Изъюров Г.И. - Расчет электронных схем (1266568), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Коэффициент полезного действия трансформатора считать равным единице. Отвеггг: 0,59. 1О. Коэффициент усиления по мощности лля рассчи»ываемого >силителя К вЂ” —" — — — 3,2 10'. Р„2Р„2 2,2 Рм (г „,1,, 0,6 2,3.Ю ~ 5.3. Определить максимальный коэффициент полезного действия однотактного трапсформаторно»о усилителя мощносп» в режиме А,если задано, что Е„= Ю В, (/а »„=1,5 В, Р„= = 0.5 Вт. сопротивление первичной обмо~ки выход»»ого трансформатора г =!О Ом. Принять коэффициент полезного действия выходного трансформатора равным 0,9.
Огггвегг»: 35%. 5.4. Определить максимально возможную мощность на выходе двухтактнаго усилителя мощности, работающего в режиме В, В усилителе использованы транзисторы с предельно до- ГЛАВА 6 УСИЛИТЕЛИ Г(ОСТОЯИБОГО ТОКА Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления сигналов, медленно меняющихся во времени, спектр которых содержит гармонические составляющие с частотой вплоть до е»=0. Верхний частотный диапазон УПТ определяется свойствами используемых активных элементов. По способу усиления сигнала различают: 1) УПТ с гальванической связью между каскадал»и, 2) УПТ с промежуточным преобразованием, в которых усиливасыый медленно меняющийся сигнал преобразуется в переменный сигнал большей час- таты, усиливается усилителем переменного тока и затем детекп»руется на выходе усилителя.
Расчет данного типа !47 усилителей аналогичен расчету усилителей переменного тока и в настоящей главе не рассматривается. Гальваническая связь межлу каскалами в усилителях первой группы обусловлена невозможностью прнменения разделительных злементов типа конденсаторов и трансформаторов (на частоте ез = 0 нх коэффнпьент передачи равен нулю). Это грнводит к возникновению дрейфа напряжения на выходе усилителя и затрудняет послечовательное соединение каскадов друг с другом, поскольку необходимо согласовывать (уравнивать) напряжения соединяемых узлов схемы в режиме покоя. 5 6.1. НЕБАЛАНСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ Схема трехкаскадного усилителя постоянного тока с гальванической связью приведена на рнс.
6/Е Чередование транзисторов .типов р-и-Р и и-)~п в усилителе облегчает задачу согласования уровней напряжения соелнняемых каскадов. Замена резистора )(, стабилитропом (показано пунктиром на рис. 6.1) позволяет увеличить коэффициент усиления по напряжению. Для стабилизации режима покоя каскадов введена цепь отрицательной обратной связи на резисторах К и Е,. Эта обратная связь существует и для усиливаемого сигнала, снижая и стабилизируя коэффициент усиления Кц. ° В„Недостатком рассмотреня„г~ я«7 Я«7 ного усилителя является вы- Я« «7 В в «Мбв' сокий тсмпературнын дрейф, в 7 6 Ь я минимальное значение кото- 7 « я 1 -4771 б 7в -ВВ рого, приведенное ко входу, И 7 «7 7(Х 77 Й 7 «7 77 ~я я,г я„г равно температурному козффициенту напряжения (Уб, 17$ Рке ВУ е„'",„„= ~с1 — 2,2 мВ/"С.
ПРИМЕР 6.1. Рассчитать усилитель с гальванической связью (рис. 62), обеспечивающий (У, = ~ 3 В на нагрузке Е„= = 5 кОм. Требуемый козффициеш усиления Кс > 100 в диапазоне частот от 0 до 10 кГц. Решение 1. В заданном диапазоне часто~ при Р =(УЗ /(2Е„)= = 0,9 мВт для построения усилителя можно использовать лю- 148 бой маломощный транзис- +ббв +б,И тор. Выбираем низкочастот- 7„7 )77«7 я, 177«, ный транзистор типа МП40 .Зв .17. -бв =15 В.
я «7«7« 7 «7«ю« 7 2. Для получения (У, „= -б,хв -бяв = +3 В достаточно взять 77 П Е„з = Е„З вЂ” — 6,3 В, что не пре- Рис. б.в высит (У „. Так как при (У,„= 0 на выходе в точке а потенциал должен быль равен нулю, то б'х.зо = Е.з и (Ух,за+ (У яз — — Е„З. Ток нагрузки У„= (У, /Е„= = 0,6 мА. Ток через резистор Е„з при подаче на базу транзистора Т, максимального запирающего сигнала должен превышать ток нагрузки на величину У„з и (рис. 6.2,а).
