Универсальный усилитель сигналов звуковой частоты

На высоких частотах (ВЧ) резистор R₂ оказывается закороченным конденсаторами С₁ и С₂, имеющими очень маленькое сопротивление на (ВЧ). В этом случае положение движка потенциометра R₂ не влияет на коэффициент передачи регулятора тембра. На этих частотах сигнал проходит через сравнительно малые сопротивления конденсаторов С₃, С₄ и потенциометр R₅, служащий в данном случае регулятором коэффициента передачи в области ВЧ.

Исходные данные для расчета:

1. пределы регулировки  на НЧ и ВЧ, они, как правило,  равны

(дБ);

2. нижняя f_н и верхняя f_в рабочие частоты:

f_н = 10 (Гц) и f_в = 20 (кГц);

3. сопротивление следующего за РТ каскада:

R_{вх след}=R_вхвк=6858 (Ом).

Перейдем к расчету:

1. Определяем коэффициент коррекции в относительных единицах:

  (3.2)

2. Определяем частоту  раздела:

(Гц)  (3.3)

3. Проверяем выполнение  условия неперекрытия зон регулирования:

  (3.4)

4. Определяем сопротивление R=R₂=R₅. При допустимой погрешности регулирования δ_Т≤±1 дБ можно принять:

(Ом)  (3.5)

Из стандартного ряда Е12 выберем R=3300 (Ом)

5. Определяем номиналы  резисторов регулятора НЧ:

(Ом)   (3.6)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₁=820 (Ом)

(Ом)   (3.7)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₃=220 (Ом)

6. Определим сопротивление  буферного резистора:

(Ом)  (3.8)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₄=270 (Ом)

7. Определяем номиналы емкостей:

(мкФ)   (3.9)

Из стандартного ряда Е12 выберем С₁=12 (мкФ)

(мкФ)    (3.10)

Из стандартного ряда Е12 выберем С₂=48 (мкФ)

(нФ)   (3.11)

Из стандартного ряда Е12 выберем С₃=18 (нФ)

(нФ)    (3.12)

Из стандартного ряда Е12 выберем С₄=82 (нФ)

8. Определяем входное  и выходное сопротивления РТ:

 (Ом)    (3.13)

(Ом)  (3.14)

9. Определим требования  к выходному сопротивлению предыдущего  каскада: при погрешности РТ  на ВЧ ≤±1 дБ можно принять:

(Ом)     (3.15)

10. Определяем положения  движков R2 и R5, соответствующие линейной частотной характеристике:

(Ом)     (3.16)

(Ом)     (3.17)

11. По формуле (3.1) определяем  номинальный коэффициент передачи  регулятора тембра k:

      (3.18)

12. Определяем номинальное входное напряжение РТ:

 (В)      (3.19)

 

3.2 Расчет каскада  предварительного усиления 2

 

Каскад на биполярном транзисторе по схеме с ОЭ представлен  на рис. 3.2.

 

Исходные данные:

(В)

(В)

(Ом)

(Гц)

(кГц)

(%)

В нашем случае U_н и R_н являются входными параметрами регулятора тембра. При двуполярном питании каскада в качестве источника Е₀ может использоваться любая из половинок.

Перейдем к расчету:

1. Определяем амплитуды  напряжения и тока нагрузки:

(В)      (3.20)

(мА)      (3.21)

2. Задаемся током покоя:

(мА)     (3.22)

3. Задаем напряжение  коллектор-эмиттер транзистора:

        (3.23)

(В),

где U_{кэ min}=1…2 (В).

4. Определяем напряжение  питания каскада из условий:

(В)      (3.24)

Напряжение источника  питания должно превышать значение E_0п на величину падения напряжения на сопротивлении фильтра R_ф (примерно на 20-30%):

(В)      (3.25)

5. Определяем сопротивление  в цепи эмиттера:

(Ом) (3.26)

6. Определяем сопротивление R₃:

(Ом)    (3.27)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₃=820 (Ом).

7. Определяем амплитуду  тока коллектора:

(мА)     (3.28)

8. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе:

(мВт)     (3.29)

9. Выбираем транзистор  по критериям:

(мВт)    (3.30)

(В)        (3.31)

(мА)  (3.32)

(кГц)    (3.33)

Выберем транзистор КТ302А:

 

КТ302А	Iк max, мА	Uкэ, В	Pк, мВт	h21
n-p-n	10	15	100	100…250

 

Для проведения последующих  расчетов из параметров выбранного транзистора  определим:

       (3.34)

10. Рассчитываем базовую  цепь.

а) задаем ток делителя:

(мА)   (3.35)

б) определяем R₁:

(Ом) (3.36)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₁=22 (кОм).

в) определяем R₂:

(кОм)     (3.37)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₂=10 (кОм).

11. Задаемся допустимым  коэффициентом гармоник каскада:

     (3.38)

Отсюда находим R₄ и R₅:

(Ом) (3.39)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₄=11 (Ом).

(Ом)      (3.40)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₅=330 (Ом).

12. Определим коэффициент усиления:

    (3.41)

13. Определим входное  сопротивление каскада:

   (3.42)

где

(Ом) (3.43)

14. Определим номинальное  входное напряжение:

(В)      (3.44)

15. Емкость конденсатора С₂ рассчитывается по формуле:

(мкФ)    (3.45)

Из стандартного ряда Е12 выберем С₂=220 (мкФ).

