Расчет усилителя НЧ

  Благодаря простоте и компактности, большому коэффициенту усиления мощности схема с ОЭ находит наибольшее применение.

  Выбираем усилительный каскад на биполярном транзисторе с общим эмиттером ОЭ. Название схемы «с общим эмиттером» означает, что вывод эмиттера транзистора по переменному току является общим для входной и выходной цепей каскада.

   Схема с ОЭ даёт усиление по напряжению достигающее несколько сот и меньше, усиление по току (не более 100).

    Схема имеет большое усиление по мощности, достигающее 40дБ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ  БАЗЫ

   В качестве элементной базы для расчёта усилителя НЧ и стабилизатора выбираем дискретные элементы: транзисторы, конденсаторы, резисторы.                  Для расчета усилителя НЧ:

   Транзистор    КТ340А-кремниевый   планарно-эпитаксальный    n-р-n    типа, предназначенный для работы в схемах усиления. Корпус металлический, с гибкими выводами, масса транзистора не более 0,6г.      Электрические параметры:

Обратный ток  коллектора, мкА                                                            1

ПриТ_с=+85°С                                                                                       15

Обратный ток  эмиттера, мкА                                                                100

Напряжение насыщения  коллектор-эмиттер, В                                    0,3

Постоянная времени  цепи обратной связи на высокой частоте, пс        60 Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ                100-300

Ёмкость коллекторного  перехода, пФ                                                    3,7

Ёмкость эмиттерного  перехода, пФ                                                       7

Максимально допустимые параметры:

I_{k max}- постоянный ток коллектора, мА                                                50

U_эб- постоянное напряжение эмиттер-база, В                                        5

U_кб- постоянное напряжение коллектор-база, В                                     15

U_кэ- постоянное напряжение коллектор-эмиттер, B                                  15

Р_к-постоянная рассеиваемая мощность коллектора, мВт                        150 

    В качестве выпрямительных диодов для блока питания выбираем кремниевые диоды типа КД103А, имеющие следующие параметры:

•   Uoбр.mах = 50 В;

•   I вп.ср.mах = 0,1 А;

•   Uпр. = 1 В;

•   Iобр. = 0,0004 мА. 

    Для сглаживающего фильтра используем конденсатор С1 К50-10 ёмкостью 10 мкФ на 25 В.

Для регулирующего  элемента стабилизатора важно иметь  большое значение усиления по току h_21Э. Поэтому выбираем в качестве регулирующего элемента транзистор 2Т825Е, у которого:

  U_{кэ max} =25 В;

  I к mах =20 мА;

  Р_{к mах} =125 Вт;

  h_21Э = 750 ÷18000.

    Для улучшения сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения сопротивление верхнего плеча делителя R5 – R6 шунтируется конденсатором. Выбираем конденсатор К50-16 ёмкостью 10 мкФ на 16 В.

   Ёмкость конденсатора, который служит для дальнейшего сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, а также уменьшает выходное сопротивление стабилизатора для токов высоких частот, принимаем равной 1 00 мкФ. Выбираем конденсатор типа К50 - 35 ёмкостью 100 мкФ на 16В.

   Выбираем согласующий транзистор КТ503В, у которого:

      •   U_кэ=25 В;

• I к mах =300 мА;
• h_21Э=75;

      •   Р_к._доп=0,5Вт/

    В качестве источника эталонного напряжения в разрабатываемой схеме компенсационного стабилизатора используем кремниевый стабилитрон КС133, имеющий следующие параметры:

    •   U = 3,3 В;

   •  I _{ст. ном.}= 20мА;

     •   I _{ст. мин.}= 3мА;

• U_c1.min  = 3 B;
• U_c1.max = 4,1 B;

     •  Р = 0,5 Вт;

     •  R_стаб = 1 Ом.

   Выбираем транзистор типа КТ315Г, у которого:

•     U_{кэ доп}=35 В;
•    I к mах =0,1 мА;
•    Р_кдоп=0,15Вт

     В    качестве   регулирующего    транзистора    схемы   защиты   выбираем кремниевый транзистор ТЗ КТ 361, у которого:

• U_кэ.max = 25 B;
• h_21Э=50;
• I к mах = 50 мА;
• Р_{к mах}= 150 мВТ.

   В    качестве   световой   индикации   перегрузки   стабилизатора   удобно применить светодиод.

