rэ и ООСПТ является последовательной.

Отметим, что целью стабилизации является обеспечение одинаковых условий работы транзистора при определенном разбросе параметров (прежде всего величиной h21Э) и изменением условий окружающей среды (главным образом температуры, наиболее сильно влияющей на значение обратного тока коллекторного перехода - Iкб0).

Для транзистора ВКУ величина допустимого положительного приращения тока iк.0доп определяется предельным положением р.т. (рис.3), при котором еще обеспечивается получение от транзистора требуемой выходной мощности. Это приращение коллекторного тока определяется соотношением:

                             (6.1)

выходной каскадный усилитель частота

где сопротивление нагрузки постоянному току равно:

                            (6.2)

iб0=45мкА - ток базы, равный току смещения по усредненным характеристикам транзистора.

Выберем стандартное значение сопротивления эмиттера из ряда Е24:

.

Для определения типа резистора вычислим мощность, выделяемую на резисторе:

,

тогда выбираем тип резистора МЛТ-0,125.

Вычисляем:

При отсутствии стабилизации изменения постоянного тока может быть значительно больше допустимого. Когда ВКУ отделен по постоянному току от предварительного каскада, максимально возможное положительное приращение коллекторного тока равно:

                      (6.3)

Где

                 (6.4)

Здесь h21Эmax = 500 - наибольший для выбранных условий работы статический коэффициент усиления транзистора по току; - обратный ток коллектора, определяется для максимально возможной температуры p-n перехода. Так как в справочных данных [2] для выбранного транзистора КТ3102Б приведено значение  при температуре 85ºC, которая отличается от вычисленной ранее максимальной температуры p-n-перехода равной 85,8 ºC менее чем на 10 ºC, то для расчётов можно принять справочное значение [1] .

Тогда ,

.

После этого можно перейти к определению необходимой глубины местной ООС по постоянному току в ВКУ, позволяющей снизить изменения коллекторного тока до допустимой величины:

                         (6.7)

Фактическая глубина ООС ПТ в ВКУ зависит от элементов схемы: , ,  (рис.2). Величина  определена выше. Сопротивления  и  равны:

; ;

Пусть ,

а , тогда

, .

Выбираем значения  и  по ГОСТу (ряд Е24):

, .

Определяем мощности, выделяемые на резисторах базы:

,

.

Для обоих резисторов выберем МЛТ-0,01.

Фактическая глубина ООС ПТ равна:

,

где .

Условие: >  (6.8) - выполняется.

7. Расчет выходного каскада усиления по переменному току

Расчет ВКУ по переменному току проводится для гармонического сигнала номинальной величины, при котором обеспечивается получение заданной выходной мощности в нагрузке.

Оптимальное эквивалентное сопротивление нагрузки транзистора, обеспечивающее получение наибольшей выходной мощности при сравнительно малых искажениях:

Оно соответствует одинаковому использованию транзистора по току и напряжению. Выходная динамическая характеристика, соответствующая уравнению, приведена на рис. 3:

.

Номинальные амплитудные значения переменных составляющих выходного тока и напряжения (со стороны первичной обмотки выходного трансформатора):

;

.

При номинальном значении выходной мощности используемый участок характеристики лежит между точками “А” и “В”. В этих точках (рис. 3)

, ;

, .

Отдаваемая транзистором мощность равна:

.

Токи базы, соответствующие точкам “А” и “В”, определяют используемый участок входной характеристики (рис. 4). По выходной характеристике определим значение токов базы, соответствующих точкам А и В:  и . Отмечаем полученные значения токов базы на входной характеристике (рис. 4) и определяем соответствующие значения напряжения эмиттер-база  и . Изменения входного тока относительно рабочей точки в сторону увеличения и уменьшения, как видно из рисунка, должны быть неодинаковыми. Поэтому для дальнейших расчетов лучше использовать усредненные значения:

амплитуды входного напряжения и тока:

           (7.1)

.              (7.2)

Уравнения (7.1) и (7.2) позволяют найти входное сопротивление транзистора (между базой и эмиттером):

.

