Электрический расчет усилителя звуковых частот (выходная мощность - 7,8 Вт, коэффициент частотных искажений - 1 дБ)

Техническое задание.

По исходным данным провести электрический расчёт усилителя звуковых частот.

Исходные данные.

Задание:

1)  Выбрать схему, тип транзисторов и режим работы оконечного каскада

2)  Рассчитать цепи обеспечения и стабилизации режима работы.

3)  Рассчитать коэффициент гармоник оконечного каскада.

4)  Рассчитать предварительный усилитель.

5)  Рассчитать параметры фильтра цепи питания

6)  Привести принципиальную электрическую схему, сборочный чертёж и топологию печатной платы.

Расчёт оконечного каскада.

Так как сопротивление нагрузки мало,  а мощность отдаваемая в нагрузку достаточна велика, то выберем в качестве оконечного усилителя бестрансформаторную двухтактную схему на транзисторах включённых по схеме общий коллектор, работающую в классе АВ.

Резисторы  R1 и R2 служат для термостабилизации рабочей точки и должны удовлетворять условию: . Возьмём их номиналом 2 ОМ.

Предположительная мощность рассевания на коллекторе транзисторов равна:

По справочнику выберем пару транзисторов с различной проводимостью КТ815Г и КТ814Г с допустимой рассеиваемой мощностью на коллекторе 10Вт. И следующими параметрами:

Обратный ток коллектора

Статический коэффициент передачи тока

Граничная частота в схеме ОЭ

Постоянное напряжение коллектор эмиттер

На выходной характеристике транзистора построим динамическую характеристику с учётом что сопротивление нагрузки равно . Выберем рабочую точку.  

Определим мощность отдаваемую в нагрузку двумя транзисторами:

Мощность потребляемая транзисторами.

Мощность рассеиваемая на коллекторе одного транзистора:

Полезная отдаваемая мощность.

КПД каскада.

Мощность рассеиваемая на резисторах R1и R2

С достаточной для расчётов точность можно считать кривую входной характеристики при  - входной динамической характеристикой.

Определим на ней рабочую точку и размах входного тока и напряжения.

Входное сопротивление со стороны базы

Определим частотные искажения в области верхних частот

Цепи термостабилизации и обеспечения режима работы.

Падение напряжения на резисторах R1 и R2 равно

Выберем напряжение питания усилителя

Резисторы  образуют делитель напряжения, для обеспечения режима работы.

Выберем ток делителя

Для задания режима работы напряжение на базе транзисторов должно составлять

Падение напряжения на резисторах R3 и R5 равно

Сопротивление резисторов

Выберем стандартное значение из ряда E24  R3=R5=6.8кОм

Резистор R4 равен

Рассеиваемые  мощности

Проверим термостабилизацию. Для транзисторов требуется теплоотвод, возьмём его таким что при работе усилителя температура корпусов транзисторов повышается на

По выходным характеристикам находим ;

;

;

Определим водное сопротивление всего каскада.

Рассчитаем ёмкость конденсаторов.

Выберем конденсатор К73-17 ёмкостью 4.7мкФ 10% и максимальным напряжением 63В

Построим проходную характеристику:

величина входного сигнала определяется по формуле:

Величина Rс<<Rвхб=100Ом

Ток коллектора рассчитывается по формуле:

для Iб=0.5мА ;

для Iб=1мА ;

для Iб=2мА ;

для Iб=3мА ;

для Iб=4мА ;

дляIб=5мА

дляIб=6мА

дляIб=7мА

для Iб=8мА ;

для Iб=9мА ;

для Iб=10мА ;

для Iб=11мА ;

Входной сигнал равен

Из графика:

Методом пяти ординат найдём составляющие коллекторного тока.

Коэффициент гармоник:

Предварительный усилитель.

Так как выходное сопротивление предоконечного каскада мало Rs=100Oм то в качестве предоконечного каскада выберем  схему включения общий коллектор.

За ним последует каскад усиливающий напряжение для этого возьмём схему включения транзистора общий эмиттер с не шунтированным эмитерным резистором.

Остальную часть предварительного усилителя целесообразно выполнить на операционном усилителе.

Предоконечный каскад:

Транзистор выберем КТ503Е  со следующими параметрами:

Статический коэффициент передачи тока

Граничная частота в схеме ОЭ

Постоянное напряжение коллектор эмиттер

Входное сопротивление Rвхоэ=1.4кОм

Так как  ;

То

По входной характеристике выберем

Коэффициент усиления

Входное напряжение равно

Усилитель напряжения:

Транзистор выберем такой же КТ503Е.

Так как выходное сопротивление каскада с достаточной точностью равно Rk то

Так как постоянное выходное напряжение должно быть близко к 0 то

Падение напряжения на Rэ возьмём 3В тогда

 Возьмём стандартное значение 7.5кОм

По входной характеристике выберем

 Возьмём стандартное значение 3.6кОм

Возьмём стандартное значение 68кОм

Так как выходное сопротивление операционного усилителя мало, а входное сопротивление следующего каскада очень велико то, коэффициент усиления равен:

Входное напряжение равно:

Входное сопротивление равно

Разделительный конденсатор С выберем

Выберем конденсатор К73-17 ёмкостью 4.7мкФ 10% и максимальным напряжением 63В

Операционный усилитель выберем к544уд1а

В не инвертирующем включении.

Со следующими параметрами:

Входное сопротивление

Напряжение питания

Рассчитаем обратную связь.

Коэффициент усиления равен K=1+R2os/R1os=Uвхоэ/Uвх=2.78/0.022=127

Резистор R2os возьмём 150кОм

Тогда R1os=R2os/(K-1)=150000/126=1.2кОм

Параметры фильтра цепи питания.

Допустимое напряжение пульсации напряжения питания:

Коэффициент сглаживания фильтра

В качестве выпрямителя возьмём диодный мост на диодах с сопротивлением в прямо смещённом состоянии RФ=600Ом

-Частота напряжения в сети питания.

Допустимое напряжение пульсации для каскада усилителя напряжения.

Спецификация