Розрахунок схеми підсилювача з двополярним джерелом електроживлення

ЗМІСТ
 
Вступ
1. Загальні відомості
2. Розробка структурної та принципової схем
3. Електричнийрозрахунок
3.1 Розрахунок напругиджерела електроживлення
3.2 Вибір транзисторівкінцевого каскаду
3.3 Розрахунокколекторного кола кінцевого каскаду
3.4 Розрахунок базовогокола кінцевого каскаду
3.5 Вибір складенихтранзисторів УТ4, УТ5 кінцевого каскаду
3.6 Вибір транзистора і розрахунок кілпередкінцевого каскаду
3.7 Розрахуноккоефіцієнта загальних гармонійних спотворень
3.8 Розрахунок колазагального зворотного негативного зв'язку за змінному струму
3.9 Розрахунок диференційноговхідного каскаду
3.10 Розрахунок елементівкіл зміщення і стабілізації режиму транзисторів кінцевого каскаду
3.11 Розрахунок результуючиххарактеристик підсилювача потужності
3.12 Розрахунок ємностіконденсаторів підсилювача потужності
Висновки
Список використаної літератури
Список нормативної літератури

 ВСТУП
Електричні сигнали використовують у всіхгалузях науки та техніки. Так, у пристроях електрозв'язку вони передаютьінформацію на відстань. Різні процеси як у техніці так і у живій природісупроводжуються появою електричних потенціалів та струмів. У більшості випадківзначення електричних сигналів, відображаючи інформацію о процесах та явищах уприроді та техніці, дуже малі. Тому, щоб скористатися цими сигналами їхнеобхідно підсилити за допомогою підсилюючих пристроїв.
Підсилюючі пристрої почали застосовувати з1910 р. коли В.І.Коваленко запропонував для підсилення електричних сигналіввикористовувати електронну лампу. Початок робот по теорії підсилювачів булопокладено М. А. Бонч-Бруєвичем у 20-х роках. Групою спеціалістів підкерівництвом А.І.Берга були розроблені теорія та методика розрахункупідсилюючих пристроїв.
З кінця 50-х років в електронній апаратуріпочали застосовуватися транзистори. Завдяки позитивним якостям транзисторів унаш час електронна апаратура будується в основному на напівпровідниковихприборах. На основі інтегральних мікросхем виготовляють складні та високонадійні електронні підсилювачі малих розмірів.
Підсилюючі пристрої у складі вимірювальнихпристроїв застосовуються у всіх галузях народного господарства. За їх допомогоюслабкі електричні сигнали підсилюються, в результаті чого значення цих сигналівстають достатніми для приводу у дію виконуючих пристроїв.

1. ЗАГАЛЬНІВІДОМОСТІ
1.1 Основніпоказники якості підсилювачів
Коефіцієнтпосилення напруги КU— відношення напруги сигналу на виходіпідсилювача до напруги сигналу, підведеного до його входу.
Коефіцієнтпосилення потужності КP — відношення потужності сигналу на виходіпідсилювача до потужності сигналу, підведеної до його входу. Часто коефіцієнтпосилення виражають в децибелах КдБ= 20 lg, КU = 10 lg KP.
Амплітудно-частотнахарактеристика — залежність коефіцієнта посилення напруги від частоти.Елементами АХЧ є номінальний діапазон відтворних частот і її нерівномірність вцьому діапазоні.
НерівномірністьАЧХ — відношення найбільшого і якнайменшого коефіцієнтів посилення напруги взаданому діапазоні частот. Діапазон відтворних частот — діапазон частот, вмежах якого нерівномірність АЧХ неперевищує заданою.
Вхідний опір —опір входу підсилювача для змінного струму. Звичайно нормують активну складовувхідного опору і вхідну місткість.
Вихідний опір —опір виходу підсилювача для змінного струму. Чим менше вихідний опірпідсилювача, тим краще АЧХ по звуковому тиску.
Амплітуднахарактеристика підсилювача — залежність амплітуди вихідної напруги сигналу відамплітуди напруги сигналу на вході.
Нелінійніспотворення обумовлені нелінійністю ВАХ транзисторів і характеристикнамагнічення магнітопроводів трансформаторів. Ці спотворення виявляються увигляді нових компонентів спектру частот, відсутніх у вхідному сигналі.Спотворення, пов'язані з появою на виході ПП комбінаційних компонентів,називають інтермодуляціонними спотвореннями.
Рівень нелінійнихспотворень оцінюють коефіцієнтами гармонік і інтермодуляціонних спотворень(інтермодуляції).
Коефіцієнтгармонік — відношення середньої квадратичної суми вищих гармонік до середньоїквадратичної суми всіх гармонік сигналу (ГОСТ 9783-79).
Коефіцієнтінтермодуляціонних спотворень — відношення середньої квадратичної сумикомбінаційних компонентів до компоненту вихідного сигналу, частота якого рівначастоті більш високочастотної вхідного сигналу. Коефіцієнти інтермодуляцїї іінтермодуляціонних спотворень визначають при заданому співвідношенні амплітудвхідних гармонійних сигналів.
Коефіцієнтигармонік і інтермодуляціонних спотворень взаємозв'язані. При нелінійностімалого порядку (другого або третього) вони мають близькі значення. При вищихпорядках нелінійності коефіцієнт інтермодуляціонних спотворень перевищуєкоефіцієнт гармонік. Тому нормувати і визначати їх при оцінці якості ПП слід окремо. Суб'єктивне сприйняттянелінійних спотворень при звуковідтворенні залежить в основному від відноснихамплітуд комбінаційних компонентів.
Динамічніспотворення — особливий вид спотворень, які виявляються в транзисторних ПП, охоплених глибокою НЗЗ, Ціспотворення обумовлені
перевантаженнямкаскадів підсилювача унаслідок запізнювання напруги НЗЗ по відношенню донапруги вхідного сигналу. Динамічні спотворення залежать, зокрема, відшвидкості наростання вихідного сигналу, яку можна визначити по перехіднійхарактеристиці підсилювача.
Перехіднахарактеристика підсилювача — залежність вихідної напруги від часу, що пройшовпісля подачі на вхід підсилювача стрибка вхідної напруги.
Динамічніспотворення можна розділити на гармонійні і інтермодуляційні. При гармонійних динамічних спотвореннях змінюєтьсяформа синусоїдального сигналу, якщо його амплітуда і частота перевищуютькритичні значення, визначувані максимальною швидкістю наростання вихідноїнапруги. Інтермодуляційні динамічні спотворення виникають за тих же умов, якщопосилюється складний сигнал.
Завади впідсилювачах обумовлені власними шумами, фоном (пульсації живлячих напруг) інаведеннями.
Рівень власнихшумів підсилювача — відношення середньої квадратичної напруги шумів (у заданійсмузі частот) на виході підсилювача до напруги, відповідної номінальнійпотужності. Рівень шумів прийнято виражати в децибелах.
Рівень фону —відношення середньої квадратичної напруги суми складових фону (гармонік частотиживлячої мережі) до вихідної напруги при номінальній потужності. Аналогічнооцінюють і рівень наведень.
Вихіднапотужність підсилювача.
Максимальнавихідна потужність — вихідна електрична потужність, при якій обмеження помаксимуму вихідного сигналу збільшує коефіцієнт гармонік по напрузі до 10%.
Номінальнавихідна потужність — вихідна потужність, що вказана в нормативно-технічнійдокументації і є необхідною умовою при вимірюванні інших параметрів, наприклад,коефіцієнта гармонік, рівня перешкод і ін.
Чутливістьпідсилювача — напруга сигналу на вході, при якому вихідна потужність рівна номінальною.
Динамічнийдіапазон амплітуд — відношення (звично в децибелах) амплітуд найсильнішого інайслабкішого сигналів, які можуть бути посилені даним підсилювачем придопустимих спотвореннях і рівні перешкод. Рівень найслабкішого підсилюваногосигналу обмежується рівнем перешкод, найсильнішого — нелінійними спотвореннями.Для хорошої якості відтворного сигналу динамічний діапазон амплітуд повиненскладати 60 дБ.

