Расчет усилителя мощности звуковой частоты

Теперь найдем сопротивленияцепи баз дифференциального усилителя R5 и R6 по выражению, выведенному из расчёта коэффициента усиления дифференциального усилителя:(2.18)Выбираем R5 = R6 = 6800 Ом и дополнительное сопротивление равное сопротивлению источника R1(источника)=R11=100Ом.Выбираем для зеркала тока транзисторы n-p-n типа 2n3393 , которые менее мощные(по средней мощности) и имеют следующие характеристики:UКэmax = 37B; IKmax = 100мA; Pном = 3Вт, h21э =150, fmax=1MГц(2.19)Для стабилизации коэффициента усиления дифференциального усилителя с помощью делителей на резисторах R7=R8 , R9=R10 и сопротивления транзистора, в цепи эмиттеров дифференциального усилителя, равного RЭ= UQ3 / I3 = 1,1/0,01754 =63Ом осуществляется отрицательная обратная связь ООС. Из (2.7) известно падение напряжения на резисторах R7и R8– а именноUc=24.2B , а на R9 и R10 из выражений (2.6) и (2.12) следует, что U9,10 = 2E -Uc=1,8В.По условия независимости тока делителя от тока базы покоя дифференциального усилителя требуется выполнение следующего условия:IД>>IБQ1,4(2.20)К расчету примемIД =0,242мА, следовательно сопротивления будут определяться согласно следующему выражению:R7=R8 = Uc / IД = 24.2 /0.000242 = 100 кОм (2.21)Теперь по первому закону Кирхгофа найдем ток через резисторы R9 и R10, он будет следующим:I9,10 = IД -IБQ1,4 = 0.242 – 0.07 =0.172мА(2.22)R9 = R10= U9,10/ I9,10 = 1,8 / 0,172 =10465 Ом(2.23)Выбираем ближайшее стандартное значение R9 = R10= 10кОм. Теперь найдем ёмкость разделительных конденсаторов С1 и С2. Они определяют нижнюю частоту усиления усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ). Для этого определим круговую частоту по выражению:ω н=2πfн = 6,28*60 =376,8 рад / сИз этого следует:С1 = С2=1/ (ω н*(R6+R11)) = 1 / (376.8*6900) = 0.384 мкФ(2.24)Выбираем ближайшее стандартное значение С1 = С2=0,39мкФ.2.3 Расчёт выходного усилителя мощностиДля работы выходного усилителя мощности в режиме АВ используем цепь смещения на диодах D1-D6 и сопротивлениях R13, R14. Выбираем диоды типа 1n3879, у которых максимальное обратное напряжениесоставляет 75В.Выходное сопротивление дифференциального усилителя приближенно будет определяться следующем выражением:RвыхДУ = R3 + Rэ*h21Э= 1500 + 63*124 = 9312 Ом(2.25)Для нормальной работы усилителя мощности звуковой частоты и повышения его коэффициента полезного действиятребуется, чтобы параметр его транзисторов h21Э удовлетворял следующему неравенству, представленному ниже:h21Э>>RвыхДУ / RH илиh21Э>>9312/4 = 2328(2.26)Максимальный ток коллектора должен быть больше чем:Iк>Uвых / RH т.е.Iк> 9 / 4 =2,25А(2.27)Максимальное напряжение транзисторов должно быть больше чем:UКЭ>Uвых = 9B(2.28)Так как требуемый параметрh21Э очень велик, то принимаем транзисторы соединённые по схеме Дарлингтона с одинаковым значениемh21Э = 500 большой мощности средней частотыfмах = 0,5МГц фирмы Zetex– n-p-nтип ZTX 869 cUКэmax = 40B; Ikmax = 7A;– p-n-pтип ZTX 968 cUКэmax = 20B; Ikmax = 10A.Общий коэффициент передачи тока базы в схеме с общим эммитеромдля схемы Дарлингтонанайдем как произведение каждого из двух по формуле:h21Эдар = 500*500 =250000 >>h21Э= 2328(2.29)Падение напряжения на прямосмещённом диоде этого типа будет раным 0,65Вна 3 диодах, поэтому,будет 1,95 В и подбором сопротивлений R14=R13в режиме покоя требуется добиться этого. Итак, выбираем R14=R13=30кОм, определяем путем моделирования в Multisim– рисунок 2.2:Рисунок 2.2 - Подбор сопротивлений смещения R13=R14=30 кОмв режиме покояДальшечтобы ограничить верхнюю частоту усиления необходимо ввести элементы в цепь нагрузки (R12) – ,а именно это конденсатор С3 и резистор R17. ПримемR17=0,25Ом, чтобы он слабо влиял на амплитуду выходного напряжения, следовательнотогда емкость рассчитаем по следующему выражению ниже:С3 = (R12+R17)/(2πfR12 R17) = (4+0.25) / (6.28*14000*4*0.25) =48.3 мкФ (2.30)Принимаем ближайшее стандартное значение С3 = 47мкФ – 16В.Проанализируем и промоделируем полученную схему усилителя мощности звуковой частоты в программе Multisim.Схема для моделирования представлена ниже на рисунке 2.3.Рисунок 2.3 -Виртуальные осциллограммы входного (синяя) и выходного (чёрная) сигналов усилителя мощности звуковой частоты, а также его ЛАЧХИз выходной осциллограммы на рисунке 2.3 видно, что форма её повторяет входную синусойду и максимальное напряжение приближено к требуемым 9В. По ЛАЧХ(логарифмической амплитудной частотной характеристике) видно, что на верхней граничной частоте 14кГц, как и требуется, коэффициент усиленияуменьшается на 3дБ. Далее для узла выходного (OUT) 26 по виртуальной модели выполним Фурье-анализ схемы, из которого найдем,чтокоэффициент гармоник выходного напряжения лежит в полосе пропускания 1кГц.Рисунок 2.4 - Результаты Фурье-анализа для пяти гармоник на частоте 1кГцФурье анализ показал, что коэффициент гармоник равен 0,95% , что удовлетворяет условиям технического заданияНиже, на рисунке 2.5 представлена принципиальная электрическая схема спроектированного усилителя мощности звуковой частоты.Рисунок 2.5 -Принципиальная электрическая схема усилителя мощности звуковой частотыЗаключениеВ результате расчетов в курсовом проекте был спроектирован усилитель мощности звуковой частоты со следующими рабочими частотами 60 Гц…14 кГц и выходной мощностью равной 10 Вт. Моделирование в Multisimхарактеристик усилителя мощности звуковой частоты показало его работоспособность и соответствие характеристик техническому заданию.Список литературыВ.В. Богданов. Расчет усилительных схем на дискретных элементах: Методические указания. - Пенза, 1991. -18 с.Н.И. Чистяков. Справочник радиолюбителя - конструктора. - Москва, 1983. - 560 с.Горюнов Н.Н., Клейман А.Ю., Комков Н.Н. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. - Москва, 1976. -744 с. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник Брежнева К.М., Гантман Е.И., Давыдова Т.И. и др. Под ред. Перельмана Б.Л. М.: Радио и связь, 1981.