16. Емкости С₁ и С₃ рассчитываются по формуле:

       (3.46)

 (3.47)

Из стандартного ряда Е12 выберем С₁=6.8 (мкФ).

 (3.48)

Из стандартного ряда Е12 выберем С₃=5.6 (мкФ).

17. Сопротивление R_ф определяются исходя из падения напряжения на нем и тока, равного сумме токов делителей в цепи базы и эмиттера:

(Ом)    (3.49)

Из стандартного ряда Е12 выберем R_ф=390 (Ом).

18. Для определения  емкости конденсатора Сф можно  использовать формулу:

(мкФ)    (3.50)

Из стандартного ряда Е12 выберем С_ф=390 (мкФ).

 

3.3 Расчет каскада  предварительного усиления 1

 

Исходные данные:

(В)

(В)

(Ом)

(Гц)

(кГц)

(%)

В нашем случае U_н и R_н являются входными параметрами регулятора тембра. При двуполярном питании каскада в качестве источника Е₀ может использоваться любая из половинок.

Перейдем к расчету:

1. Определяем амплитуды  напряжения и тока нагрузки:

(мВ)     (3.51)

(мА)      (3.52)

2. Задаемся током покоя:

(мА)    (3.53)

3. Задаем напряжение  коллектор-эмиттер транзистора:

        (3.54)

(В),

где U_{кэ min}=1…2 (В).

4. Определяем напряжение  питания каскада из условий:

(В)      (3.55)

Напряжение источника  питания должно превышать значение E_0п на величину падения напряжения на сопротивлении фильтра R_ф (примерно на 20-30%):

(В)     (3.56)

5. Определяем сопротивление  в цепи эмиттера:

(кОм) (3.57)

6. Определяем сопротивление R₃:

(кОм)    (3.58)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₃=33 (кОм).

7. Определяем амплитуду  тока коллектора:

(мА)    (3.59)

8. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе:

(мВт)     (3.60)

9. Выбираем транзистор  по критериям:

(мВт)    (3.61)

(В)        (3.62)

(мА) (3.63)

(кГц)    (3.64)

Выберем транзистор КТ302А:

 

КТ302А	Iк max, мА	Uкэ, В	Pк, мВт	h21
n-p-n	10	15	100	100…250

 

Для проведения последующих  расчетов из параметров выбранного транзистора  определим:

       (3.65)

10. Рассчитываем базовую  цепь.

а) задаем ток делителя:

(мА)  (3.66)

б) определяем R₁:

(кОм) (3.67)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₁=820 (кОм).

в) определяем R₂:

(кОм)     (3.68)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₂=390 (кОм).

11. Задаемся допустимым  коэффициентом гармоник каскада:

     (3.69)

Отсюда находим R₄ и R₅:

(Ом) (3.70)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₄=150 (Ом).

(Ом)     (3.71)

Из стандартного ряда Е12 выберем R₅=15000 (Ом).

12. Определим коэффициент усиления:

    (3.72)

13. Определим входное  сопротивление каскада:

   (3.73)

14. Определим номинальное  входное напряжение:

(В)      (3.74)

15. Емкость конденсатора  С₂ рассчитывается по формуле:

(мкФ)    (3.75)

(кОм)   (3.76)

(кОм)      (3.77)

Из стандартного ряда Е12 выберем С₂=5.6 (мкФ).

16. Емкости С₁ и С₃ рассчитываются по формуле:

       (3.78)

 (3.79)

Из стандартного ряда Е12 выберем С₁=270 (нФ).

(3.80)

Из стандартного ряда Е12 выберем С₃=470 (нФ).

17. Сопротивление R_ф определяются исходя из падения напряжения на нем и тока, равного сумме токов делителей в цепи базы и эмиттера:

(кОм)   (3.81)

Из стандартного ряда Е12 выберем R_ф=10 (кОм).

18. Для определения  емкости конденсатора Сф можно  использовать формулу:

(мкФ)    (3.82)

Из стандартного ряда Е12 выберем С_ф=15 (мкФ).

 

3.4 Расчет регулировки громкости

 

Теперь, когда известны входные сопротивления всех каскадов, рассчитывается регулятор громкости. Регулятор усиления поставим после  первого каскада и рассчитаем по формуле:

(Ом) (3.83)

Из стандартного ряда Е12 выберем R_у=8200 (Ом).

 

Заключение

 

В результате выполнения курсовой работы был спроектирован усилитель сигналов звуковой частоты 0-й группы сложности с использованием двуполярного питания. Это, прежде всего, позволяет подключать нагрузку к выходу оконечного каскад, что особенно удобно. Усилитель, собранный по данной схеме отличается малыми нелинейными искажениями, широкой полосой пропускания, большим входным сопротивлением, высокой температурной стабильностью, а также рядом других преимуществ.

 

Список используемой литературы

 

1. В. Т. Крушев, Э.  Г. Попов, Н. И. Шатило Методическое  пособие по проведению курсового  проектирования по курсу «Аналоговые  электронные устройства». – Мн. : БГУИР, 1997г.

2. Г. В. Войшвилло  Усилительные устройства. – М. : Радио  и связь, 1975г.

3. О. П. Григорьев, В. Я. Замятин, С. Л. Пожидаев «Транзисторы: Справочник» - М.: Радио и связь, 1989.