 
1.2 Зворотнізв'язки в підсилювачах
Зворотнимзв'язком називається зв'язку між вихідними і вхідними ланцюгами якого-небудьпристрою. Залежно від співвідношення фаз коливань, що поступають на вхідпідсилювача від джерела сигналу і з виходу підсилювача через ланцюг зворотногозв'язку, зворотний зв'язок може бути позитивним або негативним. При ПЗЗ фазицих коливань співпадають і коефіцієнт посилення зростає. При НЗЗ коефіцієнтпосилення менше, ніж без зворотного зв'язку. Зворотні зв'язки діляться накорисні, спеціально вводяться і шкідливі, або
паразитні(зокрема внутрішні). За способом здійснення розрізняють зворотний зв'язок понапрузі, струму і змішану (комбіновану), а за способом введення напругизворотного зв'язку у вхідний ланцюг підсилювача — паралельну і послідовну.
Щоб визначити,яким є зворотний зв'язок — по струму або по напрузі, необхідно враховувати, щозворотний зв'язок по струму зникає при обриві навантаження, а зворотний зв'язокпо напрузі — при короткому замиканні. Щоб визначити, є зворотний зв'язокпаралельним або послідовним, необхідно враховувати, що послідовний зворотнийзв'язок зникає при обриві джерела сигналу, а паралельна — при короткомузамиканні джерела сигналу. При дуже малому вихідному опорі джерела сигналупаралельний зворотний зв'язок неможливий, оскільки джерело сигналу закорочуєтсяланцюг зворотного зв'язку. При дуже великому вихідному опорі джерела сигналунеможливий послідовний зворотний зв'язок ланцюг зворотного зв'язку розірваний.
Вплив НЗЗ на параметри підсилювача залежитьвід виду зв'язку. Характер зміни коефіцієнтів посилення напруги і струму, атакож вхідного опору повністю визначається способом підключення ланцюга НЗЗ довходу підсилювача. При послідовній НЗЗ коефіцієнт посилення струму незмінюється.
При паралельнійНЗЗ коефіцієнт посилення напруги не змінюється, коефіцієнт посилення струмузменшується в п раз, вхідний опір зменшується в п раз.
Вплив НЗЗ навихідний опір підсилювача залежить тільки від способу зняття сигналу зворотногозв'язку з виходу підсилювача, тобто від виду зв'язку (по струму або понапрузі). При введенні НЗЗ по струму вихідний опір збільшується,при введенні НЗЗ по напрузі — зменшується.
Параметрипідсилювача стабілізуються при введенні НЗЗ, що часто є визначальним чинником при рішенні питання про доцільністьзастосування зворотного зв'язку. При частотно — незалежної НЗЗ по напрузі стабілізується вихіднанапруга, отже, зменшується нерівномірність АХЧ. За допомогою частотно-залежної НЗЗ можна додати АЧХ підсилювача різну форму.
При введенніпослідовної НЗЗ по напрузі зменшується коефіцієнт гармонік за умови, щозворотний зв'язок є негативним як для першої, так і для вищих гармонік сигналу.Якщо для якої-небудь вищої гармоніки зворотний зв'язок виявиться позитивним(унаслідок фазових зрушень на вищих частотах), коефіцієнт гармонік може зрости.Якщо ФЧХ підсилювача і ланцюга зворотного зв'язку лінійні, а коефіцієнтпосилення постійний в діапазоні частот до даної гармоніки, коефіцієнт гармонікпри послідовній НЗЗ по напрузі зменшується в раз. Проте введенням НЗЗ не можназробити спотворення меншими, ніж вони були на вході підсилювача. Рівень власнихшумів підсилювача при введенні послідовної НЗЗ по напрузі також зменшується.
Стійкістьпідсилювача з НЗЗ залежить від коефіцієнта посилення і коефіцієнта передачіланцюга зворотного зв'язку, тобто від глибини НЗЗ. При глибокій НЗЗ фазовізрушення на вищих і нижчих робочих частотах обумовлюють появу ПЗЗ, яка викликаєнестійкість роботи підсилювача, а іноді і самозбудження. У зв'язку з цим 6підсилювачах з глибокою НЗЗ необхідно розширювати діапазон частот з лінійною ФЧХ. Для поліпшення ФЧХ підсилювача з НЗЗ в ньому не слід використовувати частотно-залежнірегулювання і трансформатори. Якщо застосування трансформатора неминуче, тойого конструюють так, щоб індуктивність розсіяння і власна місткість булимінімальними. Для додаткового поліпшення ФЧХ підсилювача можна застосовувати спеціальні коректуючі ланцюги.
ВикористовуванняПЗЗ дозволяє підвищити коефіцієнт посилення або одержати негативний вихіднийопір підсилювача, що необхідне для поліпшення роботи АС. Одночасно з ПЗЗнеобхідно обов'язково застосовувати НЗЗ. Інакше робота підсилювача буденестійкою.
Вплив паразитнихзворотних зв'язків. При слабких паразитних зв'язках з'являються додатковічастотні і фазові, а іноді і нелінійні спотворення. При сильному паразитномузворотному зв'язку підсилювач може самозбудиться. У ПП паразитні зворотні зв'язкиобумовлені наступними причинами:
1) електричнимизв'язками між ланцюгами;
2) магнітнимизв'язками між окремими каскадами (унаслідок розсіяння магнітного потокутрансформаторів);
3) живленням відзагального джерела.
Для ослабленняелектричних і магнітних зв'язків застосовують відповідне екранування.Ослаблення зв'язку через джерело живлення досягається зменшенням його вихідногоопору і включенням розв'язуючих фільтрів. Крім того, не повинно бути зайвогозапасу посилення.
1.3Багатокаскадні підсилювачі
Принципи побудовибагатокаскадних підсилювачів.
У двохкаскаднихпідсилювачах на БТ використовуються різні комбінації включення транзисторів.Якщо вихідний опір джерела сигналу і опір навантаження підсилювача приблизнорівні і складають одиниці або десятки килоом, слід застосовувати каскади з ОЕ;при малих опорах (менше 100 Ом) — перший каскад з ОЕ або Про і другий каскад зОК, а при великих опорах (більше 100 кОм) — перший каскад з ОК і другий з ОЕ.
Якщо опір навантаженняпідсилювача значно перевищує опір джерела сигналу, слід використовувати обидвакаскади з ОЕ. При опорі навантаженняпідсилювача меншому, ніж вихідний опір джерела сигналу, рекомендуєтьсявикористовувати обидва каскади з ОЕ або перший каскад з ОЕ, а другий— з ОК.
Длябагатокаскадних підсилювачів приведені вище рекомендації відносяться до першогоі останньому каскадам. Проміжні каскади виконуються з ОЕ.
Гібридніпідсилювачі, що містять ПТ і БТ, мають істотні переваги в порівнянні зпідсилювачами, в яких використовуються транзистори якого-небудь одного вигляду.Наприклад, в підсилювачах, в яких чергуються каскади на ПТ і БТ, досягаєтьсязначно більший коефіцієнт посилення потужності, оскільки ПТ, включені з ОІ абоОС, дозволяють одержати дуже великий коефіцієнт посилення струму, а БТ — великепосилення напруги (при навантаженні високим вхідним опором ПТ). Вхідний опіртаких, підсилювачів легко зробити високим, а вихідний — низьким. Гібридніпідсилювачі можуть бути однонаправленими, тобто володіти наступною властивістю:при подачі напруги сигналу на вихід напруга на вході відсутня.Однонаправленість підсилювача дозволяє досягти великого посилення напруги при стійкійроботі.
Підсилювачі звхідними каскадами на ПТ характеризуються дужевеликим вхідним опором.
