Расчет усилителя звуковых частот (выходная мощность - 2.5 Вт, коэффициент частотных искажений - 3 дБ)

Задание к курсовому проекту

          Рассчитать усилитель звуковых частот.

Исходные данные:

1.  Выходная мощность:                                  P_вых             2.5 Вт

2.  Коэффициент не линейных искажений:     K_Г                4%

3.  Полоса усиливаемых частот:                    

Верхний предел:                                f_вс                6.3 кГц

Нижний предел:                                f_нс                120 Гц

4.  Рабочий диапазон температур:

t_min               -15ºC

t_max              +55ºC

5.  Входное сопротивление:                            R_in               15 Ом

6.  Входное напряжение:                                 U_вх              5 мВ

7.  Сопротивление нагрузки:                           R_н                50 Ом

8.  Коэффициент частотных искажений:         М_н=М_в        3 дБ

Эскизный расчёт усилителя

Определим способ включения транзистора и выберем транзистор оконечного каскада. Исходя из небольшой выходной мощности и малого коэффициента не линейных искажений выберем двухтактную бестрансформаторную схему с дополнительной симметрией, работающую в режиме  В с транзистором, включённым по схеме с общим коллектором.

Выберем транзистор, удовлетворяющий следующим условиям:

Допустимая мощность рассеяния на коллекторе должна быть больше рассеиваемой мощности при заданной максимальной температуре среды:

Для транзисторов КТ 814 В, КТ 815 В, при температуре корпуса более 25ºС

Мощность, рассеиваемая на коллекторе одного транзистора для двухтактной схемы в режиме В:

Р_кmax===0.83 Вт. 

Р_кдоп=10-0.1(55-25)=7 Вт.

                                                                      7>0.83

Граничная частота транзистора  должна быть выше F_в, чтобы частотные искажения, вносимые транзистором, были малы:

                                            3кГц=4.45кГц.

Транзистор должен вносить не большие не линейные искажения(рис1):

100%=100%=11.86%

Из графика видно, что коэффициент гармоник

У выбранных транзисторов максимальное напряжение перехода коллектор-эмиттер В. Оценим напряжение источника питания:

.

Следовательно, выберем источник питания (так как его параметры не заданы) напряжением .

Для расчета структурной схемы усилителя находим коэффициент усиления всего усилителя:

                       Рн=2.5Вт, Rin=15Ом, Uвх=5μВ.

                                К_общ==4 ^.2.5 ^.15/(5 ^.10^-3)²=6 ^.10⁶

Коэффициент усиления по мощности оконечного каскада равен:

                                              К_Роβ_min=30

Во входном и промежуточном каскадах будем использовать транзисторы

КТ315В и КТ361В.

Коэффициент усиления по мощности входного каскада:

К_Рпред.= β_min=30

К_Рвх=0.7 ^. β_min=21

Вычислим коэффициент усиления по мощности промежуточных каскадов:

Кⁿ_Р.пром=6 ^.10⁶/(30 ^.30 ^.21)=69.8

n=69.8/ β_min=2

Так как n, то промежуточные каскады не нужны. Изобразим структурную схему усилителя:

ре

Примерная блок-схема усилителя

Определив число каскадов и их схемы, необходимо проверить транзисторы по допустимым частотным искажениям в области высших частот. Полагая, что все каскады (кроме оконечного) в этой области частот вносят одинаковые частотные искажения. Определим допустимую граничную частоту транзистора:

f_β=10⁶(1-0.95)=12709

Таким образом, выбранные транзисторы КТ315В и КТ361В обеспечивают частотные искажения не выше требуемых в области высоких частот.

Определим частотные искажения в области низших частот, приходящихся на один каскад: