3. Расчет принципиальной схемы усилителя звуковой частоты.

3.1. Предварительный расчет усилителя.

Исходными данными для предварительного расчета являются: мощность на выходе ; сопротивление нагрузки, амплитудное значение входного напряженияU_вхm=0,5мВ, тип источника сигнала – микрофон конденсаторный, внутреннее сопротивление источника сигнала R_и=2кОм, диапазон частот .

1. Находим мощность сигнала на входе усилителя:

2. Определяем требуемый коэффициент усиления по мощности всего усилителя. В общем случае входное сопротивление первого каскада усилителя отличается от сопротивления источника сигнала (), а оптимальное значение сопротивления нагрузки выходного каскада не равно фактическому сопротивлению нагрузки оконечного устройства ().

Выражаем коэффициент усиления по мощности в децибелах:

4. Определяем ориентировочное число каскадов m и составляем структурную схему усилителя. При этом можно считать, что каждый каскад усилителя при включении транзистора по схеме с общим эмиттером может обеспечить усиление мощности примерно на 20дБ. Тогда:

Полученное значение m округляется до ближайшего целого числа.

Тогда .

3.2. Расчет оконечного каскада усилителя.

Принципиальная схема однотактного трансформаторного оконечного каскада усилителя представлена на рис. 2.2.

Исходными данными для расчета данного каскада являются: мощность на выходе ; сопротивление нагрузки, диапазон частотдопустимые значения коэффициента частотных искажений;допустимый коэффициент нелинейных искажений.

1. Тип транзистора для выходного каскада выбираем по величине максимально допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе выходного транзистора. Для этого определяем мощность, которую должен отдавать в нагрузку транзистор выходного каскада по формуле:

А затем находим мощность, потребляемую коллекторной цепью от источника питания:

По найденному значению выбираем тип транзистора выходного каскада. При этом необходимо выполнить условие: .

Выбираем транзистор ГТ321А с параметрами: .

2. Определим напряжение источника питания цепи коллектора при работе каскада в режиме класса А по формуле:

3. Задаемся падением напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки выходного трансформатора:

4. Задаемся падением напряжения на резисторе r11 цепи термостабилизации:

5. Находим напряжение на коллекторе транзистора в режиме покоя (при отсутствии сигнала):

U_КЭр= Е_К- ΔЕ_ТР- ΔU_R11= 6В.

6. Определяем коллекторный ток покоя:

7. Находим сопротивление нагрузки коллекторной цепи транзистора по переменному току:

В семействе выходных статических характеристик транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, строим нагрузочную прямую. Для этого отмечаем рабочую точку Р с координатами и и на горизонтальной оси находим точку Б, соответствующую напряжению . Нагрузочную прямую проводим через точки Р и Б.

В точках пересечения прямой с крайними статическими характеристиками транзистора (точки А и В на рис. 3.1.) определяем минимальные и максимальные значения тока и напряжения коллектора: I_Кmin=0,025A, _Kmax=0,3125 мА, U_KЭmin=3В, U_KЭmax=9В. Кроме того, замечаем максимальный ток базы I_Бmax=4мА, при котором ток коллектора достигает значения I_Kmax (точка А), ток базы, соответствующий рабочей точке I_Бр=2мА и минимальный ток базы I_Бmin=0,5мА,при котором ток коллектора равен I_Kmin (точка В).

8. Находим мощность, отдаваемую каскадом в выбранном режиме:

.

9. Переходим к входной статической характеристике транзистора. Переносим точки A, Р и В, соответствующие пересечению нагрузоч­ной прямой со статическими характеристиками, на входную статическую характеристику выбранного транзистора, снятую при ( точки А', Р' и В' на рис. 3.2.).

Рис. 3.1. Выходные характеристики транзистора ГТ321А

Рис. 3.2. Входные характеристики транзистора ГТ321А

10. Находим амплитуды переменного входного напряжения и пере­менного входного тока, которые должны обеспечить предыдущий каскад в базовой цепи рассчитываемого выходного каскада:

;

.