Если принять У„зм„= 0,2 мА, то й„з = "' ' = — '= 4,!4 кОм, Тогда Ун + Уыз« и О 8 в режиме покоя при (У„„= 0(У„=О) Е„, 6,3 У.зл = Ук.зв = = ' = 1,5 мА. Л«з 4,14 При подаче на базу транзистора Т, максималы|ого отпирак щего сигнала (рис. 6.2,6) ток через резистор Я,о Е„, — ( — П„) 9,3 Е«з 4,14 Ток транзистора Тз в атом режиме У«, „= Ул + 1К«З,„«« — — 0,6+ 2,2 = 2,8 МА. Выбирая остаточное напряжение на транзисторе Т, (У з =0,8 В, определим Яз: 1Е«7( Ю (У»з 6,3 — 3 — 0,8 у«3 ва« 2,8 Следовательно, в режиме покоя прп (Ум =0 (У««зо= Е 7 — 1«взйа = 6.3 — 0.89 15 — = 5 В Убзо = — = — = 0,075 мА, Узе 1,5 ()м„20 3.
Проведем расчет 1-го и 2-го каскадов. Если принять напряжение (Умзе = 0,3 В, то падение напряжения на резисторе Я„, (Ук«79 — — Е„З вЂ” (У„,зе+ (Ув779 = 6,3 — 5+ 0,3 = 1,6 В. 149 Поскольку ток нагрузки второго каскада, равный 1рзр, достаточно мал, выберем 1„, = 0,5 мА. Тогда Ккз = 1,6/0,5 = = 3,2 кОм. Распределение напряжений между трапзистором Т н резистором К,з целесообразно произвести после расчета 1-го каскала В 1-м каскаде при (/,„ = 0 напряжение на базе транзистора Т, относительно земли практически равно нулю, так как при !рр! — — /рп — — 0,025 мА и К, =1 кОм величина ум,К, =0,025 В.
Тогда напРюкение на РезистоРе К„Равно (/гьзр= ń— (зр,р! = = 6,3 — 0,3 = 6 В н при !„р! — — 0,5 мА сопротивление К„= = 12 кОм, Для ослабления местной отрицательной обратной связи по току, вносимой резистором Км, применим в змнттерной цепи усилителя стабилитрон типа КС168 с параметрамн (/„! = 6 В и К,„, = 28 Ом. Поскольку минимальный ток стабилизации стабилитрона равен 3 мА, необходимо включить резистор К,, сопротивление которого Ек!+)Ехз! (2сх! . 126 — 6 ! ! 3 Поскольку первый каскад работает с малыми сигналами, а также для увеличения номинала Кх напряжение 1/ гр транзистора Т, можно выбрать порядка 1,5 В.
Тогда (/кпр — — Ек, + (Е„з ~ — (2~,2р — (Г,р —— 12,6 — 6 — 1,5 сэ = 5,! В н Кк, = (/х„эр//кхр ээ 5,1/0,5 = 10,2 кОм. Падение напряженна на К,з !зх,за= (/як!а — (l,рзр= 5,1 — 0.3 =4х8 В. Для уменьшения глубины местной отрицателыюй обратной связи через резистор Кд создалим требуемое падение напряжения (/а„р = 4,8 В путем включения стабилитрона типа КС147 А ((l =4,8 В, К =56 Ом). Для создания необходимого тока у, . = 3 мА включим в схему дополнительно резистор Кз с сопротивлением Ех! + ) Е' ! — (/,.2 12,6 — 4,8 1,„. 3 4.
Расчет козффициента усиления усилителя Кк„и рсзпсторов цепи обрапюй связи. Козффициент усиления схемы Р!(Кк! ( Квх2) Р2(Кк2 1* Квхз) Рз(Ккз ) Кв) К!'ус КшКг22' 23 Квх! К х2 К хз (6.1) Здесь К,х,=йпц+(Рк„„+1)К = +(гэз+К )(Р ь+ 1) = = 220+ (50+ 28)(20+ 1) = 1858 Ом ьд 1,8 кОм, К,хз = грз+ 150 + (Р „+ !)(гэз+ К~з) = 220+ 21(50+ 56) = 2,3 кОм, К,хз кэ = грз + (Рзв в + Ц (гэз + Кэз) = 220+ 21 (16+ 890) = 19,24 «Ом. При расчете принято гы —— г„= ггл — 220 Ом, г„= г„= — - = хгх !,,! 2 25 25 25 0,5 ' 1„хв 1,5 — = 50 Ом и г,, = = — = 16 Ом. После подстановки в (6.1) получаем з 10,2) 23 3,2(19.24 4 14) 5 — 1180.