Двокаскаднийпідсилювач, в якому перший каскад з ОІ, другий — з ОБ (ОІ — ОБ), характеризуєтьсявисокими коефіцієнтом посилення напруги і вхідним опором, а також хорошій АЧХ. Такий підсилювач є практичнооднонаправленим, якщо опір навантаження каскаду з Про не дуже велике. Дляотримання великого коефіцієнта посилення напруги опір навантаження повинен бутивеликим, проте при цьому погіршується АЧХ підсилювача у області вищих частот
Підсилювач, вякому перший каскад з ОС, другою з ОБ (ОС — ОБ), відрізняється меншою вхідноюмісткістю і великим вхідним опором в порівнянні з підсилювачем по схемі ОІ —ОБ, проте його коефіцієнт посилення напруги менше. Підсилювач по схемі ОІ — ОЕмає порівняно малий вихідний опір (більш ніж на порядок менше в порівнянні зпідсилювачами ОІ — ОБ і ОС — ОБ) і значно більший коефіцієнт посилення струму;АЧХ у області вищих частот дещо гірший. Дуже близький по властивостях до цьогопідсилювача підсилювач, виконаний по схемі ОС — ОЕ. Підсилювач, в якому перший каскад з ОІ, другий з ОК (ОІ —ОК); має середній коефіцієнт посилення напруги, високий вхідний і дуже низькийвихідний опір, тому використовується як перетворювач опорів. Недоліком цьогопідсилювача є порівняно велика вхідна місткість. Підсилювач, в якому першийкаскад з ОС, другою з ОК (ОС — ОК), не підсилює напругу, може мати найменшувхідну місткість і найбільший вхідний опір. Використовується як перетворювачопорів.
Підсилювачі збезпосереднім зв'язком між каскадами характеризуються простотою (містять малодеталей), високими показниками якості (порівняно з широким діапазоном робочих частоті малими нелінійними спотвореннями), стабільністю параметрів при замінітранзисторів, змінах напруги живлення і температури навколишнього середовища.Стабільність параметрів досягається введенням сильної НЗЗ по постійному струму, що подається звиходу підсилювача на перший каскад або охоплює два-три каскади.
З великого числаможливих варіантів подібних схем стабілізації режиму роботи транзисторівдоцільно застосовувати тільки такі, які дозволяють досягти високої стабільностірежиму і містять меншу кількість елементів. Одним з критеріїв високоїефективності стабілізації є малий опір резисторів, включених в ланцюзі базтранзисторів. При збільшенні опору в ланцюзі бази різко зростає дія зворотногоструму колектора, що дестабілізує.
Підсилювачі з RC- зв'язком між каскадами також, як і підсилювачі з безпосереднім зв'язком,характеризуються простотою, малими габаритними розмірами і масою. Протеунаслідок впливу реактивних елементів зв'язку вони мають дещо гіршу АЧХ і меншекономічні при однакових вимогах, що пред'являються до стабільності параметрів.
1.4Підсилювачі потужності
Могутнім каскадомприйнято рахувати каскад, в якому транзистори віддають в навантаженняпотужність, близьку до максимально можливої. Основними вимогами, щопред'являються до могутніх вихідних каскадів, є отримання необхідної потужностів навантаженні і максимальний КПД придопустимих спотвореннях сигналу. Вимога максимального КПД має найбільше значення дляпідсилювачів з живленням від автономних джерел. Максимальне посиленняпотужності — другорядна вимога, оскільки необхідне посилення може бути одержанев інших каскадах.
Чим вищий КПД каскаду, тим менш могутнійтранзистор потрібен для отримання необхідної потужності. Максимальний КПД досягається при оптимальномунавантаженні. Проте опір навантаження, як правило буває задано. Якщо вонозначне відрізняється від оптимального, то для отримання високого КПД навантаження включають черезтрансформатор, що погоджує. Використовування трансформатора, що погоджує, навході могутнього вихідного каскаду дозволяє одержати максимальний коефіцієнтпосилення потужності передвихідним каскадом і мінімальний рівень спотворень призаданій потужності в навантаженні підсилювача. Застосування трансформаторів, щопогоджують, в малогабаритних підсилювачах приводить до зниження КПД, оскількималогабаритні недорогі трансформатори мають порівняно малий КПД.
Режими роботитранзисторів у вихідних каскадах. Транзистори можуть працювати в режимах класівА, В або АВ. Режимом класу А називаютьтакий режим, при якому вихідний струм протікає протягом всього періодупідсилюваного сигналу. Режим з таким відсіченням, при якій вихідний струмпротікає практично тільки протягом напівперіоду сигналу, називають режимомкласу В. Промежуточний режим, при якому вихідний струм протікає протягом більшеодного напівперіоду сигналу, називають режимом класу АВ. Вибір режимуздійснюється подачею відповідної напруги між базою і емітером. У режимах класівАВ і В можуть працювати тільки двотактнікаскади.
Однотактнівихідні каскади застосовуються іноді в підсилювачах з малою вихідноюпотужністю, оскільки їх КПД не перевищує 40 %. Включення транзистора з Про і ОК. не застосовується, оскількиприводить до зниження посилення потужності.
1.5 Схеми безтрансформаторнихвихідних каскадів
Безтрансформаторнівихідні каскади виконуються по різних схемах і відрізняються видом провідностітранзисторів, способом їх включення, режимом роботи (класи АВ і В), а такожвидом зв'язку з попереднім каскадом і навантаженням. Кращі показники якостімають каскади, 6 які використовуються транзистори різного виду провідності едостатньо близькими значеннями параметрів (комплементарніпари). Каскади, в якихвикористовуються транзистори одного виду провідності (квазікомплементарніпари), є принципово несиметричними, оскільки транзистори повинні бути включеніпо різних схемах (звично з ОЕ і ОК). Щоб зменшити нелінійніспотворення, доводиться вводити глибоку НЗЗ, що створює умови для появи динамічних спотворень. Тому квазікомплементарніпари транзисторів використовуються за відсутності комплементарних впідсилювачах, до яких не пред'являються вимоги високої якості відтвореннясигналів, або в підсилювачах, в яких спотворення зменшуються спеціальнимиметодами. Для отримання Малого вихідного опору підсилювача транзисторивихідного каскаду включають по схемі з ОК. Режим транзисторів установлюють, змінюючи опір між базам транзисторів.Для стабілізації режиму способом термокомпенсації між базами включаєтьсяелемент з від’ємним ТКС (термістор або напівпровідниковий діод в прямомувключенні). При безпосередньому зв'язку з попереднім каскадом для стабілізаціїрежиму вводять глибоку НЗЗ по постійному струму.
При включеннітранзисторів вихідного каскаду по схемі з ОК коефіцієнт посилення напругизавжди менше одиниці, тому амплітуда вхідного сигналу перевищує амплітудунапруги на навантаженні. Максимальна амплітуда напруги на навантаженні повиннабути близька до половини напруги живлення (для отримання високого КПД каскаду). При живленні підсилювача від однополярного джереланавантаження доводиться включати через розділовий конденсатор. В цьому випадкукорисна потужність в навантаженні і КПД каскаду на нижчих частотах зменшуються унаслідок падіння напруги наконденсаторі.

