1.Анализ состояния вопроса

По техническому заданию нам нужно получить коэффициент нелинейных искажений 10% по мнению П. Шкритека в своей работе «Справочное руководство по звуковой схемотехнике» данный коэффициент относится к низким качественным показателям, так как данный коэффициент превышает 3%. , подробности изложены в [7,стр 248-250]. П. Шкритек предлагает в таком случае следующее решение, входной каскад должен строиться на одном транзисторе, сопротивление в цепи коллектора-омическое(активное), промежуточный каскад – с источником постоянного напряжения смещение ΔU и источником тока. Выходной каскад собирается на комплементарных транзисторах по схеме Дарлингтона, верхняя граничная частота транзисторов 1МГц, режим В или АВ с малых током покоя, напряжение питания нессиметричное, связь с нагрузкой - емкостная. Принципиальная схема усилителя приведена на рис.1 Если требуемая выходная мощность меньше 20Вт, по оконечный усилитель может быть выполнен по интегральной схеме.

Рис.1 Выходной каскад выполнен на симметричной паре транзисторов мощностью 10Вт при нелинейных искажениях не более 1%

По моему мнению , данное решение стоит внимания, но не может быть реализовано, так как по условиям курсового проекта мы не можем выполнить выходной каскад по интегральной схеме. Также при расчете, который будет проведен ниже выяснилось, что мы не можем при заданном питании обеспечить необходимое напряжение в нагрузке и необходимо использовать мостовую схему включения ОУ.

2.Расчетная часть.

Расчет усилителя мощности звуковых частот будем проводить по методике изложенной в [7,стр 239-243] и [1,стр 79-83] Все формулы которые будут использоваться в расчетах взяты именно оттуда. 1) Рассчитаем действующее значение тока в нагрузке (Uд) по формуле (1)

(1)

Подставляя значения в формулу (1) получаем

2) Рассчитаем амплитудное значение напряжения в нагрузке (Uа) по формуле (2)

(2)

Подставляя значения в формулу (2) получаем

3) Рассчитаем действующее значение тока в нагрузке (Iд) по формуле (3)

(3)

Подставляя значения в формулу (3) получаем

Iд=10,95/8=1,36 (А)

4) Рассчитаем амплитудное значение тока в нагрузке (Iа) по формуле (4)

(4)

Подставляя значения в формулу(4) получаем

Ia=1,36*

Полученное амплитудное значение в нагрузке нельзя получить используя обычную двухтактную, поэтому включим ОУ по мостовой схеме (рис.2).

Рис.2 Мостовая схема.

В мостовой схеме два ОУ включаются в противофазе и работают на общую нагрузку. Таким образом, каждый ОУ имеет нагрузку R_H/2. В этом случае на выходе каждого плеча схемы нужно получить:

Uа =иRн= 4 Ом

Так как оба плеча одинаковы и симметричны, то расчет произведем только для одного.

2.1 Расчет оконечного каскада.

В качестве оконечного каскада возьмем простейший двухтактный каскад по схеме общий коллектор ( двухтактный эмиттерный повторитель), который изображен на рис. 3 . Причина выбора данного каскада ,думаю, будет очевидна.

Рис.3 Двухтактный каскад по схеме общий коллектор.

Выбор комплементарной пары транзисторов осуществляется по следующим критериям.

1. Uкэ (напряжение коллектор-эмиттер)>Uп(напряжение питания)

2. Iк(ток коллектора)=Iа

Рассчитываем рассеивающую мощность на каждом транзисторе (Pvt1,Pvt2) по формуле (5)

(5)

Подставляем исходные данные в формулу (5) и получаем

При выборе транзисторов лучше иметь запас по мощности 100% и более процентов. Пара транзисторов КТ817Б (n-p-n) и КТ816Б (p-n-p) удовлетворяет данным условиям. Предельно-допустимые параметры данных транзисторов приведены в Приложении 1. Данная пара транзисторов имеет максимальную рассеивающую мощность по 25 Вт на каждом с теплоотводом и 1Вт без теплоотвода, отсюда следует что в нашей схеме будут использоваться радиаторы для отвода тепла от транзисторов. В данной курсовой работе расчет радиаторов произведен не будет, но условно отметим что радиаторы имеются .

Ток коллектора транзистора VT1 и VT2(Ik) берем равным 1,92 (А), выбор данного значения объясняется критерием изложенным выше. По графику изображенному на рис.4 ищем статический коэффициент передачи по току (h21vt1) транзистора VT1, который как видно из рисунка равен 50.

Рис. 4

Ток базы меньше тока коллектора в h21 раз отсюда следует, что ток базы транзистора VT1(Iбvt1) равен:

=40мА

Напряжение база эмиттер транзистора VT1(Uбэvt1) найдем по входной ВАХ данной транзистора изображенной на рис.5

Рис.5 Входная характеристика транзистора VT1(КТ817Б)

По графику видно что напряжение Uбэvt1=1,16 (В) По выходной ВАХ изображенном на рис.6 транзистора VT1 найдем значение напряжение коллектор-эммитер (Uкэvt1).

Рис.6 Выходные ВАХ транзистора VT1 (КТ817Б)

По графику видно Uкэvt1=1(В)

Аналогично поступаем с транзистором VT2 (КТ816Б) По графику изображенному на рис.7 ищем статический коэффициент передачи по току (h21vt2) транзистора VT2, который как видно из рисунка равен 40.

Рис.7

Отсюда найдем ток базы транзистора VT2 (Iбvt2)

Напряжение база эмиттер транзистора VT2(Uбэvt2) найдем по входной ВАХ транзистора изображенной на рис.8

Рис.8 Входные ВАХ транзистора КТ816Б

По графику видно, что Uбэvt2=1,25 В

Теперь найдем напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT2 (Uкэvt2) по выходным ВАХ изображенных на рис.9

Рис.9 Выходные ВАХ транзистора VT2(КТ816Б)

По графику видно, что Uкэvt2=1.16 (В)

Рассчитаем максимальную потребляемую мощность (Pпотр) на транзисторах при гармоническом сигнале на входе и активной нагрузке по формуле (6)

(6)

Подставим наши значения в формулу (6) и получаем

Pпотр=2*24*(1,92/3,14)=29,35(Вт)

Найдем ток покоя для транзисторов VT1 и VT2 по формуле (7)

(7)

Подставляем значения в формулу (7) и получаем

I0=0.1*1.92=0.192 (А)

Найдем максимальную мощность рассеивания на каждом транзисторе по формуле (8)

(8)

Подставляем значения в формулу (8) получаем

Выбранные транзисторы КТ817Б и КТ816Б имеют предельную рассеивающую мощность 25Вт с теплоотводом, что больше полученной рассеивающей мощности (Pрасс), отсюда делаем вывод что транзисторы выбраны правильно и подходят для оконечного каскада.