Розрахунок попереднього підсилювача низької частоти

Попередній розрахунок підсилювача низької частоти починають із розробки технічного завдання. У першу чергу необхідно уточнити три важливих показники: необхідну потужність ,напругу на вході та опір навантаження .

Величина залежить від призначення підсилювача як правило, задається до початку проектування. Якщо до значень та , то вони визначаються в залежності від типу джерела вхідного сигналу та конкретного закінченого обладнання, на які працює проектний підсилювач.

В таблицях 4.1 та 4.2 наведені основні дані деяких джерел вхідного сигналу та гучномовців, використаних в пристроях звукопідсилення.

Діапазон частот підсилювача визначають шляхом порівняння смуги частот джерела вхідного сигналу ті закінченого пристрою. При цьому слідує йти до того, щоб підсилювач не обмежував смугу частот підсилювального сигналу. Наприклад, відповідно до таблиці 4.1 динамічний мікрофон може відтворити смугу частот від 50 до 10 000 Гц. Припустимо, що підсилювач працює на динамічний гучномовець типу 3ГД-32 із смугою частот (80….10 000 Гц), оскільки частоти нижче 80 Гц не зможе відтворити гучномовець, а частоти вище 10 000 Гц – мікрофон.

Допустимі значення коефіцієнтів нелінійних й частотних спотворень в підсилювачі цілісно залежать від його призначення. У деяких випадках ці значення вибираються відповідно до вимог дійсних стандартів, які визначають електричні параметри електронної апаратури того чи іншого виду. Так, для підсилення звукових частот побутової апаратури допустимий коефіцієнт гармоніки повинен бути від 1.5 до 4 %. Для підсилювачів, які входять в радіо сповіщений тракт вищого класу, нерівномірність амплітудно –частотної характеристики в робочому діапазоні (30….16 000 Гц) не повинна бути більшою 2 дБ на весь підсилювач.

Необхідно відмітити, що мала величина нелінійних спотворень може бути досягнута при використані в підсилювачі достатньо глибокого негативного обер нениного зв΄язку. При цьому одночасно значно покращуються й інші показники підсилювача (стабільність роботи, рівномірність амплітудно–частотної характеристики й т.д.) при відносно невеликим ускладненням його схеми.

При розрахунку підсилювачів, по мимо вказаних вище параметрів, можуть бути задані також обмеження зміни навколишньої температури (), глибина регулювання (N [дБ]) та інші спеціальні параметри, які обслуговуються за призначенням та умовами експлуатації проектного обладнання.

Після обґрунтування вхідних даних на проекті підсилювача потрібно перейти до розробки його структурної схеми. Для цього необхідно виконати наступні розрахунки.

1. Знаходимо потужність сигналу на вході сигналу. При цьому враховуємо, що на невелику потужність джерело струму віддає в ланцюг загрузки в цьому випадку, коли опір навантаження виявляється рівним внутрішньому опору джерела. В цьому випадку

де - дійсне значення напруги джерела сигналу; - внутрішній опір джерела сигналу (табл. 4.1)

2. Визначаємо потрібний коефіцієнт підсилення по потужності всього підсилювача. У цьому випадку вхідний опір першого каскаду підсилювача відрізняється від опору джерела сигналу (), а оптимальне значення опору навантаження вихідного каскаду не рівне фактичному опору навантаження кінцевого пристрою ( ). Тому на вході і виході підсилювача не виключено використання узгоджених трансформаторів, на яких буде втрачатись частина потужності корисного сигналу. Крім того, в підсилювачах зазвичай використовується регулятори рівня сигналу, заносячи деяке затухання і сигнал що передається. Враховуючи ці твердження, коефіцієнт підсилення за потужністю в загальному випадку розраховуємо за формулою

де – ККД вхідного трансформатора (порядку 0,7 …0,8); - ККД вихідного трансформатора (порядку 0,75… 0,85); - коефіцієнт передачі регулятора рівня сигналу (порядку 0,3… 0,5).