2.РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ І ПРИНЦИПОВОЇСХЕМИ ПІДСИЛЮВАЧА
 
2.1 Розробката обґрунтування структурної схеми підсилювачів
В підсилювачах використовуються різноманітнісхеми. Для наочного зображення пристрою підсилювача користуються схемоюелектричною структурною(рисунок 1), на якій прямокутниками з написами зображуютьосновні частини пристрою, виконуючі певні функції, та основні взаємозв'язки міжними.
Звичайнопідсилення сигналу, створюване одним каскадом, є недостатнім, тому застосовуютьбагатокаскадні схеми підсилювачів. Сигнал, підсилений першим каскадом,подається на вхід другого, з виходу другого — на вхід третього і т.д. Тобто,здійснюється послідовне підсилювання сигналу колом каскадів.
/>
Рисунок 2.1 — Структурна електрична схема підсилювача
Вхідний каскад є входом підсилювача.Призначення вхідного каскаду — забезпечення узгодження вихідного опору джереласигналу з вхідним опором першого каскаду попереднього підсилювання. Якщовихідний опір джерела сигналу рівний вхідному опору попереднього каскаду абонабагато більший, то в цьому випадку вхідний каскад не треба застосовувати, аякщо менше то слід застосувати.
Як вхідний каскадвикористовують каскад з загальним колектором, загальний витоком — такі каскадиназивають повторювачами.
Вимоги докаскадів попереднього підсилення виходять з їх призначення — підсилюватинапругу або струм, створені джерелом сигналу на вході, до величини, необхідноїдля збудження каскадів підсилення потужності. Тому найбільш важливимипоказниками для попереднього каскаду є коефіцієнти підсилення напруги таструму, частотна характеристика і частотні спотворення.
Передкінцевийкаскад (драйвер)є джерелом сигналу для кінцевого каскаду. Він повинензабезпечити такі умови роботи вхідного кола кінцевого каскаду, при якихостанній зможе віддати в навантаження максимальну неспотворену потужність.Основні вимоги, які ставлять до передкінцевого каскаду, — велика амплітуданеспотвореного сигналу на виході та малий вихідний опір. Вибір схемипередкінцевого каскаду в конкретному підсилювачі залежить від виду та режимукінцевого каскаду.
Кінцеві каскадивідрізняютьсявід каскадів попереднього підсилювання, в першу чергу, великим рівнемпотужності сигналу. В підсилювачах низької частоти, працюючих на низькоомненавантаження, кінцевий каскад повинен віддавати визначену потужність назаданому опорі навантаження при коефіцієнті нелінійних спотворень, який неперевищує допустимої величини.
Умови роботикаскадів потужного підсилення залежить також від характеру зовнішньогонавантаження. Наприклад, для підсилювачів низької частоти за навантаженняможуть правити електродинамічні гучномовці, опір яких носить комплекснийхарактер — містить індуктивну складову і отже, зростає зі збільшенням частоти.Однак на середніх звукових частотах (порядку сотень Герц), на яких ведутьрозрахунок корисної потужності, віддаваємої підсилюючими елементами, опіркорисного навантаження здебільшого можна вважати активним, що сильно спрощуєпобудову ліній навантаження і динамічних характеристик. Розрахунок каскадів^потужного підсилення звичайно ведуть на активне навантаження.
Обґрунтуваннямвибору структурної схеми підсилювача є його якісні і кількісні характеристикита параметри і їх сукупність.
 
2.2 Розробката обґрунтування принципової схеми підсилювача
 
За способамипідключення кінцевого каскаду до навантаження можна розподілити: на каскади збезпосереднім включенням навантаження, резисторні, дросельні татрансформаторні.
Найбільш високийККД мають дросельні та трансформаторні каскади потужного підсилення.Максимальний ККД в них вдвічі більше, ніж при безпосередньому підключенні навантаження, та майже в6 разів більше, ніж у резисторного. Однак у резисторного каскаду смугапідсилених частот ширше, ніж у дросельного, і значно ширше трансформаторного.Вартість, маса, габаритні розміри як дросельного, так і трансформаторного,набагато більше від резисторного.
Найпростішимспособом підключення навантаження до каскаду потужного підсилювача єбезпосереднє введення навантаження у вихідне коло підсилювального елемента безвихідного пристрою. До переваг такої схеми відноситься її простота, відсутністьдодаткових деталей, втрат потужності у вихідному каскаді, додатковихнелінійних, частотних та перехідних спотворень і можливість посилення сигналіву широкій смузі частот. До недоліків — протікання через навантаження постійноїскладової струму живлення.
В резисторномукаскаді потужного підсилення навантаження підключається в вихідне коло черезрезисторно-ємнісний пристрій RС. Струм живлення тут через навантаження не проходить; крім того,навантаження поєднано з загальним проводом схеми, що часто буває необхідно.Резисторний каскад простий, але має недоліки в порівнянні з каскадом збезпосереднім включенням — наявність конденсатора, який звужує смугу пропускупідсилювача; розмір конденсатора збільшуються в ділянці низьких частот.
Навантаження, якепідключене безпосередньо та через конденсатор — застосовується вбезтрансформаторних кінцевих каскадах, а навантаження, підключене через дросельта трансформатор у трансформаторних кінцевих каскадах.
Можливістьвикористання безтрансформаторних схем саме в транзисторних кінцевих каскадахобумовлена, по-перше тим, що транзистори працюють при порівняно низькій напрузіживлення (тому безпосереднє підключення гучномовця не шкідливе дляобслуговуючого персоналу), по-друге, вони можуть працювати на меншому опорінавантаження.
Вбезтрансформаторних схемах звичайно застосовується послідовне живленнятранзисторів від одного чи двох джерел постійної напруги.
При розрахункукінцевого каскаду з великою потужністю застосовують схеми на складенихтранзисторах. Складені транзистори мають великі коефіцієнти струму, великийвхідний і малий вихідний опори. До недоліків слід віднести звуження частотногодіапазону складеного транзистора в порівнянні з одинарним.
Залежно відспособу включення і типу застосовуваних транзисторів розрізняють дві схеми — схему Дарлінгтона та схему Шиклої. Комбінація складених транзисторів в вихіднихкаскадах дозволяє створити декілька різновидів схем кінцевого каскаду.
Характеризуючи цісхеми, можливо відмітити:
-  коефіцієнти передачі за струмомверхнього та нижнього плеч у всіх схемах практично рівні коефіцієнту передачіза струмом складених транзисторів;
-  в квазікомплектарних схемахспостерігається несиметричність вихідного сигналу з-за нерівності коефіцієнтапідсилення плеч каскаду за напругою, а також із-за нерівності вхідного тавихідного опорів. Однак введення глибокого зворотного негативного зв'язку приводитьдо незначних відмін цих параметрів.
-  коефіцієнти передачі за струмомверхнього та нижнього плеч у всіх схемах практично рівні коефіцієнту передачіза струмом складених транзисторів;
-  в квазікомплектарних схемахспостерігається несиметричність вихідного сигналу з-за нерівності коефіцієнтапідсилення плеч каскаду за напругою, а також із-за нерівності вхідного тавихідного опорів. Однак введення глибокого зворотного негативного зв'язку приводитьдо незначних відмін цих параметрів.
Основні вимоги,які ставлять до передкінцевого каскаду— одержання максимальногопідсилення за напругою для компенсації малих коефіцієнтів підсилення занапругою вихідного та вхідного каскадів.
При однотактномукінцевому каскаді, а також двотактному безтрансформаторному з послідовнимзбудженням плеч або з паралельним збудженням транзисторів різного типу (р-п-р іп-р-п)від передкінцевого каскаду потрібна однофазна вихідна напруга. Уцьому випадку за передкінцевий може
правити звичайнийрезисторний каскад, в якому транзистор частіше всього ввімкнутий за схемою ззагальним емітером, з безпосереднім або ємнісним зв'язком з кінцевим каскадом.
Функціюпередкінцевого каскаду на схемі, наведеної на рисунку 2 виконує транзистор УТ1.
Амплітуда сигналуу попередніх каскадахзвичайно мала, тому нелінійні спотворенняпереважно невеликі. Найбільше поширення в попередніх каскадах одержала схемавключення транзистора з загальним емітером, яка дозволяє отримати найбільшепідсилення і має достатньо великий вхідний опір. Цим вимогам відповідаєрезистивний каскад, який може забезпечити рівномірне підсилення в широкій смузічастот при малих спотвореннях і не схильний наводкам від зовнішніх магнітнихполів.
З можливихспособів стабілізації режиму в попередніх каскадах найбільше поширення одержалаемітерна стабілізація як найбільш ефективна і проста за схемою. Привикористанні безпосередніх зв'язків поряд з емітерною стабілізацією вводитьсянегативний загальний зворотний зв'язок за постійним струмом. Для підвищеннялінійності підсилювача, одержання великого вхідного опору, розв'язання запостійним струмом входу підсилювача та кола зворотного зв'язку, більш високоїтемпературної стабільності, поліпшення динамічних характеристик у ролі вхідногокаскаду застосовують диференційний каскад (рисунок 3).
/>
Рисунок 2.2 –Схема кінцевого каскаду, зібраного на складених комплементарних транзисторах.

