Расчет усилителя мощности звуковой частоты

Напряжение Uбm.вх определяют, откладывая на входной характеристике транзистора VT1 ток Iбm.вх, который был ранее найден на рис.8. Затем определяют коэффициент усиления предоконечного каскада без обратной связи.ООС по переменному напряжению осуществляется цепочкой R7 - R1 - C1 и резисторами R2 и R3. Необходимая глубина ООС по переменному напряжению, как уже отмечалось выше, определяется как:,где КГ – полученная ранее расчётная величина коэффициента гармоник; КГ.ДОП – величина заданная в ТЗ. По найденной глубине ООС определяют коэффициент обратной связи χ:.Эта величина показывает, какая часть выходного переменного напряжения подается обратно на вход усилителя, т.е.:.Тогда требуемое напряжение обратной связи находят как:.Теперь можно определить величины неизвестных элементов C1 и R1 в цепи обратной связи.Конденсатор C1 предназначен для предотвращения замыкания напряжения обратной связи по постоянному напряжению через резистор R1 на общий провод. Его емкость выбирается такой, чтобы сопротивление конденсатора во всем рабочем диапазоне частот усилителя было пренебрежимо малым по сравнению с R1, то есть:,где fн –70 нижняя рабочая частота усилителя, заданная в ТЗ.Для определения величины резистора R1 через известные параметры схемы и ее элементов можно воспользоваться следующим универсальным приемом. Источник входного сигнала заменяют эквивалентным генератором, вычисляют его сопротивление и в реальной схеме заменяют этим сопротивлением предшествующие данному усилителю цепи. Затем к выходной цепи усилителя, охваченного обратной связью, мысленно прикладывают внешнее напряжение Ukm и зная, какое напряжение UОС появляется на входных зажимах, вычисляют значение R1=10 kOm (см. рис.6.8, цепи ООС выделены жирными линиями).Учитывая, что предшествующие данному усилителю цепи согласовываются с его входом по току, сопротивление эквивалентного генератора можно считать бесконечно большим, а ток, протекающий через это сопротивление, пренебрежимо малым и, кроме того, сопротивлением конденсатора на входе усилителя в виду его малости можно пренебречь. В этом случае ток обратной связи Iд.ос делителя R2 – R3 будет:.Зная ток делителя, находят падение напряжения обратной связи Uд.ос на делителе:.После чего определяют полный ток обратной связи Iос:.Рис.9Затем находят ток обратной связи IR1ос через резистор R1:.И, наконец, определяют величину сопротивления резистора R1:.Необходимо учитывать то, что введение ООС приводит к уменьшению усиления в χ раз, следовательно, для получения расчётной мощности на выходе, входной сигнал должен быть в χ раз больше, что необходимо учитывать при расчёте предварительного усилителя.На завершающем этапе расчёта усилителя мощности необходимо все расчётные значения элементов привести к номинальным значениям. Это необходимо делать так, чтобы выбирались номиналы, приводящие к наиболее близким расчётным значениям параметров по постоянному и переменному току. Для этого выполняется проверочный расчёт усилителя мощности на соответствие ТЗ при номинальных значениях элементов. При необходимости, номиналы отдельных элементов корректируются.6.6. Расчёт предварительного усилителя.Предварительный усилитель предназначен для согласования усилителя с источником сигнала и предварительного усиления сигнала. В связи с этим усилитель должен иметь на входе каскад согласования по напряжению с входным сопротивлением источника сигнала. Очевидно, что коэффициент усиления каскада согласования не может быть очень большим. Поэтому, как правило, предварительный усилитель состоит из двух каскадов. Его сквозной коэффициент усиления равен отношению напряжения на входе предоконечного каскада Uбm.вх к напряжению источника сигнала, заданному в ТЗ. Для компенсации действия ООС сквозной коэффициент усиления, как уже отмечалось выше, следует увеличить в χ раз. Основное усиление в предварительном усилителе достигается во втором каскаде. Для того чтобы найти КU этого каскада, необходимо сначала уточнить коэффициент усиления первого каскада при условии его согласования с источником сигнала.6.7. Расчёт входного каскада.