Усилитель мощности звуковой частоты. Разработка и расчёт принципиальной схемы. Структурная схема, блоки которой соответствуют определённым узлам усилителя

Учитывая симметричность входных ВАХ выбранных комплементарных транзисторов относительно оси тока, можно получить .

Определю смещение между базами транзисторов VT1 и VT2:

, где

Напряжение смещения обеспечивается термостабилизирующими элементами. В данном случае можно использовать диоды. Для того, чтобы при максимальном входном сигнале диоды не запирались, выбирается ток смещения

         или  

Из расчёта на то, что ВАХ требуемого диода должна лежать в определённой области, выбираю диод 2Ц102А. ВАХ приведена на рис. 6. Из графика следует, что для обеспечения  требуется последовательно включить два таких диода. При этом ток смещения составит величину .

Расчёт номиналов резисторов R1 и R2:

      Пусть .

Расчёт площади радиаторов к транзисторам

Пусть радиаторы ко всем транзисторам выполнены из алюминиевой отпескоструенной и зачернённой пластины. При этом коэффициент теплоотдачи . Температуру окружающей среды приму .

Формула для площади полной поверхности радиатора выглядит следующим образом:

, где в качестве  выступает .

КТ819В:

КТ815В и КТ814В:

В итоге требуется два радиатора типа  и два типа .

Расчёт нелинейных искажений

Для определения нелинейных искажений  оконечного каскада необходимо построить сквозную динамическую характеристику, устанавливающую зависимость тока  в нагрузке  от входного напряжения , т.е.  .

С учётом присущей эмиттерному повторителю обратной связи входное напряжение . Для построения сквозной характеристики одного плеча достаточно трёх точек.

1 точка:  

2 точка:       С учётом построенных выходных характеристик выберу  , при этом . Определю  по входной характеристике

Токи предоконечного транзистора

Согласно входной характеристике предоконечного транзистора

, тогда

3 точка:      

 

  

По трём точкам строю сквозную характеристику одного плеча

Рис. 6

Амплитуда входного сигнала

Напряжению  соответствует ток

Значения токов  с учётом асимметрии плеч являются исходными для определения сквозной динамической характеристики. Если параметры оконечных транзисторов отличаются не более чем на 15…20%, то при определении сквозной динамической характеристики коэффициент асимметрии . Возьму .

Применю метод пяти ординат:

Метод пяти ординат основан на разложении искажённой кривой тока в ряд Фурье при его ограничении членом, соответствующий 4-й гармонике. При этом сопротивление цепи, в которой протекает рассматриваемый ток, предполагается чисто активным, в результате чего начальные фазы гармоник оказываются равными 0 или . Средние значения тока и амплитуды токов гармоник получаются из следующих выражений:

Выполню проверку

    , следовательно, расчёт можно считать верным.

Коэффициент гармонических нелинейных искажений определяется из выражения

   

Так как , то необходимо принять меры  по снижению коэффициента гармоник. Для этого предполагается оконечный с промежуточным каскады охватить ООС. В результате получится , где F – глубина ОС.

Необходимая глубина обратной связи

Соответственно коэффициент передачи цепи ОС

, где  – исходный коэффициент передачи по напряжению каскадов, охваченных ОС. Так как для оконечного каскада , то величина  определяется промежуточными каскадами.

3.2   Расчёт предварительного каскада

Важным элементом схемы является предварительный усилитель. Основной задачей предварительного каскада является увеличение уровня входного сигнала усилителя  до величины, необходимой для возбуждения оконечного каскада и равной .  Помимо того, мы договорились на предварительном усилителе реализовать регулировку усиления всего усилителя. Предусилитель определяет отношение сигнал/шум всей схемы, поскольку он работает с малыми сигналами. Поэтому при выборе ОУ следует обратить особое внимание на его показатели. Ниже приведена принципиальная схема предварительного каскада.

Рис. 7

Выбор операционного усилителя

Источником сигнала для данного усилителя является линейный выход радиоустройств. Проведу расчёт согласно выбранным параметрам линейного выхода: