1) Проектирование электронных устройств передачи, приема и преобразования сигналов; 2) ЭСБ; 3) заочная ИИТ 4) контрольная работа 5) год выполнения работы 2015; 6) вариант 21 Препод - Манюк
Контрольное задание № 1 Расчет усилителя низкой частоты
Исходные данные: 1) входное напряжение УНЧ UВХ берется по двум последним цифрам зачетной книжки в милливольтах; 2) мощность на выходе усилителя берется по двум последним цифрам зачетной книжки в ваттах; 3) частотный диапазон от 25 Гц до 10 кГц; 4) коэффициент частотных искажений МН = МВ =1,1.
Принципиальная схема многокаскадного усилителя низкой частоты представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Принципиальная схема многокаскадного усилителя низкой частоты.
Выходной каскад усилителя рассчитывается в режиме А. КПД трансформатора принимаем равным 0,75, тогда в коллекторной цепи транзистора выделится мощность:
Рк = Рвых/0,75
Рк = 2/0,75 = 2,7 Вт
Для определения значения напряжения источника питания задаемся значением нагрузки RН = 4 Ом. Определим амплитуду напряжения на выходе по формуле ; . Напряжение питания оконечного каскада определяем по условию:
где – начальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора – это напряжение, при котором на выходных характеристиках транзистора наблюдается заметное увеличение угла наклона. Примем , тогда ЕК будет равно
Из стандартного ряда принимаем значение 15 В. Падение напряжения на сопротивлении RЭ равно UЭ = 0,1ЕК UЭ = 0,1•15 = 1,5 В Напряжение в первичной обмотке трансформатора Ur = 0,08ЕК Ur = 0,08•15 = 1,2 В Тогда напряжение питания участка коллектор – эмиттер транзистора будет равно UОК = ЕК – (UЭ + Ur) UОК = 15 – (1,5 + 1,2) = 12,3 В При этом максимальное напряжение транзистора составляет UK.MAX = UOK/0,4
UK.MAX = 12,3/0,4 = 30,75 В
По найденным параметрам выбираем транзистор [1] КТ801А с параметрами: РВЫХ = 5 Вт, UКЭ = 40 В, IК = 1 А, h21Э = 13 – 50, ТП = 150OC. Определяем мощность на коллекторе при максимальной окружающей температуре РK.MAX = 3,03 (ТП – ТОКР.МАХ)
РK.MAX = 3,03 • (150 – 85) = 197 Вт
Рассчитаем ток покоя коллекторной цепи в режиме А
IOK = PK/(0,4 • UОК)
IOK = 5/(0,4 • 12,3) = 1,02 А Определим мощность потребляемую от источника питания
Ро = РК/0,4
Ро = 5/0,4 = 12,5 Вт
Ток покоя базы находится при минимальном значении коэффициента передачи тока
IOБ = IOK / hMIN
IOБ = 1,02 / 13 = 0,08 А
Сопротивление нагрузки переменной составляющей коллекторного тока
RН = UOK / 2 РК
RН = 12,3 / 10 = 1,23 Ом.
Амплитуда базового входного тока определяется как
IБМ = (IК.МАХ - IК.МIN) / 2 hMIN
IБМ = (2 - 1) / 26 = 0,04 А.
Рассчитаем входное сопротивление
RВХ = UБМ / IБМ
RВХ = 2,5 / 0,04 = 62,5 Ом
Мощность во входной цепи усилителя определяется по формуле
РВХ = (UБМ • IБМ) / 2
РВХ = (2,5 • 0,04) / 2 = 0,05 Вт
Коэффициент усиления мощности равен
КР = РК / РВХ
КР = 5 / 0,05 = 100
Сопротивление RЭ2 в цепи эмиттера определяется по формуле
RЭ2 = UЭ / IOK
RЭ2 = 1,5 / 1,02 = 1,5 Ом
Из стандартного ряда Е24 выбираем сопротивление RЭ2 равное 1,5 Ом.
Рассчитаем сопротивления резисторов R5 и R6, при этом ток I6 через резистор будет равен
I6 = 3• IОБ
I6 = 3• 0,08 = 0,24 А
R6 = 5• RВХ
R6 = 5• 62,5 = 312,5 Ом
R5 = (ЕК – UОБ – Uэ2) / (IОБ + I6)
R5 = (15 – 1,2 – 1,5) / (0,08 + 0,24) = 38,4 Ом
Из стандартного ряда Е24 выбираем сопротивление R5 = 39 Ом, R6 = 330 Ом.
Коэффициент трансформации трансформатора равен
n = √(R_Н/(η• R_Н ))
n = √(4/(0,75• 1,5)) = 1,9
Активное сопротивление первичной r1 и вторичной r2 обмоток трансформатора определяем при коэффициенте С = 0,7, что обуславливает уменьшение падения напряжения на первичной трансформатора и увеличивает КПД усилителя
r1 = (C∙R_Н•(1- η))/(1+C)
r1 = (0,7∙1,5•(1- 0,75))/(1+0,7) = 0,15 Ом
r2 = (R_Н•(1- η))/(η(1+C))
r2 = (4(1- 0,75))/(0,75(1+0,7)) = 0,78 Ом
Емкость разделительного конденсатора СР3 рассчитаем по формуле
СР3 = 1/(2∙3,14∙f_(н )∙(R_н+r_1)∙√(m_(н-1) ))
СР3 = 1/(2∙3,14∙25∙(1,5+0,15)∙√(1,1-1)) = 54 мФ
Учтем частотные искажения в области нижних частот, при расчете CЭ2 и индуктивности L1 первичной обмотки трансформатора
L1 = (0.159(R_н-r_1))/(f_(н )•√(m_(н-1) ))
L1 = (0.159(1.5-0.15))/(25•√(1,1-1)) = 26,8 мГн
СЭ2 = 64 мФ.
Так как ток покоя первого транзистора должен быть 1,5 – 2 раза больше амплитудного тока усиливаемого сигнала на входе последующего каскада, то
IOK = 2• IБМ
IOK = 2• 0,04 = 0,08 А
Выберем транзистор для первого усилительного каскада [1] ГТ122А с параметрами РВЫХ = 75 мВт, IК.МАХ = 20 мА, h21Э = 15 – 45.
Рассчитаем граничную частоту транзистора по формуле
f = 3fВ• hMIN
f = 3•10•103•15 = 45 кГц
Сопротивление резисторов RК1 и RЭ1 определяется по формуле
RК1 = (ЕК • 0,4) / IOK
RК1 = (15 • 0,4) / 0,08 = 75 Ом
Из стандартного ряда Е24 выбираем сопротивление RК1 = 75 Ом.
RЭ1 = (ЕК • 0,1) / IOK
RЭ1 = (15 • 0,1) / 0,08 = 18,75 Ом
Из стандартного ряда Е24 выбираем сопротивление RК1 = 20 Ом.
Напряжение на коллекторе транзистора в режиме покоя
UОК = ЕК - IOK (RК1 - RЭ1)
UОК = 15 – 0,08 (75 – 20) = 10,6 В
Учитывая дифференциальное сопротивление RЭ получим
СЭ1 = 1/(2∙3,14∙f_(н )∙R_Э1∙√(m_(нЭ-1) ))
СЭ1 = 1/(2∙3,14∙25∙20∙√(1,1-1)) = 1,6 мФ
Ток покоя базы определяется по формуле
IОБ = IОК / hMIN
IОБ = 0,08 / 15 = 5,3 мА
По входной характеристике для данного значения тока находим напряжение смещения базы UОБ = 0,2 В.
Определим падение напряжения на сопротивлении резистора RЭ1
UЭ1 = 0,1ЕК UЭ1 = 0,1•15 = 1,5 В
Рассчитаем элементы цепи смещения. Ток протекающий через резистор R2 принимаем равным