Входная мощность, необходимая для получения номинальной мощности на выходе:

.

Средние значения динамических коэффициентов усиления по току, напряжению и мощности:

; ;

Значения максимального и минимального входных сопротивлений транзистора используются в дальнейших расчетах.

8. Построение сквозной динамической характеристики и оценка нелинейных искажений в ВКУ

Нелинейные искажения усиливаемого сигнала возникают обычно в выходных каскадах усилителя, где уровни переменных токов и напряжений достигают больших величин. Обусловлены эти искажения, главным образом, нелинейностью характеристик транзистора. Высшие гармоники определяются методом пяти ординат по сквозной динамической характеристике, которая учитывает нелинейность входной и выходной цепи.

Сквозная динамическая характеристика представляет собой зависимость коллекторного тока от эквивалентной ЭДС источника сигнала транзистора ВКУ:

                       (8.1)

Эквивалентная схема ВКУ для переменной составляющей тока показана на рис. 5.

Транзистор нагружен на входное сопротивление трансформатора, равное оптимальному для выбранного режима работы: Rопт. При построении сквозной динамической характеристики

                       (8.2)

используются все точки пересечения нагрузочной прямой по переменному току (Rн~) со статическими характеристиками. По ним определяем соответствующие значения токов коллектора (), базы () и заносим в таблицу. По входной характеристике для каждого значения тока базы () определяется напряжение между базой и эмиттером () и также заносим в таблицу для соответствующей точки. Затем по формуле (8.1) вычисляем  для каждой точки и осуществляем построение зависимости (8.2). В формуле (8.1) источником сигнала для ВКУ является предварительный каскад усиления. Для оценки нелинейных искажений целесообразно принять .

Рис. 5. Эквивалентная схема ВКУ для переменной составляющей тока

Сквозная динамическая характеристика (рис. 6) имеет плавный характер.

Рис. 6. Сквозная динамическая характеристика ВКУ

Рабочая точка находится на середине линейного и наиболее крутого участка сквозной характеристики. Уменьшение наклона сквозной характеристики при больших токах связано с уменьшением усиления по току и переходом в режим насыщения, а при малых токах - с нелинейностью входной характеристики (увеличением входного сопротивления).

.

При таком искажении рассчитываем для используемого участка между точками “В” и “С” (рис.6). Пять значений выходного тока (ординат)

, , , , .

определяются для четырех одинаковых приращений Э.Д.С. источника сигнала:

.

Амплитуда полезного сигнала (первая гармоника), а также второй и третьей гармоник определяются:

,

,

.

Данные значения высших гармоник соответствуют отдаваемой мощности

которая получилась больше номинальной при небольшом значении коэффициента использования .

Коэффициенты гармоник КГ и соответствующие им затухания нелинейности  равны:

, ,

,

.

При >  при номинальном уровне сигнала нелинейные искажения получаются меньше рассчитанных (затухания нелинейности возрастают).

Чтобы ООС эффективно снижала нелинейные искажения, затухания нелинейности при номинальной мощности должны быть не менее 20 дБ (в нашем случае эти условия выполняются). При меньшем значении необходимо выбрать другое положение рабочей точки, либо заменить транзистор на другой, с более линейными характеристиками.

Отметим, что необходимые минимально допустимые значения затухания нелинейности по второй т третьей гармоникам в групповых усилителях МСП (Аг20 и Аг30) задаются при нулевом уровне выходной мощности и обычно значительно больше полученных в расчете. Обеспечить их позволяет достаточно глубокая комбинированная общая и местная в ВКУ ООС по переменному току. Чем больше отличие от этих значений от полученных в расчете ВКУ, тем более глубокую ООС следует применить. Требуемая глубина ООС определяется ниже.