/>
Рисунок 2.3 –Принципова схема диференційного каскаду
Одним із основнихнапрямів створення високоякісних підсилювачів є застосування зворотногозв'язку. В підсилювачах застосовується зворотний негативний зв'язок за зміннимта постійним струмом. Застосування НЗЗ за струмом дозволяє зменшити лінійні інелінійні спотворення, які вносяться підсилювачем, знизити вихідний опірпідсилювача потужності.
Негативнийзворотний зв'язок за постійним струмом стабілізує напругу спокою транзисторівкінцевого каскаду. Застосування грубого НЗЗ (більш 40-50 дБ) не рекомендується,тому що це приводить до виникнення динамічних спотворень. Якщо потрібноодержати коефіцієнт загальних гармонійних спотворень менше 0,1-0,5 %, впідсилювач вводиться НЗЗ більше 50 дБ.
Для підвищенняамплітуди вихідної напруги належить застосовувати вихідні транзистори з можливоменшим значенням опору насичення, а попередній каскад будувати за схемою, яказабезпечує найбільшу амплітуду сигналу на базах транзисторів фазоінвертерногокаскаду.
Для цього в схеміпопереднього каскаду підсилювача повинна обов'язково бути «Вольтдобавка»,а опір в емітерному колі транзистора повинен бути мінімальним чи зовсімвідсутнім.
В той же часповинні бути вжити заходи щодо жорсткої стабілізації постійної напруги в точціз'єднання вихідних транзисторів при зміні температури.
Для забезпеченнядобрих демпфувальних властивостей підсилювача, вихідний опір транзисторівкінцевого каскаду повинен бути принаймні в 3-5 разів менше опору навантаження.Подальше зменшення вихідного опору не має смислу, тому що в коло демпфувальногоструму, що виникло за рахунок е.р.с. котушки гучномовця, крім вихідного опорувходить опір навантаження.
«Вольтдобавка»звичайно вводиться за допомогою позитивного зворотного зв'язку (ПЗЗ), напругаякого з виходу підсилювача подається на відвід опору навантаженняпередкінцевого каскаду. ПЗЗ приводить до збільшення опору підсилювача.Збільшення напруги на передкінцевому каскаді приводить до зменшення нелінійнихспотворень.
В безтрансформаторнихвихідних каскадах найбільш часто застосовують режими В або АВ. Привикористовуванні режиму класу В в підсилювачах на ділянці малих струміввиникають перехідні спотворення, які виявляються у вигляді відсічки струму.Кількісно перехідні спотворення оцінюються часом переключення підсилюючихелементів. Зменшення перехідних спотворень досягається застосуванням режимукласу АВ, при якому на вхід підсилюючого елемента подається відповідна напругазміщення. Напруга зміщеная створюється за допомогою діодного кола чи задопомогою транзисторної схеми.
Режим роботитранзисторів кінцевого каскаду визначає струм спокою, який протікає черезтранзистор при відсутності керуючого сигналу. Зміна температурних умовприводить до зміни струму спокою і, відповідно, режиму роботи транзисторівкінцевого каскаду, що приводить до збільшення нелінійних перехідних спотворень.
Найбільш часто впідсилювачах використовується діодна стабілізація струму, заснована натемпературній залежності вольтамперних характеристик діоду. Напруга зміщеннязабезпечується характеристиками діоду. Рекомендується застосовувати кількістьдіодів, яка дорівнює кількості транзисторів в кінцевому каскаді. Але при такомуспособі складно забезпечити з достатньою точністю потрібне зміщення. Для більшоїточності підстроювання напруги зміщення послідовно з діодами включається опір.
Так як вхіднийопір достатньо великий в якості вхідного каскаду була обрана схема диференційногокаскаду, а в якості кінцевого каскаду з урахуванням заданої потужності була обранасхема кінцевого каскаду, зібраного на комплементарних транзисторах.