Виражаємо коефіцієнт підсилення за потужністю в децибелах

3. Попередньо вибираємо схему вихідного каскаду, тип підсилювальних приборів і орієнтовану величину коефіцієнту підсилення за потужністю для вихідного каскаду. При цьому можна керуватись наступними рекомендаціями:

а) при розрахунковій потужності вихідного каскаду до 50мВт цілісно використовувати однотактну схему з малопотужним транзистором в режимі класу А;

б) при розрахунку потужності, перевищуючій 50мВт, варто використовувати двотактну схему, режим роботи якої (АВ чи В)і тип транзисторів (малої, середньої чи великої потужності) визначаються із конкретного значення Pвих.

Тип транзистора для вихідного каскаду вибираємо за величиною максимально доступної потужності, розсіюваної на колекторі вихідного транзистора. Для цього визначаємо потужність, яку повинен віддавати на навантаження транзистор вихідного каскаду за формулою

а потім знаходимо потужність, яку споживає колекторним дротом від джерела живлення:

для однотактного каскаду в режимі класу А

для двотактного каскаду в режимі АВ чи В

де – ККД вихідного каскаду (для однотактного каскаду в режимі класу А приймають ≈ 0,45; для двотактного каскаду в режимі АВ чи В ≈ 0,6…0,7).

За знайденим значенням Pk вибираємо тип транзистора вихідного каскаду. Основні параметри транзисторів середньої та високої потужності низької частоти наведені в табл.. 4.3, а також в довіднику напівпровідникових приборів [13,16,31,32]. При цьому необхідно виконати умову

Pkmax ≥ Pk

де Pkmax – максимально доступна потужність, розсіювана на колекторі для вибраного типу транзистора.

Якщо підсилювач призначений для роботи в області верхніх частот низькочастотного діапазону (fB ≈ 10 – 20 кГц), то при виборі транзистора необхідно, щоб максимальна частота коефіцієнту передачі струму біполярного транзистору перевищувала верхню межу частоти підсинюваного діапазону частот

fh21E» fB

4. Визначаємо орієнтовне число каскадів m і складаємо структурну схему підсилювача. При цьому можна вважати, що кожен каскад підсилювача при ввімкненні транзистора за схемою зі спільним емітером може забезпечити підсилення потужності наприклад на 20 дБ. Тоді

.

Регульоване значення m округлюється до найближчого значення цілого числа (в сторону збільшення).

5. На основі структурної схеми складаємо орієнтовану принципову схему підсилювача. Для попередніх каскадів можуть бути використані схеми, наведені на рис.4.5–4.6, для вихідних –схеми на рис 4.7-4.8. Для підвищення вхідного опору підсилювача цілісно в першому каскаді використовувати схему емітерного повторювача на даному транзисторі.(див рис 4.6 б).

6. Розподіляємо задані значення допустимих частотних й нелінійних спотворювань по каскадному підсилювачі. Ділення частотних спотворень в підсилювачах із верхньою робочою частотою до 10 -20 кГц зазвичай виконуються тільки на нижніх частотах, так як при виконані умови спотворення в області верхніх частот та в підсилювачах на резисторах, й в каскадах з трансформаторним зв’язком зазвичай не значні.

Спотворення, внеснені на нижній частоті трансформатора(вхідним, вихідним чи спільним виходом одного каскаду із входом в інший), зазвичай лежать в межах 1-1,5 дБ. Ланцюг роздільного конденсатора вносить спотворення порядку 0,3-1,0 дБ. Сума всіх частотних спотворень, виражених в децибелах, не повинна перевищувати величини, заданої в технічних умовах на проектуванні. Якщо сума підрахованих частотних спотворень виявиться більше заданої, то необхідно зменшити спотворення, допустимі для кожного ланцюгу, чи застосувати в підсилювачі глибокий негативний обернений зв΄язок.

Степінь частотних викривлень в області верхніх частот перевіряється після остаточного розрахунку; коли будуть відомі значення параметрів всіх елементів схеми.

Задані технічні умови допустимі нелінійні викривлення за звичай відносять до вихідного каскаду підсилювача так як в інших каскадах працюючих відносно малим рівнем сигналу, нелінійні викривлення незначні.

Отримані в результаті попереднього розрахунку дані служать основою для остаточного розрахунку підсилювача.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: