Расчет трансформаторного усилителя

Задание для курсовой работы по дисциплине "Электроника"

Студенту 3 курса факультета ЭАСХП Марич Александру Ярославовичу № 03137

Рассчитать двухкаскадный трансформаторный усилитель мощности, выполненный на кремниевых транзисторах структуры p-n-p по условиям задачи 2.3 учебного пособия.

Исходные данные для расчета:

Сопротивление нагрузки Rн 25 Ом

Диапазон рабочих частот fн 20 кГц

fв 18 кГц

Мощность сигнала в нагрузке Pн 0.15 Вт

Коэффициент частотных искажений Мн=Мв 1.41

Коэффициент гармоник К 0.3

Коэффициент температурной нестабильности S 5

Глубина обратной связи F 1.5

Температура окружающей среды Т ºС 40

Напряжение питания Е 9 В

Расчет однотактного трансформаторного усилителя мощности

Задача. Трансформаторный усилитель построенный на схеме, должен развивать в нагрузке Rн мощность входного сигнала Pн при температуре окружающей среды Т. Рабочий диапазон частот усилителя от fн до fв при допустимых частотных искажениях Мв, Мн. Для уменьшения нелинейных искажений усилитель охвачен цепью общей последовательности отрицательной обратной связи по напряжению (RосСос), глубиной F.

Выбрать транзисторы и рассчитать параметры элементов схемы, обеспечив, при этом температурную стабилизацию рабочей точки каждого каскада с коэффициентом нестабильности S. Вычислить амплитуду входного напряжения и мощность, потребляемую усилителем от источника входного сигнала. Определить к. п. д. усилителя и полный ток, потребляемый от источника питания напряжением Е.

Порядок расчета

По заданной величине Pн из таблицы 1.4.1 определяем к.п.д трансформатора и рассчитываем выходную мощность каскада

Рвых= Pн / ηтр=0.15/0.7=0.21 Вт

ηтр-КПД трансформатора

Находим максимальную мощность, рассеиваемую коллектором транзистора VT2

Pk.т.= Рн/(ηк* ηтр) =(2.5…3.5) Рн=3*0.15=0.45 Вт

ηк-КПД коллекторной цепи

Выбираем транзистор VT2 по величине РК макс, UКЭ макс и fгр, учитывая особенность трансформаторного каскада, а также рекомендации раздела 1.8

Оцениваем работоспособность выбранного транзистора в заданных температурных условиях

РК.макс=(Тn-Т)/2*RК.n-к

Т-температура окружающей среды, К

Тn-максимальная температура коллекторного перехода, К

RК.n-к-тепловое сопротивление переход-корпус, К/Вт

Так как по условию Рк.р.< РК макс, то данный транзистор проходит по условию.

Выбираем режим усиления класса А и рассчитываем оптимальный коэффициент трансформации:

находим амплитуду коллекторного напряжения UkA2 из уравнения

E= Ukn2+ Uэп2= UкА2+ Uост+ Uэn2

Остаточное напряжение на коллекторе Uост для высоковольтных транзисторов при больших токах выбирают равным 2…10 В, для низковольтных 1….4 В.

UкА2=Е- Uост- Uэn2

Uэn2=(0.1…0.3) Е

зная выходную мощность каскада, вычисляют эквивалентное сопротивление коллекторной цепи транзистора VT2 в точке покоя(Rk~2)

Rk~2= U2кА2/(2* Рвых)

рассчитываем оптимальный коэффициент трансформации по формуле

n=√(Rн/Rk~2)

Составляем эквивалентную схему усилителя для области средних частот, учитывая при этом структуру транзисторов, и отмечая на ней все напряжения и токи. Сопротивлением Rф можно пренебречь.

Примечание: Далее расчет ведем считая цепь ООС разомкнутой.

Вычисляем ток коллектора покоя

Ikn2=Ukn2/ Rk~2,

полагая что

Ukn2=UkA2+Uост

Графически определяем ток базы Iбn2 и напряжения U бn2 . Для этого на семействе выходных характеристик транзистора отмечаем дополнительную точку А (Ikn,Ukn), через которую при необходимости проводят дополнительную характеристику, соответствующую Iбn2 . Величину тока Iбn2 определяют методом линейной интерполяции, используя две соседние характеристики. Полученную точку переносят на входную характеристику транзистора и находят U бn2 .

Находим величины h21Э и h11Э в точке покоя.

h21Э=(∆Ik/∆Iб)/ UкЭ

h11Э=(∆UбЭ/∆Iб)/UкЭ

Строим на семействе выходных ВАХ транзистора динамическую линию нагрузки и гиперболу допустимой мощности

α=arctg(Кm/Rk~),

где

Кm=Um/Im

Определяем динамически режим работы транзистора. Для этого откладываем на оси абсцисс амплитуду напряжения коллектор-эмиттер UkA2, определяем амплитудные значения тока коллектора IkА2, тока базы IбА2. Переносим значения тока IбА2 на семейство входных характеристик и находим напряжение U бА2 , делаем вывод об эффективности использования усилительных свойств транзистора.

UkA2= IkА2= IбА2= U бА2

Вычисляем сопротивление резистора R7 и мощность, рассеиваемую на нем по току покоя, а затем окончательно выбираем его тип и номинал.

E= Uкэn+ Ikn2*R7=> R7=( E- Uкэn)/ Ikn2

Находим величину эквивалентного сопротивления базового делителя Rб2 с учетом коэффициента температурной нестабильности S.

Rб2/Rэ=S-1

Составляем уравнение для базовой цепи VТ2 в режиме покоя и находим сопротивление резистора R5.