3.ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК
Таблиця 3.1 Вхідні дані.Номер варіанту
Тема курсового
проекту Номінальна вихідна потужність Опір навантаження Джерело сигналу Діапазон відтворених частот Допустимі відхилення частотної характеристики Коефіціент загальних гармонічних спотворень Діапазон робочих температур
PH Вт
RHОм
RдкOм
UдВ
FH Гц
Fb кГц
MH дБ
Hb дБ
Kг%
Tmin Tmax ºC 8 Розрахунок схеми підсилювача, кінцевий каскад якого на зібраних комплементарних парах транзистора, з двополярним джерелом електроживлення 25 14 240 0,08 38 8 1,8 1,6 0,8 10-50
3.1    Розрахунокнапруги джерела електроживлення
Убезтрансформаторних двотактних каскадів при роботі в режимі В опір навантаженняплеча К, для якого будують навантажувальну пряму на сімействі вихідниххарактеристик транзистора, дорівнює опору навантаження RH, тому що плечі тут працюютьпо черзі.
Необхідну длянайменшої витрати енергії напругу електроживлення, при заданому опорінавантаження каскаду RH, визначаємо за формулою:
/> (3.1)
де Rн – опір навантаження, Ом;
Pн- вихідна потужність на навантаженні,Вт;
Uзал – залишкова напруга натранзисторі; приймаємо Uзал = 1,5 – 3,5 В .
/> В
Вибираємостандартне значення напруги електроживлення за ГОСТ 18275-72 „Апаратурарадіоелектронна. Номінальні значення напруги та сили струмів живлення" :
/> В
3.2 Вибір транзисторівкінцевого каскаду
Визначаємограничні параметри транзисторів, які вибираємо за такими формулами:
— максимальнанапруга колектор-емітер, В
/>
/> В
— максимальнийструм колектора, А
/>
/> А
— максимальнарозсіювана потужність, Вт
підсилювачкаскад напруга стабілізація транзистор

/>
/> Вт
— граничначастота коефіцієнта передачі струму, кГц
/>
/> кГц .
За граничнимирозрахунковими параметрами вибираємо необхідний тип транзисторів VT6,VT7.Дані заносимо до таблиці 3.2 .
Таблиця 3.2 Параметри транзисторів кінцевогокаскадуПараметри
Inkmax,
А
UnKEmax,
В
Pkmax ,
Вт
fnh21Emax,
кГц Тип
h21E Розрахункові граничні параметри 2,4 62,38 9,24 32 - - Параметри вибраного транзистора 10 80 1(60) 3МГц КТ816Г 12-275 10 80 1(60) 3МГц КТ817Г 12-275
3.3 Розрахунокколекторного кола кінцевого каскаду
З метою зменшеннярозрахункової частини проекту і в зв'язку з незначними відхиленнями верхньогота нижнього плеч підсилювача потужності розрахунок проводять для одного, плеча.В якому вихідний транзистор має менше значення h21Emax.
Визначаємо опірнегативного зворотного зв'язкуза формулою:
/>
де Rзз— опір зворотного зв'язку;
ηзз — ККД вихідного кола, що показує втрати корисної потужності на опорах емітерногокола; приймаємо ηзз=0,9. Вибираємо стандартне значеннярезисторів за стандартом. Для визначення амплітудних значень струму та напругинеобхідно побудувати вихідну навантажувальну характеристику.
Для побудовинавантажувальної характеристики слід визначити координати двох точок (а, в),використовуючи рівняння динаміки
/> (3.2)
/>
/>
Через точки«а» і «в» проводять пряму — динамічну навантажувальнухарактеристику для опору (RH+ Rзз) (рисунок 1). Якщо активний опір для постійногоі змінного струму однаковий, то динамічна характеристика є водночас і лінієюнавантаження як для постійного, так і для змінного струмів.
Найчастішевихідні каскади підсилювача потужності працюють в режимі В чи АВ, щовизначається напругою зміщення на базах вихідних транзисторів і струмом спокоюколектора.

/>
Рисунок 3.1 Вихідна навантажувальнахарактеристика транзистора вихідного каскаду VT7.
На практиці струмспокою ІКпвизначають із такого співвідношення:
/>
де ІК-колекторнийструм в точці «а»;
ІКп — струм спокою, відповідає режиму АВ.
Визначаємоамплітудне значення напруги на навантаженні за формулою:
/>
Визначаємоамплітудне значення напруги на колекторі-емітері транзистора:

/>
Перевіряєморозраховане значення напруги джерела живлення. Для цього треба щоб виконуваласьнерівність.
/> (3.3)
Якщо сума більше UK0то належить збільшити значеннянапруги джерела електроживлення і побудувати нову навантажувальнухарактеристику.
Визначаємопостійну складову струму колектора вихідного транзистора за формулою:
/>
де ІКm – амплітудне значенняколекторного струму, яке визначається за навантажувальною характеристикою.
Визначаємо потужність, від джереласпоживану електроживлення за формулою:
/>
Визначаємомаксимальну потужність розсіювання на колекторі транзистора за формулою:

/>
Максимальна потужністьрозсіювання на транзисторі повинна бути значно менше потужності вибраноготранзистора PKmax.
Визначаємопотужність розсіювання на резисторах R14, R15:
/>
Обираєморезистори R14, R15 типу: МЛТ – 0,25 – 1,8 Ом ± 5%.
 
3.4 Розрахунокбазового кола кінцевого каскаду
Використовуючинавантажувальну характеристику вихідного каскаду і статичні вхідніхарактеристики транзистора, будуємо на них емітерну динамічну вхіднухарактеристику.
Вхідні динамічніхарактеристики при малих опорах навантаження практично зливаються зістатичними. Тому для технічних розрахунків можна користуватися не динамічними,а статичними вхідними характеристиками.
За вхідноюдинамічною характеристикою ( рисунок 2) визначаємо значення вхідного сигналу:
— напругу на базі в робочій точціспокою — UБеп= 0,65 В;
— струм бази в робочій точці спокою – ІБп= 0,15 мА ;
— амплітудне значення змінної складовоїбази — ІБm= 60 мА ;
— амплітуднезначення змінної напруги на базі — UБЕm = 4,6 В.

/>
Рисунок />3.2 Вхідні динамічні характеристики транзисторів VT7 i VT5.
Визначаємо амплітуднезначення вхідної напруги кінцевих транзисторів за формулою:
/>
Визначаємовхідний опір транзистора без урахування негативного зворотного зв'язку:
/>
Визначаємо усередненукрутизну характеристики транзистора в кінцевому каскаді:

/>
Визначаємокоефіцієнт підсилення за напругою:
/>
Визначаємо вхідну потужністьтранзистора:
/>
Визначаємокоефіцієнт підсилення за потужністю:
/>
 
3.5 Вибірскладених транзисторів VT4, VT5 кінцевого каскаду
Визначаємомаксимальні граничні параметри обраних складених транзисторів кінцевого каскадуза такими формулами:
— максимальнийструм колектора транзистора VT5.
/>
— максимальнунапругу колектор-емітер транзистора VT5
/>

— максимальнупотужність розсіювання на транзисторі VT5
/>
— граничнучастоту коефіцієнта передачі струму, МГц
/>
За граничнорозрахованими параметрами вибираємо типи транзисторів VT4, VT5 і заносимо їх до таблиці 3.3
Таблиця 3.3 Параметри вибраних транзисторівкінцевого каскаду.Параметри
IKmax
A
UKEmax
В
PKmax
Вт
f21Emax
МГц
Тип
транзистора
h21E Розрахункові граничні параметри 0,11 24 0,38 0.039 Параметри вибраного транзистора VT5 1,5 40 10 3 КТ815А 20 Параметри вибраного транзистора VT4 2 40 10 3 КТ814А 20
Визначаємо величинуопору резисторів R11 і R12 з співвідношення:
/>
Вибираємо резистори R11, R12 опором 510 Ом.
Визначаємопотужність розсіювання на резисторах:
/>
де Іко— постійна складова струму,
Обираєморезистори R11, R12 типу: МЛТ – 0,25 – 510 Ом ± 5%.
Визначаємоамплітудне значення змінного струму бази транзистора VT5:
/>
Визначаємопостійну складову струму бази транзистора:
/>
За вхідноюдинамічною характеристикою визначаємо основні параметри UБЕт, UБЕтax, UБЕ0(рисунок 3 графічної частини).
Визначаємоамплітуду вхідної напруги на складених транзисторах:
/>
Визначаємо вхіднийопір каскаду без урахуванням зворотного зв'язку:
/>
Визначаємо вхіднийопір каскаду з урахуванням зворотного зв'язку:
/>
де F – глибина місцевого зворотногозв'язку в плечі:

