Проектирование и расчет усилителя низкой частоты (стр. 2 из 3)

Емкость разделительного конденсатора С5 находится по формуле (1.3.15):

, (1.3.15)

где

– нижняя граничная частота;

Номинальное значение емкости разделительного конденсатора С5 выбрано равным 4000 мкФ, в соответствии с ГОСТ 10318-80.

Значения сопротивлений резисторов R7 и R8 выбраны равными 100 Ом и будут уточняться при моделировании схемы на ЭВМ.

Частотные искажения каскада в области низких и высоких частот рассчитываются по формулам (1.3.16) и (1.3.17) соответственно:

(1.3.16)

, (1.3.17)

где

– верхняя граничная частота.

Входной ток двухтактного безтрансформаторного каскада рассчитывается по формуле (1.3.18):

, (1.3.18)

где

- максимальное значение тока предоконечных транзисторов.

Ток делителя R4-R5-R6 определяется из соотношения (1.3.19):

(1.3.19)

Значение сопротивления резистора R5 определяется по формуле (1.3.20):

, (1.3.20)

где IД – ток делителя R4-R5-R6;

UБЭ1, UБЭ2, UБЭ3, - напряжения смещения на эмиттерных переходах соответствующих транзисторов, определяемые по входным характеристикам.

Для обеспечения минимальных нелинейных искажений напряжения смещения на коллекторных переходах VT1 и VT2 должны быть равны, так как параметры h21Э и IКБ0 этих транзисторов одинаковы. То есть

(1.3.21)

(1.3.22)

(1.3.23)

Таким образом, напряжение смещения на коллекторном переходе любого из транзисторов VT1 или VT2 определяется по формуле (1.3.24):

, (1.3.24)

где

- падение напряжения на резисторе R5.

.

Сопротивления R4 и R6 рассчитываются по формулам (1.3.25) и (1.3.26) соответственно:

(1.3.25)

(1.3.26)

Расчетные значения сопротивлений R4 и R6 приблизительно равны. Ближайшее номинальное значение по ГОСТ 10318-80 равно 50 кОм.

Емкость конденсатора С4 находится по формуле (1.3.27):

, (1.3.27)

где

- нижняя граничная частота УНЧ.

Ближайшее номинальное значение емкости С4 по ГОСТ 10318-80 равно 3 мкФ.

Входное сопротивление двухтактного выходного каскада определяется по формуле (1.3.28):

(1.3.28)

Значение сопротивления резистора R3 рассчитывается[1] по формуле (1.3.29):

(1.3.29)

где

- входное сопротивление двухтактного оконечного каскада;

- оптимальное значение сопротивления нагрузки ОУ

Такое значение сопротивления R3 обусловлено необходимостью обеспечения требуемого входного сопротивления выходного двухтактного каскада, чтобы R3||Rвх = Rн.min .

Значение емкости конденсатора С3 определяется[1] по формуле (1.3.30):

, (1.3.30)

где

|| ;

– нижняя граничная частота;

- коэффициент частотных искажений (задаемся дБ);

- оптимальное значение сопротивления нагрузки ОУ.

Ближайшее номинальное значение емкости С4 по ГОСТ 10318-80 равно 3,6 мкФ.

Коэффициент передачи RC-цепи связи вычисляется[1] по формуле (1.3.31):

(1.3.31)

Коэффициент передачи RC-цепи связи на нижней граничной частоте вычисляется по формуле (1.3.32):

(1.3.32)

Таким образом, напряжение на входе RC-цепи связи будет определяться выражением (1.3.33):

(1.3.33)

Для обеспечения согласования инвертирующего усилителя на ОУ и источника сигнала необходимо, чтобы сопротивление входа усилителя и источника сигнала были равны. Так как

,[2] то справедливо Ом.

Так как

, то напряжение на входе усилителя определяется по формуле (1.3.34):

(1.3.34)

Требуемый коэффициент усиления инвертирующего усилителя на ОУ рассчитывается[2] по формуле (1.3.35):

(1.3.35)

Значение сопротивления резистора R2 рассчитывается[2] по формуле (1.3.36):

(1.3.36)

Ближайшее номинальное значение сопротивления по ГОСТ 10318-80 равно 110 кОм.

Значение емкости конденсатора С1 прнято равным 1 мкФ и будет уточняться при моделировании схемы на ЭВМ.

Номинальное напряжение всех конденсаторов схемы определяется из условия, что

. То есть все конденсаторы берутся с номинальным напряжением не менее 22 В.

1.4 Анализ устройства на ЭВМ

Анализ работы схемы производился при помощи программы ElectronicsWorkbenchVersion 5.12. Как видно из осциллограмм, приведенных в приложениях Г и Д амплитуда сигнала на выходе на граничных частотах отличается от расчетной величины, что связано с различным коэффициентом передачи на этих частотах (смотреть приложение Е). При работе УНЧ на частотах, близких к граничным, появляются нелинейные искажения: на нижней граничной частоте – искажения в виде «ступенек», на верхней – срез вершины синусоиды сигнала.

Подбором емкости конденсатора С1 найдено ее оптимальное значение, равное 39 мкФ. Оказалось также, что при увеличении сопротивления резистора R3 нелинейные искажения на нижней граничной частоте уменьшаются, поэтому целесообразно исключить его из схемы (R3 = ¥).

Мощность сигнала в нагрузке на нижней частоте равна 20 Вт, а на верхней –36 Вт.

Выводы