Принципиальная электрическая схема выходного оконечного каскада приведена на рисунке 2

Рис. 2 Принципиальная электрическая схема выходного оконечного каскада

Выбор режима работы.

Выбор режима «А» несет в себе небольшие нелинейные искажения по сравнению с другими режимами работы, хотя КПД усилителя мощности в этом режиме небольшой примерно 30-45 %. В то время как режим «В» обеспечивает чрезмерно большие нелинейные искажения, вызванные наличием нелинейного участка в начале входной вольтамперной характеристики. КПД режима «В» составляет 50-60 %.

Расчет будем вести в режиме «А».

1. Определяем амплитудные значения тока и напряжения на нагрузке:

(A)

(B)

2. Определим максимально допустимую мощность рассеивания на транзисторах VT12, VT13:

(Вт),

где η_А – КПД, равный 35 - 40%. Поскольку в режиме «А» предельный КПД составляет 50%, а реальный не выше 35 - 40%.

3. Определим U_КЭ12=U_КЭ13:

(В),

где U₀ - запас, исключающий попадание рабочей точки в область насыщения, для различных типов транзисторов колеблется в пределах 0,5 - 3 В, для маломощных транзисторов можно выбирать в пределах 1-2 В;

К_ПΣ - коэффициент передачи всего усилителя мощности. Практически значение К_ПΣ находится в пределах 0,7-0,9, в зависимости от величины нагрузки. При нагрузках ниже 5-10 Ом следует принимать меньшее значение.

Принимаем U₀ = (В), К_ПΣ = и определяем U_КЭ12=U_КЭ13.

4. Определим величину напряжения источника питания

Е_К = 2·U_КЭ12,13 + 2·U_защ= 2·U_КЭ12,13 + 2·U_R43 = (В),

где U_защ – падение напряжения на резисторе защиты (R₄₃), можно принять в пределах 0,8 – 1 В.

Принимаем Е_К = (В), в соответствии со стандартным рядом источников питания.

Пересчитываем значения напряжений коллектор-эмиттер транзисторов 12 и 13:

(В)

5. Выбираем из справочника транзисторы VT13, VT12, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

Необходимо учитывать, что у выбираемых в качестве выходных транзисторов допустимое напряжение U_{к доп} должно соответствовать неравенству .

6. Определяем токи покоя и токи базы транзисторов VT12, VT13:

I п ₁₂ = 0,5·I_НМАХ + I_Н.У. (А),

где I_Н.У.- неуправляемая часть тока покоя, определяемая наличием теплового тока коллектора I_K0 (определяется из справочных данных).

(мА),

(А),

(А),

(А);

7. Определим значение резистора защитыR_з = R₄₃, Значение резистора защиты R_з должно быть достаточно большим, чтобы ограничить на допустимом уровне величину тока через транзисторы VT12 и VT13 и в то же время снижений коэффициента полезного действия при введении R_з должно быть незначительным:

(Ом),

где значение U_бэ12,13 дано в техническом задании.

Значение резистора Rз=R₄₃ принимаем в соответствии с рядом Е24.

8. Определяем ток покоя транзисторов VT10:

(А)

9. Определяем постоянное напряжение U_КЭ10,11:

(В)

Определим мощность, рассеиваемую на транзисторах VT10, VT11:

P_К10,11 = U_КЭ10,11·I_п10 (Вт)

10. Выбираем из справочника транзисторы VT10, VT11, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

11. Определим сквозной ток через транзисторы VT10, VT11:

(А)

12. Определим токи покоя и токи базы транзисторов VT10, VT11

(А);

(А);

(А)

13. Определим ток покоя транзистора VT9:

Для обеспечения максимальных усилительных свойств транзистора VT9, можно принять значение I _п9 =0,005А.

14. Определим напряжение на резисторе R36:

(В)

15. Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT9, при этом значение Uбэ можно принять равным 0,7 В для всех остальных транзисторов в данном устройстве:

(В)

16. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT9:

(Вт)

17. Выбираем из справочника транзистор VT9, соответствующий по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

18. Определим сквозной ток и ток базы транзистора VT9

(А)

(А)

19. Выбираем ток делителя . Пусть (А).

20. Определим значения сопротивлений в схеме и выберем резисторы в соответствии с рядом Е24:

(А)

(Ом),

(В)

(А)

Пересчитаем значение сопротивления R₄₃:

(Ом),

(В)

(А)

(Ом),

(В)

(А)

(Ом)

(В)

(А)

(Ом),

(В)

(В)

(В)

(А)

(Ом)

(В)

(В)

(В)

(А)

(В)

(Ом),

принимаем R₃₃<R₃₄

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R₃₃+R₃₄ = (Ом)

(А)

(Ом),

(В)

(А)

(Ом),

принимаем R₃₇<R₄₁

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R₃₇+R₄₁= (Ом)

21. Определим коэффициент передачи повторителя на транзисторах VT10÷VT13:

22. Проверим правильность выбранного значения U_КЭ9 :

23. Определим коэффициент усиления предварительного каскада:

;

где r_б9 - объемное сопротивление базы, можно принять в пределах 200-400 Ом;

r_Э9 - сопротивление эмиттерного перехода, определяется следующим образом:

(Ом);

R_ВХ.П – входное сопротивление выходного каскада в целом, определяется:

R_ВХ.П = 0,5·b₁₀·b₁₂·R_Н (Ом);

- эквивалентное сопротивление предварительного каскада, определяется:

(Ом)

24. Определим коэффициент усиления каскада в целом:

К_УМ = К·К_П

25. Охватим каскад глубокой отрицательной параллельной обратной связью по напряжению.

Глубина обратной связи определяется как:

где: К _f0 - исходный коэффициент нелинейных искажений, равный 5%,

К_f - заданный коэффициент нелинейных искажений.

Входное сопротивление транзистора VT9 определяется следующим образом:

R_вх.VT9=r_б9+r_э9∙(1+β₉)

Входное сопротивление выходного каскада без ООС определяется как:

R_ВХ.У.М = R_ВХ.VT9. || R₃₂ || R₃₇

Т.к. R_{ВХ У.М.}→R₃₁ принимаем R₃₁ равным входному сопротивлению выходного каскада, R₃₁ = (Ом) в соответствии с рядом Е24.

Определяем эквивалентное сопротивление:

R_ЭКВ = R_ВХ.У.М || R₃₁ (Ом)

Определяем сопротивление R₃₈:

(Ом),

Из полученного выражения следует, что:

Пересчитаем значение глубины обратной связи:

F= 1+β_экв·К_УМ

Определим коэффициент усиления выходного каскада с ООС:

При этом необходимо пересчить входное сопротивление усилителя мощности:

(Ом)

26. Определим входное напряжение усилителя мощности.

(В)

27. Определим значение емкости конденсатора фильтра и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)

28. Определим значение емкости конденсатора С₂₇ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)

29. Определим значение емкости конденсатора С₂₈ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)

30. Определим значение емкости в цепи компенсации С₃₀ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

(мкФ)