/>
де q21m — усереднена крутизнахарактеристики транзистора УТ5;
/>
де q21m — усереднена крутизна характеристикитранзистора УТ7;
RБ — вхідний опір транзистора УТЗ:
/>
Вхідна потужністькінцевого каскаду:
/>
3.6 Вибір транзистора ірозрахунок кіл передкінцевого каскаду
Визначаємокорисну потужність, що віддає транзистор VT3, і яка більше потужності,споживаної колом наступного каскаду, на величину потужності, розсіюванню в колізміщення:
/>
Визначаємо амплітуднезначення змінної складової струму колектора транзистора VT3:

/>/>
Для зменшення впливунелінійності вхідної характеристики транзистора доцільно прийняти:
/>
Тоді максимальнийколекторний струм буде дорівнювати:
/>
Максимальнанапруга між колектором і емітером дорівнює:
/>
Визначаємопотужність, споживану транзистором VT3 від джерела електроживлення:
/>
Визначаємомаксимальну потужність розсіювання на колекторі транзистора:
/>
Визначаємограничний коефіцієнт передачі частоти за струмом:

/>
За розрахованими параметрамивибираємо тип транзистора VT3. Розраховані параметри та параметри вибраного транзистора занести втаблицю 3.4.
Таблиця 3.4 Параметри вибраного транзистора VT3 передкінцевого каскаду.Параметри
IKmax
мA
UKEmax
В
PKmax
мВт
f21Emax
МГц
Тип
транзистора
h21E
h11E Розрахункові граничні параметри 6,423 24 54 0,13 Параметри вибраного транзистора VT3 100 40 150 250 КТ361В 20 40
Визначаємо величину резистора R9 позитивного зворотного зв'язку заформулою:
/>
Вибираємостандартне значення резистора зворотного зв'язку R9 = 7,5 кОм.
Визначаємо потужність розсіювання нарезисторі за формулою:
/>
Обираєморезистори R9 типу: МЛТ – 0,125 – 7,5 кОм± 5%.
Визначаємоамплітудне значення струму бази транзистора за формулою:

/>
Визначаємозначення постійної складової струму бази:
/>
Визначаємовхідний опір каскаду, зібраного на транзисторі VT3 за формулою:
/>
де h11E — вхідний опір транзистора,включеного за схемою ОЕ.
Визначаємовеличину резистора R5:
/>
Вибираємостандартне значення резистора R5 = 750 кОм.
Визначаємопотужність розсіювання на резисторі за формулою:
/>
Приймаємо стандартнезначення потужності за ГОСТ 9663 і записуємо стандартне значення резистора застандартом.
Обираємо резисторR5 типу: МЛТ – 0,125 – 750 кОм± 5%.
Визначаємо амплітуднезначення змінної напруги на базі транзистора:

/>
Визначаємо потужністьсигналу, споживану базовим колом транзистора за формулою:
/>
3.7 Розрахуноккоефіцієнта загальних гармонійних спотворень
Коефіцієнтгармонійних спотворень складених транзисторів визначається за спільноюнаскрізною характеристикою, яку будують таким чином. Спочатку визначаємо вхідний опіртранзистора VT7 з урахуванням зворотногозв'язку за формулою:
/>
де Rвх — вхідний опір без урахуваннязворотного зв'язку.
q21 -усереднене значення крутизнихарактеристики,
На вихіднійстатичній характеристиці транзистора УТ7 будуємо навантажувальну пряму затакими координатами точок:
/>
Визначаємозначення колекторних струмів для точок 1 — 6 для транзистора VT7 за формулою:

/> (3.4)
де IБі, UБЕі — значення струму та напруги вточках 1-6, які визначаємо за вихідною та вхідною характеристиками VT5;
/>
На вихідній статичній характеристиці транзистора VT5 за значеннями ІКпвизначаємо ІБі
/>
Рисунок 3.3Вихідна статична характеристика з динамічною навантажувальною прямою
За одержанимизначення ІБі, UБЕі визначаємо миттєве значення е.р.с. джерела сигналу:
/> (3.5)
Результатирозрахунків та побудов заносимо до таблиці 3.5.

Таблиця 3.5 Результати розрахунківНомера точок
ІБ,
мА
UБЕ,
В
ІК,
мА
ІБ,
мкА
UБЕ,
В
едж,
В 1 1 0,8 1,4 2 0,6 0,61 2 4 0,9 4 10 0,7 0,72 3 10 1,4 11 15 1,1 1,14 4 20 2,3 21 20 2 2,1 5 30 2,9 31 25 2,7 2,8 6 40 3,7 42 30 3,5 3,61
За значенням,вибраним із таблиці 3.5, будуємо наскрізну характеристику />.
За наскрізноюхарактеристикою визначаємо струми І1 = 42 мА, І2 = 21 мА,І3 = 1,4 мА.
/>
Рисунок 3.4 Наскрізна динамічна характеристикатранзисторів VT6, VT7 кінцевого каскаду.

Визначаємокоефіцієнт гармонічних спотворень, що вноситься третьою гармонікою, заформулою:
/>
Визначаємо коефіцієнт гармонічнихспотворень з урахуванням зворотного зв’язку за формулою:
/>
де F – глибина негативного зворотногозв’язку, яка визначається за формулою:
/>
Визначаємокоефіцієнт гармонічних спотворень КГ2, які вносить друга гармоніка,визначаємо за емпіричною формулою, задаючись коефіцієнтом асиметрії в = 0,1:
/>
Визначаємокоефіцієнт гармонічних спотворень КГ2 з урахуванням зворотногозв’язку за формулою:
/>

Визначаємозагальний коефіцієнт гармонічних спотворень:
/>
3.8 Розрахуноккола загального зворотного негативного зв'язку за змінному струму
Глибиназагального зворотного негативного зв'язку:
/>
де КГ — коефіцієнт гармонійних спотворень підсилювача;
КГзад-максимальнодопустимий коефіцієнт загальних гармонійних спотворень за завданням, КГзад= 0,7 %.
Застосуваннязворотного зв'язку з глибиною більше 30 — 40 дБ не рекомендується, тому що цеприводить до появи динамічних спотворень.
Визначаємо величинурезисторів R6 та R7 кола негативного зворотногозв'язку:
/>
Вибираємостандартне значення резистора R7 = 180 кОм.
Вхідний опірпідсилювача і коефіцієнт підсилювача залежать від співвідношення />, тому його вибирають,виходячи із компромісу між коефіцієнтом підсилення і вхідним опором.
Задаються значенням /> = 20 — 100.
При цьому повиннавиконуватися умова:
/> (3.6)
Звідси величинарезистора R дорівнює:
/>
Вибираємостандартні значення резисторів R6 та R7.
Визначаємопотужність розсіювання на резисторах R6 і R7:
/>
Приймаємостандартне значення потужності відповідно до ГОСТ 9663.
Обираєморезистори типу: R7 — МЛТ –2 – 180 кОм ± 5%.
R6 — МЛТ – 0,125 – 9,1 кОм ±5%.
 