Для того, чтобы максимально сохранить напряжение входного сигнала ЕГ, необходимо, чтобы входное сопротивление первого каскада было гораздо больше сопротивления источника сигнала RГ, т.е. выполнялось условие RВХ >> RГ. Решение этой задачи может быть получено различными способами.Наиболее простой из них показан на рис.6.9. входное сопротивление такого каскада:,где ; rб - сопротивление базы транзистора.Коэффициент усиления:,где RВХ.СЛ. – входное сопротивление следующего каскада.Рис.10Так как достаточно большой величины и не шунтирует вход, остановимся на этом решении. 6.8. Методика аналитического расчёта каскадов предварительного усиления.Методика аналитического расчёта базируется на представлении транзистора линейным четырёхполюсником. Поэтому при выборе транзистора и его режимов желательно ознакомиться с его входной и выходной характеристиками с тем, чтобы выбранный режим соответствовал линейным участкам характеристик во всём диапазоне усиливаемых сигналов. При этом следует выбирать наименьшие, насколько это возможно, токи покоя с тем, чтобы достичь максимального КПД.Порядок расчёта следующий.1. Выбирают ток покоя транзистора:.2. Находят значение сопротивления резистора RK:где ЕПФ=5.6 В – напряжение питания после развязывающего фильтра, см. п.5.1.3, с.7.Следует помнить, что максимальный КU каскада достигается при RК = (3…5)RВХ.СЛ.3. Задавшись величиной напряжения на эмиттере , находят величину суммарного сопротивления в цепи эмиттера RЭΣ :.4. Задаются током делителя и рассчитывают значение сопротивления резистора R2 :.5. Рассчитывают значение сопротивления резистора R1 :6. Определяют величину входного сопротивления каскада:7. Находят значение rВХ :8. Находят сопротивление в цепи эмиттера, обеспечивающее требуемый коэффициент усиления по переменному току R’Э:.7. Находят значение сопротивления RЭ :.8. Рассчитанные элементы схемы заменяют ближайшим номинальными значениями, проводят проверочный уточняющий расчёт каскада и, при необходимости, проводят коррекцию номинальных значений элементов.9. Рассчитывают элементы развязывающего фильтра: ,где - суммарный ток, потребляемый предварительным усилителем.Из условия ХСФ<<RФ на низшей рабочей частоте fН находят СФ :.Полученные значения округляют до ближайшего большего номинального значения.10. Проводят расчёт разделительных емкостей:где RВЫХ = RГ для первого каскада и RВЫХ = RК предыдущего каскада для последующих каскадов (в общем случае RВЫХ до СР от входа и RВХ.СЛ. после СР); МН – коэффициент частотных искажений, вносимых этим конденсатором.Выполняют расчёт блокировочных конденсаторов в цепи эмиттера из условия ХСЭ<<RЭ на нижней частоте fН:Здесь SЭД – динамическая крутизна эмиттерного тока:где значения RГ – те же, что в п.10, а RВХ – входное сопротивление каскада; МН – коэффициент частотных искажений, вносимых этим конденсатором.Принципиальная схема усилителя. Рис.12таблицы соответствия полученных параметров усилителя заданным.Основные технические характеристики усилителя:Выходная мощность усилителя на нагрузке сопротивлением 2 Ом, Вт:по ТЗ - 6; достигнутая величина – 15.Номинальный диапазон частот, Гц:по ТЗ - 70...13000; достигнутая величина - 38...16000.Коэффициент гармоник при номинальной выходной мощности в номинальном диапазоне частот, %:по ТЗ – 2.5; достигнутая величина – 2,5.Номинальное входное напряжение, В:по ТЗ – 0,25; достигнутая величина – 0,25.Входное сопротивление в номинальном диапазоне частот, Ом:по ТЗ – 250; достигнутая величина – 250. Спецификация элементов№ п/пОбозначениеТипКол - во1R1Резистор МЛТ-0.25 - 22 кОм 10%12R2Резистор МЛТ-0.25 - 120 кОм 10%13R3Резистор МЛТ-0.25 - 14 кОм 10%14R4Резистор МЛТ-0.25 – 1.2 кОм 10%15R5Резистор МЛТ-0.25 - 540 Ом 10%16R6Резистор МЛТ-0.25 – 1.8 кОм 10%17R7Резистор МЛТ-0.25 –2.2 кОм 10%18R8Резистор МЛТ-0.25 – 4.7 кОм 10%19R9Резистор МЛТ-0.25 - 270 Ом 10%110R10Резистор МЛТ-0.25 - 160 Ом 10%111R11Резистор МЛТ-0.25 - 540 Ом 10%112R12Резистор МЛТ-0.25 - 110 Ом 10%15VT1Транзистор КТ342В16VT2Транзистор КТ814Г17VT3Транзистор КТ81818VT4Транзистор КТ8191