Расчет усилителя низкой частоты с блоком питания

Техническое задание.

Рассчитать схему усилителя низкой частоты с блоком питания. Исходные данные:

• коэффициент усиления по напряжению - 80;

• верхняя граничная частота - 10 кГц;

• нижняя граничная частота - 300 Гц;

• параметры нагрузки : - сопротивление - 200 Ом, емкость - 6800 ....... ;

• коэффициент пульсаций на выходе блока питания - не более 0.15 .

Расчетная часть.

В качестве схемы усилителя выберем стандартную схему включения транзистора с общим эмиттером (рис. 1) . Разделительный конденсатор С1 служит для передачи на вход транзистора VT1 усиливаемого переменного напряжения, а также исключает попадание на вход транзистора постоянного напряжения. Резисторы R1 и R2 образуют делитель для получения необходимого напряжения смещения на базе транзистора. Резистор R1 и конденсатор C2 обеспечивают температурную стабилизацию работы усилителя. В данной схеме резистор R_Н является нагрузкой.

В качестве транзистора VT1 выберем широко распространенный КТ 315 Д со следующими параметрами:

• максимальный ток коллектора I _{К MAX} = 100 м А ;

• максимальное напряжение коллектор - эмиттер U _{КЭ MAX} = 40 В ;

• максимальная рассеиваемая мощность транзистора P _МАХ = 150 м Вт ;

• статический коэффициент передачи h ₂₁ 50 .

Напряжение питания U _П примем равным 9 В , тогда для определения рабочего режима выберем две крайние точки : (U _КЭ = U _П , I _K = 0) и (U _КЭ = 0, I _K ), где U _КЭ - напряжение коллектор - эмиттер , I _K - максимальный ток в нагрузке:

I _K = = = 45 (м А).

Для нормальной работы транзистора выберем рабочую точку :

I _K0 = = 23 (м А),

U _КЭ0 = = = 4.5 (В).

Тогда мощность, выделяющаяся в транзисторе :

P _K0 = I _K0 * U _КЭ0 = 23 * 4.5 = 103.5 ( м Вт),

что не превышает максимальную рассеиваемую мощность транзистора P _МАХ = 150 м Вт.

Мощность, потребляемая усилителем от источника питания :

P ₀ = I _K0 * U _П = 23 * 9 = 207 ( м Вт).

Для схемы с общим эмиттером коэффициент усиления по току k _i примерно равен статическому коэффициенту передачи h ₂₁ . Базовый ток транзистора :

I _Б0 = = = 0.46 (м А).

Теперь определим номиналы резисторов :

R1 , R2 , R3 , где

I _Д - ток через делитель, I _Д 4* I _Б0 .

R1 3.9 (к Ом) ,

R2 560 (Ом) ,

R3 1 (к Ом) .

Коэффициент усиления по напряжению определяется как : k _u = .

Отсюда входное сопротивление транзистора :

R _ВХ = = = 125 (Ом).

Емкость конденсатора С1 рассчитывается исходя из того, что его сопротивление по переменному току на самой низкой частоте должно быть во много раз меньше входного сопротивления :

С1 = 42.46 (мкФ).

Выбираем ближайший - 50 мкФ.

Для заданной полосы частот емкость конденсатора С2 должна быть равна десяткам микрофарад, возьмем 20 мкФ.

Теперь рассчитаем стабилизатор напряжения с требуемыми параметрами. Входные цепи блока питания состоят из понижающего сетевого трансформатора и мостового выпрямителя. Схема стабилизатора напряжения показана на рис. 2.

Так как потребляемая схемой мощность небольшая, в качестве стабилизатора DA1 возьмем специально предназначенную микросхему К142ЕН8А, обеспечивающую выходное напряжение + 9 В и ток в нагрузке до 1 А. Данная микросхема обеспечивает коэффициент пульсаций на выходе примерно 0.03, что удовлетворяет заданию. Для нормальной работы напряжение на входе микросхемы должно быть не менее 12 Вольт, поэтому конденсаторы С1 и С2 выбираем на рабочее напряжение 25 В и емкостью 500 мкФ.

Литература.

1. Жеребцов И. П. Основы электроники. - Л.: Энергоатомиздат, 1989.

2. Транзисторы: Справочник . - М.: Радио и связь, 1990.

3. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990.