4.1 Расчет усилителя мощности
Для подбора транзисторов нужно рассчитать следующие параметры:
(4.1)
Выберем значение напряжения UНmax = 4В.
(4.2)
где - амплитудное значение напряжения на сопротивлении нагрузки RН,
- амплитудное значение тока на сопротивлении нагрузки RН.
- мощность в нагрузке.
Для нормальной работы полевых транзисторов с индуцированным каналом и для получения достаточной амплитуды выходного сигнала, выберем биполярное питание от источников с .
Максимальная мощность, рассеиваемая одним транзистором, определяется по следующей формуле:
На основании рассчитанных выше значений подберем из справочной литературы комплементарные транзисторы для выходного каскада: мощный вертикальный n-канальный МОП транзистор КП746А (зарубежный аналог - IRF540) и мощный вертикальный p-канальный МОП транзистор КП785А (зарубежный аналог - IRF9540). Также одним из достоинств данных транзисторов является их относительно небольшая стоимость (< 0,3$).
Так как транзисторы являются комплементарными, то достаточно рассчитать одно плечо усилителя.
Коэффициент усиления по напряжению для полевого транзистора:
где , а S – крутизна, характеризующая управляющее действие затвора.
Исходя из приведенной в справочной литературе информации, а также из их стоко-затворных характеристик и выходных ВАХ, составим таблицу параметров транзисторов выходного каскада:
Таблица 4.1 Параметры мощных транзисторов выходного каскада
Транзистор | КП746А | КП785А | Среднее значение |
Rси, Ом | |||
S, А/В | 1,2 | 0,8 | |
Uси.max, В | |||
Iс.max, А | |||
Pmax, Вт |
Возьмем в качестве данных для расчетов средние значения параметров мощных полевых транзисторов выходного каскада:
Следовательно:
C другой стороны коэффициент усиления по напряжению:
Откуда:
также
4.2 Расчет резисторов усилителя мощности
Будем подавать на затвор транзисторов 5 В для их нормальной работы. Резисторы и , и задают напряжение на затворе транзистора. Они являются делителями напряжения, поэтому
Подставляя значения:
Зададим значения .
Тогда .
4.3 Расчет избирательного усилителя
Зная, что
кГц
Можем найти
Пусть С = 47 нФ,
Тогда:
Для данного усилителя коэффициент усиления равен 500. Так как K=500, значит можно вычислить значения резисторов R1 и R2:
Задаем R1=1 кОм. Тогда R2 будет равно:
Выбор операционного усилителя.
Выбираем операционный усилитель КР1040 УД2.
Таблица 4.1 Параметры операционного усилителя KP1040 УД2
Тип | Напряжение питания, В | Iпотр, mA | Uвх, не более, В | Uвых, не более, В | Rн, не менее, кОм | Iвх, не более, мкА | Kус | Зарубежный аналог |
КР1040 УД2 | 2…15 | ±15 | 22,5 | 0,008 | 2,5 | L2724 |
Выбор резисторов.
Для схемы возьмем наиболее распространенные резисторы типа МТ, МЛТ или ОМЛТ, мощностью 0,125…2 Вт, с ТКС ± (10…12)(10e-4)/K. Сопротивление резистора получаем умножением числа из стандартного ряда на 10 n, где n - целое положительное или отрицательное число.
Для резисторов установлены стандартные ряды номинальных значений: E6, E12, E24, E48, E96, E192. Число после E указывает количество значений сопротивлений для десятичного порядка. Каждый ряд характеризуется максимальным значением допуска.
R1 = 1 кОм, R2 = 499 кОм, R3 = R6 = 2 кОм, R4 = R5 = 1 кОм.