Расчет усилителя низкой частоты с блоком питания

Техническое задание.

Рассчитать схему усилителя низкой частоты с блоком питания. Исходные данные:

коэффициент усиления по напряжению - 80;

верхняя граничная частота - 10 кГц;

нижняя граничная частота - 300 Гц;

параметры нагрузки : - сопротивление - 200 Ом, емкость - 6800 ....... ;

коэффициент пульсаций на выходе блока питания - не более 0.15 .

Расчетная часть.

В качестве схемы усилителя выберем стандартную схему включения транзистора с общим эмиттером (рис. 1) . Разделительный конденсатор С1 служит для передачи на вход транзистора VT1 усиливаемого переменного напряжения, а также исключает попадание на вход транзистора постоянного напряжения. Резисторы R1 и R2 образуют делитель для получения необходимого напряжения смещения на базе транзистора. Резистор R1 и конденсатор C2 обеспечивают температурную стабилизацию работы усилителя. В данной схеме резистор R_>Н> является нагрузкой.

В качестве транзистора VT1 выберем широко распространенный КТ 315 Д со следующими параметрами:

максимальный ток коллектора I _>К>_>MAX> = 100 м А ;

максимальное напряжение коллектор - эмиттер U_>
КЭ>_>MAX> = 40 В ;

максимальная рассеиваемая мощность транзистора P _>МАХ> = 150 м Вт ;

статический коэффициент передачи h_>
21> 50 .

Напряжение питания U_>
П> примем равным 9 В , тогда для определения рабочего режима выберем две крайние точки : (U _>КЭ> = U _>П> , I _>K> = 0) и (U _>КЭ> = 0, I _>K> ), где U _>КЭ> - напряжение коллектор - эмиттер , I _>K>_>> - максимальный ток в нагрузке:

I _>K>_>>= = = 45 (м А).

Для нормальной работы транзистора выберем рабочую точку :

I _>K>_>0> = = 23 (м А),

U_>
КЭ0>= = = 4.5 (В).

Тогда мощность, выделяющаяся в транзисторе :

P_>
K0> = I _>K0> * U_>>_>КЭ>_>0> = 23 * 4.5 = 103.5 ( м Вт),

что не превышает максимальную рассеиваемую мощность транзистора P _>МАХ> = 150 м Вт.

Мощность, потребляемая усилителем от источника питания :

P_>
0> = I _>K>_>0> * U_>
П> = 23 * 9 = 207 ( м Вт).

Для схемы с общим эмиттером коэффициент усиления по току k _>i> примерно равен статическому коэффициенту передачи h_>
21> . Базовый ток транзистора :

I _>Б0> = = = 0.46 (м А).

Теперь определим номиналы резисторов :

R1 , R2 , R3 , где

I _>Д> - ток через делитель, I _>Д> 4* I _>Б0> .

R1 _>> 3.9 (к Ом) ,

R2 _>> 560 (Ом) ,

R3 _>> 1 (к Ом) .

Коэффициент усиления по напряжению определяется как : k_>
u> = .

Отсюда входное сопротивление транзистора :

R_>
ВХ> = = = 125 (Ом).

Емкость конденсатора С1 рассчитывается исходя из того, что его сопротивление по переменному току на самой низкой частоте должно быть во много раз меньше входного сопротивления :

С1 = 42.46 (мкФ).

Выбираем ближайший - 50 мкФ.

Для заданной полосы частот емкость конденсатора С2 должна быть равна десяткам микрофарад, возьмем 20 мкФ.

Теперь рассчитаем стабилизатор напряжения с требуемыми параметрами. Входные цепи блока питания состоят из понижающего сетевого трансформатора и мостового выпрямителя. Схема стабилизатора напряжения показана на рис. 2.

Так как потребляемая схемой мощность небольшая, в качестве стабилизатора DA1 возьмем специально предназначенную микросхему К142ЕН8А, обеспечивающую выходное напряжение + 9 В и ток в нагрузке до 1 А. Данная микросхема обеспечивает коэффициент пульсаций на выходе примерно 0.03, что удовлетворяет заданию. Для нормальной работы напряжение на входе микросхемы должно быть не менее 12 Вольт, поэтому конденсаторы С1 и С2 выбираем на рабочее напряжение 25 В и емкостью 500 мкФ.

Литература.

Жеребцов И. П. Основы электроники. - Л.: Энергоатомиздат, 1989.

Транзисторы: Справочник . - М.: Радио и связь, 1990.

Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990.