    Применяем светодиод АЛ 307 А (красный).

• I пр  mах ⁼ 20 мА;
• U_обр  = 2 В;

     •   U_пр ≤ 2 В при I пр = 10 мА.

   Выбираем   из   стандартно   ряда   резисторы   МЛТ-0,125   их   значения указываем в спецификации.

  
 
 
 
 

  

    1.3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОМПОНЕНТОВ

               СТРУКТУРНОЙ   СХЕМЫ

    Предварительный расчёт стабилизатора

Принимаем минимальное  падение напряжения на стабилизаторе (управляющем транзисторе) при минимальном  напряжении сети и минимальной нагрузке равным:

     U_{ст min} =5 В;

     U_{ст min}  - минимальное напряжение между коллектором и эмиттером регулируемого элемента, при котором работа происходит на линейном участке выходной характеристики;

   Принимаем падение напряжения на схеме защиты стабилизатора при перегрузке при максимальном токе нагрузки равным:

            U _{ос min} =2 В;

  

Определяем минимальное  напряжение на входе стабилизатора:

       U_{в.  min} = U _Н  U_{ст min}   + U _{ос min} (3.1)

             U_{в.  min} =1+5+2=8 В;

 

  Номинальное напряжение на входе стабилизатора:

        U_BH =U_{в. min} /(1- U_с /100)                                           (3.2)

        U_BH = 8/(1-25/100) = 10.6 B

  

 Максимальное напряжение на входе стабилизатора:

       Uв.max = U_BH*(1+ U_с/100)                                         (3.6)

        Uв.max = 10.6(1+25/100)=13.25 B

  

 Минимальное напряжение на выходе стабилизатора:

        U_{H.  min} = U _Н *(1-  U_H/100)                                        (3.4)

                 U_{H.  min} = 1(1-5/100)=0.95 B  

  Максимальное напряжение на выходе стабилизатора:

                 U_{H.  max} = U _Н *(1 + U_H/100)                             (3.5)

                 U_{H.  max} = 1(1 + 5/100)=1.05 B  

Изменение питающего  напряжения на входе стабилизатора:

                 U_B = U_{B.  max}  - U_{B.  min} (3.6)

                  U_B =13.25 – 10.6 = 2.65 B 

Изменение напряжения на выходе стабилизатора:

               U_H = U_{H.  max}  - U_{H.  min}                                (3.7)

                 U_H = 1,05 -0,95 = 0,1В.

      Коэффициент стабилизации.

Коэффициент стабилизации стабилизатора показывает, во сколько  раз улучшается стабильность выходного  напряжения по сравнению со стабильностью питающего напряжения. Находим требуемый коэффициент стабилизации:

            К_ст = U_B * U_H /( U_H* U_{B.  max}  )                          (3.8)

               К_ст = 2.64 *1/(0.1*13.25) = 2

   

        Максимальный ток на нагрузке:

              I_{H.  max} = U_{H.  max}  / R_{H.  min}                                       (3.9)

              I_{H.  max} = 1.05/200 = 5.25 мА 

        Минимальный ток на нагрузке:

             I_{H. min} = U_{H. min}  / R_{H. max}                                       (3.10)

               I_{H. min} = 0.95/200 = 4.75 мA

   

          Предварительный расчёт сглаживающего фильтра 

           Для  уменьшения   пульсации  выпрямленного  напряжения  применяются сглаживающие  фильтры.  Сглаживающий фильтр включается в источниках вторичного  электропитания между вентильной  группой и  нагрузкой.  Тип сглаживающего фильтра определяет режим работы выпрямителя.

          Выпрямленное напряжение после сглаживающего фильтра на холостом ходу (нагрузка равна 0) равно амплитудному:

                                U’_B = U_B /                                        (3.11)

                                        U’_B = 10.6 / =7.57 B 

         Предварительный расчёт выпрямителя 

         Для нашего случая в большей степени подходит двухполупериодная мостовая схема выпрямления, при этом упрощается расчет и изготовление трансформатора. Действующее значение напряжения на выходе выпрямителя при номинальном токе равно:

                            U’_B = U₂ – 2* U_VD                                               (3.12)

где U_VD - падение напряжения на полностью открытом диоде выпрямителя под номинальным током (принимаем предварительно U_VD =1B),