3.9 Розрахунок диференційноговхідного каскаду
 
Визначаємоспочатку значення постійної складової колекторного струму для транзисторів диференційногокаскаду:
/>
де IБ03 — значення постійноїскладової струму бази попереднього (передкінцевого) каскаду.
Визначаємограничні параметри транзисторів VT1, VT2.
Максимальнезначення напруги колектор-емітер транзисторів:
/>
Максимальнийколекторний струм транзисторів:
/>
Максимальнарозсіювана потужність:
/>
Гранична частотакоефіцієнту передачі струму:
/>
За розрахованимиграничними параметрами вибираємо необхідний тип транзисторів. Дані розрахунківта параметри вибраного транзистора заносимо в таблицю 3.6.
Таблиця 3.6 — Параметри транзистора диференційного вхідного каскаду.Параметри
IKmax
мA
UKEmax
В
PKmax
мВт
f21Emax
МГц
Тип
транзистора
h21E Розрахункові граничні параметри 8 28,8 242 0.013 Параметри вибраного транзистора VT1 100 50 250 250 КТ3102А 100 Параметри вибраного транзистора VT2 100 50 250 250 КТ3102А 100

Визначаємопадіння напруги на колекторних навантаженнях:
/>
Визначаємо опіррезисторів колекторного навантаження за формулою:
/>
Вибираємостандартне значення резисторів R3 = R2 = 1800 кОм.
Визначаємопотужність розсіювання на даних резисторах за формулою:
/>
Обираємо резисториR2, R3 типу: — МЛТ – 0,125 – 1,8 кОм ± 5%.
Визначаємовеличину опору резистора в колі емітера транзистора за формулою:
/>
де UE — падіння напруги на резисторів колі емітера, яке дорівнює:
/>
Визначаємопотужність розсіювання на резисторі R5 в колі емітера транзистора за формулою:

/>
Обираєморезистори R4 типу: — МЛТ – 0,125 – 860Ом ± 5%.
Приймаємовеличину струму дільника: Ід = 1 мА.
Визначаємовеличину резистора RД:
/>
Визначаємовеличину резистора R1 заформулою:
/>
Обираєморезистори R1 = 15 кОм.
Визначаємо потужність розсіювання наданих резисторах за формулою:
/>
Відповідно доГОСТ 9663 приймаємо стандартну найближчу найбільшу за величиною потужністьрозсіювання.
Обираєморезистори типу: R1 = МЛТ –0,125 – 15 кОм ± 5%.
3.10Розрахунок елементів кіл зміщення і стабілізації режиму транзисторів кінцевогокаскаду
Розраховуємопотрібну напругу зміщення для завдання вибраного положення точки спокою:

/>
Обираємо 4 діодатипу КД103А.
Потрібна напругазміщення створюється на діоді, включеному в прямому напрямі. Практичнорекомендується приймати число діодів кінцевого каскаду рівним числутранзисторів. У цьому випадку повинна дотримуватися умова:
/> (3.7)
Вибираємостандартне значення резистора R9.
/>
Визначаємопотужність розсіювання на резисторі R8 за формулою:
/>
Вибираємо стандартнезначення потужності відповідно до ГОСТ 9663 і записуємо значення резистора застандартом.
Обираємо резистортипу: R8 = МЛТ — 0,125 – 150 Ом ± 5%
Визначаємо струм,який протікає після обмежувальних резисторів, який дорівнює:
/>

Знаходимо опіробмежувальних резисторів:
/>
Приймаємо R13 рівним 2,2 кОм.
Знаходимопотужність, яка розсіюється на резисторі R13:
/>
Обираєморезистори типу: R13 = R14 = МЛТ – 2 – 2,2 кОм ± 5 %
3.11 Розрахунокрезультуючих характеристик підсилювача потужності
Знаходимокоефіцієнт підсилення за струмом за формулою:
/>
Коефіцієнтпідсилення за напругою рівний:
/>
Вхідний опір диференційного каскаду з резисторому колі емітера:
/>

 
3.12Розрахунок ємності конденсаторів підсилювача потужності
Спад частотноїхарактеристики на нижніх частотах визначається конденсаторами зв'язку таемітерними конденсаторами.
Визначаємодопустимі частотні спотворення для всіх конденсаторів за формулою:
/>
де п — кількістьконденсаторів.
Визначаємоємність розподільного конденсатора за формулою:
/>
Визначаємоємність блокувального конденсатора за формулою:
/>
Ємністьконденсатора фільтра визначаємо за формулою:
/>
R — опір фільтра.
Обираємо ємностіконденсаторів рівними:
С1 = КМ1 – 560 нФ
С2 = К50-6 – 16мкФ х 25 В
С3 = С4 = К50-5 – 30 мкФ х 25 В
При розрахункахємностей конденсаторів отримані значення слід округлювати до найближчогостандартного значення відповідно до стандарту.

ВИСНОВКИ
При виконанніданого курсового проекту я розрахував підсилювач низької частоти з диференційнимвхідним каскадом.
Спочатку я склавструктурну схему підсилювача низької частоти. Потім на основі цієї структурноїсхеми була розроблена принципова електрична схема підсилювача низької частотизгідно початкових даних.
Наступним етапомбув розрахунок основних параметрів та інших елементів даного підсилювачапотужності. Всі розрахункові дані транзистора підсилювача занесено до таблиці.Після чого за допомогою довідника було підібрано транзистори з параметрами, якізадовольняють розрахункові параметри приведені в таблиці.
Також задопомогою довідників було обрано нормовані значення опорів резисторів таємностей конденсаторів.
В результатівиконання курсового проекту я закріпив та поглибила власні теоретичні знання іїх використання при виконанні практичних задач.
Такожознайомилась із сучасними схем підсилювачів низької частоти, які забезпечуютьвисокі показники підсилення та набула навиків роботи з довідниковоюлітературою.
 

 
СПИСОК ВИКОРИСТОВУВАНОЇЛІТЕРАТУРИ
 
1 Андреев Ф.Ф. Електронные устройства автоматики. -М.:Машиностроение, 1978.
2 Гольцев В.Р., Богун В.Д., Хиленко В.И. Електронныеусилители: Учебное пособие. -М.: Изд-востандартов, 1990.
3 Войшвило Г.В. Современная техника усиления сигналов.-М.: Сов. радио, 1978.
4 Варакин Л.Е. Бестрансформаторньїе усилителимощности. Справочник. -М.: Радио исвязь, 1984.
5 Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. -К.: Техннка, 1980.
6 Степаненко И.П. Основы теории транзисторов й транзисторних схем. -М.: Енергія, 1977.
7 Транзистори для аппаратуры широкого применения. Справочник.Под ред. БЛ.Перельмана. -М.: Радио и связь, 1981.
8 Федосеева Е.О. Усилительные устройствакиноустановок. -М.: Искусство,1979.
9 Цыкина А.В. Проектирование транзисторних усилителей.-М.: Связь, 1976.
10 Гольцев В.Р. Електронные усилители. Задания йметодические указания к выполнению курсового проекта для учащихся — заочников—М.: Изд-во стандартов, 1987.

СПИСОКНОРМАТИВНОЇ ЛІТЕРАТУРИНомер документа і рік видання Назва документа ГОСТ 10318 – 80 Резисторы переменные. Основные параметры ГОСТ 15133 – 77 Прибори полупроводниковые. Термины и определення ГОСТ 18275 – 72 Апаратура радноелектронная. Номинальные значення напряжений и сили токов питання ГОСТ 19880 – 74 Електротехника. Основные понятия. Термины и определення ГОСТ 20003 – 74 Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров