Розробка структурної схеми гучномовця (на прикладі моделі 6ГДШ-5-4)

2. Розробка структурної схеми пристрою.

2.1. Вибір гучномовців.

Виходячи з коефіцієнту нелінійних спотворень та смуги пропускання даний підсилювач відноситься до першого класу. Таким чином номінальна потужність гучномовця:

(2..5)(2..5)·24..10Вт

Діапазон частот гучномовця повинен бути більшим за діапазон частот підсилювача:

100Гц , 10кГц.

Виходячи з цього доцільно обрати один з гучномовців, які у великому асортименті випускає промисловість. Зупинимось на моделі 6ГДШ-5-4 з такими характеристиками:

Номінальна потужність, Вт ____________________4

Діапазон частот, Гц ___________________ 100-12500

Номінальний електричний опір, Ом ____________4

2.2. Вибір схеми підсилювача потужності.

Для отримання вихідної потужності 2Вт вибираємо двотактну схему підсилювача потужності, яка дозволяє зменшити потужність споживання від джерела живлення.

Опір навантаження є незмінним, тому застосуємо безтрансформаторну схему підсилювача (схему БПП), що має ряд переваг перед трансформаторною.

Величина корисної потужності, яка віддається транзистором одного плеча БПП визначається за формулою:

1Вт;

Структурна схема без трансформаторного підсилювача потужності з додатковою симетрією плеч має вигляд:

 

Рисунок 1 - Структурна схема безтрансформаторного підсилювача потужності з додатковою симетрією плеч.

Безтрансформаторна схема підсилювача з додатковою симетрією плеч складається з транзисторів, які мають різну провідність та потужність. Каскади на транзисторах VT4, VT5 та VT2, VT3 - схеми емітерних повторювачів (нижнє плече). Тому обирати ці транзистори треба лише для одного плеча.

2.   Вибір транзисторів

Визначимо потужність втрат на колекторі транзистора VT4 (VT5):

1,22Вт;

У цьому випадку 0,45, бо коефіцієнт корисної дії БПП для режиму класу Б обирається у межах 45..60%.

Обираємо транзистор для кінцевого каскаду, виходячи з умов:

, ;

За довідником [6] обираємо транзистор КТ817А з параметрами:

25Вт, 25В, 3А, 3МГц, 25, 60пФ, 130пс, 2000мА/В

Умови для вибору транзисторів ,  виконуються:

1,22Вт<25Вт, 

Зробимо перевірку транзисторів за струмом. Для цього визначимо амплітуду колекторного струму:

21А;

Вимога  виконується (1А<3А).

Зробимо перевірку транзисторів за частотою:

Для схеми зі спільник колектором: ,

де - гранична частота транзистора за крутістю у схемі зі спільним емітером; - крутість транзистора в робочій точці.

Величина  розраховується за формулою:

,

де  - об’ємний опір бази.

,

де 1,6 - для дрейфових дифузійних транзисторів.

1,6·3=4,8МГц,

2,167Ом,

4,8МГц/(2,167Ом·2А/В)=1,1МГц,

10000Гц<1100000МГц·(1+2А/В·4Ом)=9,9МГц.;

Отже транзистори VT4, VT5 за частотними властивостями обрано правильно.

Визначимо коефіцієнт підсилення по потужності каскаду на VT4 (VT5). Це каскад СК:

0,70,7·25=17,5=18 раз.

А вихідна потужність каскаду:

2Вт/18=0,11Вт;

Оскільки VT2, VT3 працюють з відсічкою колекторного струму, то розсіювана потужність на колекторах кожного з них:

1,3·0,11=0,143Вт.

Амплітуда імпульсу колекторного струму перевищує значення імпульсу базового струму VT4 (VT5) в 2...3 рази:

0,36А.

Отже, виходячи зі знайдених параметрів визначаємо, що в якості транзисторів VT2 та VT3 (компламентарна пара) використовуємо пару КТ502А та КТ503А з параметрами:

350мВт, 25В, 150мА, 50, 5МГц, 20пФ, 250пс, 100мА/В.

Зробимо перевірку транзисторів за частототними властивостями:

1,6·5МГц=8МГц;

250пс/20пФ=12,5Ом;

8МГц/(12,5Ом·0,1А/В)=6,4МГц.

10000Гц<6400000Гц(1+0,1А/В·100Ом)=70,4МГц.

Отже транзистори за частотними властивостями обрано правильно.

Знайдемо інші параметри:

0,70,7·50=35 раз;

0,36А/50=7,2мА;

0,11Вт/35=3,14мВт.

Оскільки VT1 працює в режимі класу А, то його  повинна бути в 8...10 раз більше вихідної потужності, а  в 2...4 рази більший вхідного струму VT2 (VT3).

10·3,14мВт=31,4мВт;

4·7,2мА=28,8мА.

Доцільно застосувати у якості VT1 КТ3102Б з параметрами:

250мВт, 20В, 100мА, 200, 250МГц, 7пФ, 100пс, 100мА/В.

;

m1,6·250МГц=400МГц;

400МГц/(200+1)=1,9МГц.

10000Гц1900000Гц, отже за частотними параметрами транзистор VT1 обрано вірно.

2.3. Визначення загального коефіцієнта підсилення за потужністю.

Для визначення загального коефіцієнта підсилення за потужністю здійснюється за виразом:

;

;

У якості джерела сигналу виступає частотний детектор, який має параметри: 40...100мВ, 10кОм. Тобто:

(0,04В/(2·10000Ом)=8·Вт;

Охопимо ПП від’ємним зворотним зв’язком. При охопленні ВЗЗ з глибиною : , при 3 9.  включає вплив регулятора форми АЧХ. Якщо регулятор тембру враховує як завал, так і підйом частотної характеристики, то згасання сигналу можна розрахувати за формулою:

(дБ)

де  - необхідний підйом ЧХ у відповідності з ТЗ. У даному випадку 15дБ, отже 17дБ. Наявність згасання  потребує додаткового підсилення по потужності, отже загальний коефіцієнт підсилення повинен бути збільшений у  раз. Отже величина =50,1 раз. А через те, що АЧХ підсилювача потужності має лінійний характер, то коефіцієнт 1.

Отже коефіцієнт загального підсилення:

100,5дБ.

2.4. Визначення загальної кількості каскадів підсилювача.

Коефіцієнти підсилення каскадів по потужності відповідно дорівнюють:

12,4дБ;

15,4дБ;

40,79дБ;

Отже загальний коефіцієнт підсилення по потужності усього підсилювального каналу дорівнює:

12,4+15,4+40,79=68,59дБ.

Отримана величина не відповідає умовам ТЗ. Для отримання необхідного результату введемо ще один каскад попереднього підсилення на КТ3102Б по схемі зі спільним емітером. Коефіцієнт підсилення введеного каналу:

40,79дБ.

Отже загальний коефіцієнт підсилення складає:

12,4+15,4+40,79+40,79=109,38дБ.

Таким чином підсилювач складається з чотирьох каскадів підсилення.

2.5. Розрахунок співвідношення сигнал/шум.