1,8 2,3 19,24 По заданию, Кэхэсхрср — — 100. Поскольку в схеме имеется избыток усиления, целесообразно ввести параллельную отрицательную обратную связь по напряжению с глубиной — Ус — — !! 8 К! „, 1180 К о!с. э рср При !лубине обратной связи Г = 11,8 для выбора злементов цепи обратной связи можно использовать упрощенные форлзулы и считать, что К К...=К,.„. Если К, = 1 кОм, то К = 100 кОм. Резистор К практически не будет шуцтнровать коллекторную цепь и цепь нагрузки третьего каскада, позтому уточнять Кс„не требуется.
Введенная па)хзлззелыуая отрицательная обратная связь по напряжешпо будет сушествовать и для медленных тепловых изменений 12',„„ и, следовательно, будет стабилизировать режим покоя схемы. Распределение напряжений в рассчитанной схеме усилителя в режиме покоя показано на рис. 6.1.
ф 6.2. БАЛАНСНЫЕ (ДИФФЕРЕНЦИАЛ)эНЫЕ) УСИЛИТЕЛИ Для уменьшения дрейфа в УПТ применяют балансные схемы. Наибольшее распространение в транзисторных усилителях получила схема параллельного баланса (рнс. 6.3), называемая также дифференциальным усилителем (ДУ). ДУ обеспечивает высокое усиление дифференциального входного сигнала , приложенного между входами каскада, и практически пе усиливает (при большом значении К,) синфазный сигнал, одинаковый на обоих входах. Как згзвестно, в ДУ для подавления сннфазиого сигнача 12,4 используется принцип уравновешен- 151 Здесь Е„, — входное сопротивление половины ДУ (плеча схемы), являющееся входным сопротивлением каскада ОЭ, равное Е,„„, = го+(г, + й,')(Р, + 1).
Дифференциальное входное сопротивление ДУ. измеренное межлу входами транзисторов Т, и Т„ ьгм г тг ДгФг д Рис. 5.4 Рис. б.у ного люсга. Резисторы Ем = Е„, = Е„и транзисторы Т„Т,, параметры которых должны быть и1жнтичнымн, образуют плечи моста. В одну диагональ моста включено напряжение питания Е„, + Е„„с другой диагонали снимается выходное напряжение. В случае идеальной симметрии моста одинаковое и одновременное изменение токов и напряжений транзисторов не приводит к появлению выходного напряжения. На этом принципе основаны подавление (7 ,е, компенсация влияния нестабильности источника питания или температуры. Для дифференциального сигнала, подаваемого симметрично на вход ДУ (средняя точка генератора (7,, заземлена), ДУ представляет собой два каскада ОЭ, объединенных общим эмиттерным резистором Я,.
Так как при приложении сигнала между входами токи транзисторов Т, и Т меняются в противоположном направлешпй через резистор К протекает постоянный по значению ток 1., = 1ев + Ы„,ц + 1„,я — Ы„оэ — — 21„о, 1ев =1ооэ=1 о н ~Ао~ =(а1~оз!. Следовательно, резистор Е, не влияет на усиление дифференциального сигнала. Эквивалентная схема половины ДУ для случая усиления [7,„, изображена на рис. 6А.
Здесь на вход подается половина усиливаемого сигнала, а с выхода снимается половина выходного напряжения. Из эквивалентной схемы можно получить основные расчетные соотношения для ДУ [7]. Коэффициент усиления днффереошиального входного сигнала (.;„„~ ~., Р.(Е.о Е.г ) 152 Выходное сопротивление одной половины ДУ Я„,, сх Ас, и дифференциальное выходное сопротивление ДУ, измеренное* между коллекторами транзисторов Т, и Т„ Я,„, = 2Е„. Коэффициент усиления па току 1„Р,Е„ 1б ~к+ ЕвР При подаче сннфазного входного сигнала потенциалы баз н коллекторов транзисторов ДУ меняются одинаково, вследствие чего в идеальна сбалансированной схеые напряжение (7,„„, снимаемое между коллекторами транзисторов, равно нулю.
При разбалансе схемы, что всегда имеет место в реальных ДУ, между коллекторами транзисторов (симметричный выход) появляется напряжение„равное (3] где ЬЯ;, ЬР, ~И„ЬЯ„, ЬЕ,„„— возможный разбаланс параметров схемы ДУ. Для уменьшения напряжения (7;д„см необходимо увеличивать величину сопротивления резистора Е„ что достигается включением в общую эмиттерную цепь транзисторов Т, и Т каскада на транзисторе Т„ выходное сопротивление которого (рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
