Усилитель звуковых частот. Расчет нелинейных искажений (коэффициента гармоник). Расчёт каскада предварительного усиления

того, чтобы при максимальном входном сигнале диоды не запирались, выбираем ток смещения:

 мА

Выберем диод Д2И (рис. 6).

Рис. 6

Из графика видно, что  0,9 B.

Определим  и :

 Ом

4. Расчет нелинейных искажений (коэффициента гармоник)

Для определения нелинейных искажений оконечного каскада необходимо построить сквозную динамическую характеристику, устанавливающую зависимость тока  в нагрузке  от входного напряжения каскада , т. е. . С учетом присущей эмиттерному повторителю обратной связи входное напряжение:

Для построения сквозной характеристики одного плеча достаточно трёх точек.

1 точка:

 А

 В

2 точка:

 А

По выходным характеристикам оконечного транзистора определим ток , а по входным характеристикам – напряжение (рис.7):

Рис. 7

 мА

 В

Токи предоконечного транзистора:

 А

 мА

По входным характеристикам предоконечного транзистора находим и определяем значение :

 В

 В

3 точка:

 В

Токи предоконечного транзистора:

 мА

 мА

 В

Определим величину :

 В

По трём точкам строим сквозную характеристику для одного плеча (рис.8).

Рис. 8

Ток соответствует амплитуде  В < E.

Половине амплитуды входного сигнала соответствует ток  А, который определяем по величине В.

Так как характеристики оконечных транзисторов отличаются не более чем на 15%, то примем коэффициент асимметрии .

Основным инженерным методом расчёта коэффициента гармоник является метод пяти ординат. Пять значений тока, необходимых для расчёту методу пяти ординат, определяются из токов плеча ,, .

А

 А

А

 А

Средние значения тока и амплитуды токов гармоник получаются из следующих выражений:

Для критерия правильности расчётов проверим выполнение равенства:

Коэффициент гармонических нелинейных искажений каскада определяется из выражения:

В этом случае необходимо принять меры по снижению коэффициента гармоник. Для обеспечения заданного коэффициента гармоник определим необходимую глубину обратной связи:

5. Расчёт каскада предварительного усиления.

Предварительный каскад необходим для обеспечения нужного уровня входного сигнала оконечного каскада, то есть для эффективно управления оконечными транзисторами.

Для выполнения предварительного каскада часто используют схемы на операционном усилителе вследствие его высоких электрических характеристик.

При выборе ОУ необходимо обеспечить малые входные токи ОУ, малое смещение нуля, высокое быстродействие, малый уровень шумов и необходимое выходное напряжение при соответствующем напряжении питания, так как именно предварительный каскад определяет показатели усилителя в целом.

Рис.9 Предоконечный и оконечный каскады

Возьмём первый ОУ сдвоенной микросхемы К140УД20А.

Характеристики:

Напряжение питания

Максимальное выходное напряжение не менее

Входное сопротивление

Входящий ток

Граничная частота

Коэффициент усиления

Коэффициент передачи ОС:

Коэффициент усиления схемы по напряжению на средних частотах:

Напряжение на входе операционного усилителя:

 мВ

Рассчитаем сопротивления и :

 Ом;  Ом

Резисторы  и  необходимы для подачи на неинвертирующий вход ОУ напряжения смещения, равное E/2, поскольку для питания ОУ используется несимметричный источник. Параллельное соединение этих резисторов по переменному току определяет входное сопротивление каскада.

Задаём  МОм.

Расчитаем разделительный и блокировочный конденсаторы  и .

Зададим искажения для предоконечного каскада:

 дБ

 пФ

 мкФ

6. Регулятор тембра

Регуляторы тембра представляют собой частотно-зависимые цепи, включаемые в межкаскадные связи или цепи ООС. Регуляторы производят коррекцию АЧХ на определенных частотах или в определенной полосе частот (эквалайзер). Причем регулировка обычно симметричная, т.е. на выделенных частотах величина спада (подъема) одинакова.

Один из вариантов темброблока представлен на рис. 10.

Рис. 10 Схема регулятора тембра

Коррекция АЧХ производится раздельно на НЧ и ВЧ с помощью переменных резисторов R_р1 и R_р2.

Задано:  =15 дБ,  =55 Гц,  =17 кГц

Коэффициент передачи темброблока:

, то есть входной сигнал ослабляется в 5,623 раза.

Регулятор тембра НЧ:

Положим С₂ = 0.22 мкФ, тогда согласно выражению

Из выражения  кОм

 кОм;     кОм

Регулятор тембра ВЧ:

Положим С₃ = 4,7 мкФ

 пФ

 кОм

Выбираем элемент связи  кОм

Частота излома  Гц;      кГц

Рассчитаем входное сопротивление регулятора тембра:

 кОм

Коэффициент передачи регулятора тембра:

.

Расчитаем разделительный конденсатор .

Зададим искажения для регулятора тембра:

 дБ

 пФ

7.  Расчёт входного каскада.

Входной каскад обеспечивает необходимый коэффициент усиления по напряжению всего усилителя и компенсирует ослабление сигнала в регуляторе тембра. Так же на базе каскада реализована регулировка усиления.

Рис. 11 Предварительный усилитель с регулятором усиления

Используем второй ОУ микросхемы К140УД20А.

Коэффициент усиления входного каскада:

Коэффициент передачи ОС:

Коэффициент усиления схемы по напряжению на средних частотах:

Рассчитаем сопротивления и :

 Ом;  Ом.

Регулировка усиления осуществляется введением во входную цепь усилителя потенциометра с переменным коэффициентом деления напряжения. Преимущество этого способа заключается в его простоте и возможности получения довольно большой глубины регулировки.

Глубина плавной регулировки:

=20 дБ = 10

 при

Минимальный коэффициент усиления получается при положении движка