Розробка структурної схеми гучномовця на дескретних елементах. Електричні розрахунки каскадів пристрою

2 Розробка структурної схеми пристрою на дескретних елементах

2.1 Визначення величини опору навантаження

          Зрівнюючи полосу проникання підсилювача і коефіцієнт нелінійних спотворень з даними в табл.1 [1], проектуємий підсилювач можна віднести до першого класу.

          Номінальну потужність гучномовців знайдемо за виразом:

Рном.гр.= (2...5) Рвих. = (2...5) 4 = (8...20) Вт .

Діапазон робочих частот гучномовця має бути в межах  або більшим за діапазон частот підсилювача за ТЗ:

Fн.гр. £ 40 Гц  ,                    Fв.гр. > 13 кГц .

Так як на даний час промисловість випускає у великому асортименті акустичні системи, що задовільняють найрізноманітнішим технічним вимогам, доцільно обрати промислову акустичну систему. Виходячи з отриманих вище даних обираємо промислову акустичну систему 15АС-313 з слідуючими технічними характеристиками:

Номінальна потужність, Вт.................................................. 15

Гранична короткочасна потужність, Вт.............................. 20

Номінальний електричний опір, Ом.................................... 4

Ефективний діапазон частот, Гц......................................….40…..24000

2.2 Вибір схеми підсилювача потужності

          Для отримання вихідної потужності 4 Вт необхідно вибрати двотактну схему підсилювача потужності, що дозволяє зменшити потужність споживання від джерела живлення і вибрати транзистори не потребуючи спеціальних заходів для відводу зайвого тепла. Оскільки опір навантаження підсилювача незмінний, застосуємо безтранчформаторну схему підсилювіача потужності, що має ряд переваг перед трансформаторною. Основною перевагою такої схеми  є відсутність узгоджувального трансформатора, що різко знизить масогабаритні показники конструкції підсилювача, окрім того, без особливих ускладнень реалізується достатньо широка полоса проникання. Із усіх різновидів схем ККП з безтрансформаторним виходом на потужність 4 Вт бажано вибрати схему з додатковою симетрією плечей, так як вона дозволяє застосувати вихідні транзистори одного типу та провідності, тому що вибір транзисторів різної провідності з ідентичними параметрами на таку потужність трудомісткий.

2.3 Визначення величини корисної потужності, що забезпечується транзистором каскадому кінцевого підсилення

          Величина потужності, що віддається транзистором одного плеча в безтрансформаторному підсилювачі потужності, розраховується за слідуючим виразом:

                               Рт.пл. = Рвих./2 = 4/2 =2 Вт .

2.4 Вибір типу транзисторів каскаду кінцевого підсилення

          Безтрансформаторна схема ККП з дадатковою симетріею плечей має декілька транзисторів (рисунок 2.1) , різних за потужністю та за типом провідності , що зв’язано зі специфікою отримання результуючого сигналу на навантаженні і необхідністю узгодження вихідного опору плечей з низьким навантажувальним  опором .

           Так як транзистори Т4,Т5 є потужними транзисторами одного типу провідності , і  сумісно з Т3,Т2  різної провідності , уявляють собою схеми емітерних повторювачів (нижче плече), працюючі з відсічкою колекторного струму , близькою до 90 градусів , тому вибирати ці потрібно лише для одного плеча , вважаючи їх ввімкнення за схемою з спілним колектором . Вибір транзистора  Т1 , на якому зібраний каскад попередньего підсилення з спільним

емітером , працює  в режимі класу А .

 

Рисунок 2.1-Каскад кінцевого підсилення.

Тому спочатку визначается потужність втрат на колекторі транзистора VТ4(VT5) :

                     Р_{к доп}³ Р т.пл.( 1-h )/h = 2(1-0,45)/0,45 = 2.4 Вт .

          Визначаємо напругу живлення  та амплітуду колекторного струму :

          Е_к = 2 (Ö 2 Рвих. Rн + Uост.) = 2 (Ö 2*4*4 +1 ) = 13.3 B,

В свою чергу

           U_ке.доп ³ Е_к /(0.8..0.9)=13.3/0.9=14.7В.

          І_кМ = 2Рвих. / (Ек/2-Uост.) =  2*4/(13.3/2-1) = 1,4А < Ік_{мах.доп..}

           І_к0 =(0.05-0.15) І_кМ=0.1*1.4=0.14А.

           І_кдоп³ І_кМ + І_к0 =1.4+0.14=1.54А.

          Виходячи з приведених обчислень  в якості VТ4 та VТ5 можна використати  транзистор КТ817 слідуючими параметрами:

   Р_{к  мах доп}£ 20 Вт,  І_{к мах доп}£3 А,  U_{ке.мах доп}£ 40 В,  h_21e=25,  F_гр=3МГц. 

Перевіримо  обраний транзистори за частотними властивостями за виразом:

                                                      F_B£ fy_21E (1+S₀R_ГМ),                                            (2.1)

де

                                                          y_21E= fh_21Б/(r_б S₀),                                            (2.2)

де   r_б- об’ємний опір бази,

       S₀ – крутість транзистора в робочій точці,

       R_ГМ=4 Ом.

 Величини fh_21Б та r_б можуть бути розраховані :