6) Расчет цепи смещения:

а) Находим ток делителя:

(2.31)

б) Выбор VT практически определяется допустимым током:

(2.32)

На основании сказанного произведём выбор транзистора для цепи термостабилизации 2N6707.

Выпишем из справочника его основные параметры и сведём эти данные в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 – Основные электрические параметры транзистора 2N6707

Iк max, А	Uкэ max, В	Pк max, Вт	h21э max	Iкб0, мкА	fгр, МГц	Rт пс, 0С/Вт
2	80	2	40	0,1	50	2,08

в) Определяем R_бт (U_бэт≈ 0,5-0,6 В):

(2.33)

Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R_бт=100 Ом.

г) Определяем R_п, учитывая, что номинальный режим соответствует среднему положению движка:

(2.34)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R_бт=200 Ом.

7) Определяем входное сопротивление ПОК. Оно практически определяется входным сопротивлением транзистора:

(2.35)

где

(2.36)

где φ_т=26 мВ;

I_{0 э3}=I_{0 к3}.

Подставим значения и произведём расчёт:

8) Определяем коэффициент усиления каскада по напряжению:

(2.37)

2.5 Расчёт входного каскада

Исходные данные: R_вх3, I_бm3=I_кm3/h_{21э 3}.

Следует учесть, что для нашей схемы (см. рисунок 2.1) при условии баланса схемы режимы транзисторов VT1 и VT2 практически одинаковы.

1) Задаемся током I_{0 к1}:

(2.38)

Зададим ток коллектора I_{0 к1}=0,08 мА.

2) Выбираем транзисторы VT1 и VT2. Лучше всего применить микросборку типа К159НТ1, так как в этом случае разброс параметров транзисторов не превышает 15 %. Критерии остаются теми же.

3) Определяем R2:

(2.39)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R2=24 кОм.

4) Находим R3:

(2.40)

где

(2.41)

Подставим полученное значение в выражение 2.40:

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R3=16 кОм.

5)Расчет цепи обратной связи. Цепь ОС в рассчитываемой схеме связывает выход усилителя (точка "О") с переходом база-эмиттер транзистора VT1. Величина коэффициента β для этой схемы определяется выражением:

(2.42)

Коэффициент петлевого усиления К_п равен:

(2.43)

(2.44)

где - внутренняя крутизна транзистора.

(2.45)

где R_вх3 – входное сопротивление каскада на VT3.

Подставим полученное значение в выражение 2.44:

(2.46)

где

(2.47)

где

(2.48)

где

(2.49)

где R_г – выходное сопротивление предшествующего VT1 каскада, в качестве которого можно принять сопротивление в цепи коллектора, используемого в нём транзистора. R_эг=3 кОм.

Для выбора величины сопротивления R5 воспользуемся выражением:

(2.50)

Указанное неравенство можно даже усилить примерно на порядок:

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R5=7,5 кОм.

Для сохранения идентичности режимов транзисторов VT1 и VT2 сопротивление R1 выбирается равным величине резистора R5, то есть 7,5 кОм.

(2.51)

Используя вышеприведенные выражения и сделав соответствующие замены и преобразования, получим выражение для глубины ОС:

(2.52)

Решив это равенство относительно R4 получим:

(2.53)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R4=3,9 кОм.

Подставим полученное значение в выражение 2.47:

Входное сопротивление усилителя:

(2.54)

Для устранения возможности самовозбуждения на высоких частотах частотную характеристику коэффициента петлевого усиления ограничивают за счет включения конденсатора С2, определяемого по выражению:

(2.55)

6) Определяем коэффициент усиления по напряжению рассчитанного усилителя мощности:

(2.56)

7. Определим требуемое входное напряжение при номинальной выходной мощности:

(2.57)

8) Величины емкостей C1, C3 рассчитываются по формуле:

(2.58)

где М_н - затухание (в разах), вносимое емкостью C на нижней рабочей частоте f_н при сопротивлении внешних цепей R, выбирается при распределении заданных частотных искажений между емкостями. При этом (для снижения габаритов используемых конденсаторов) на емкости, работающие в сравнительно низкоомных цепях, следует отводить большие допустимые искажения. Например, емкость 2000 мкФ по габаритам намного больше 1000 мкФ, а, скажем, 0,47 мкФ и 1 мкФ практически не отличаются. Обычно допустимые частотные искажения приводится в дБ, поэтому М_н пересчитывается в разы по следующей формуле:

(2.59)

Для C1 и С3 расчет можно упростить. Емкости С1 и С3 находятся в петле обратной связи. Искажения, вносимые этими емкостями, будут уменьшены в глубину обратной связи (в F раз), поэтому их величины могут быть рассчитаны, исходя из следующих соображений. Сопротивления этих емкостей на нижней частоте диапазона должны быть заметно меньше, чем R4 и R7 соответственно:

(2.60)

Примем стандартное значение 22 мкФ.

Рассчитаем С3:

(2.61)

Примем стандартное значение 220 мкФ.

3 РАСЧЁТ УЗЛОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ

3.1 Расчет мостового регулятора тембра

Схема усилителя мощности, рассчитанного выше, обладает достаточно высоким входным сопротивлением, что позволяет включать мостовой регулятор тембра непосредственно на их входе.

Мостовой регулятор тембра (см. рисунок 3.1) содержит два частотно зависимых регулятора коэффициента передачи. Буферное сопротивление R4 предназначено для того, чтобы один регулятор не влиял на другой.

Левый (по схеме) работает на низких частотах, правый регулятор - на верхних. Кратко проанализируем работу схемы.

На средних частотах (СЧ) C1 и C2 закорачивают R2, сопротивления же конденсаторов C3 и C4 еще очень велики (много больше R5).

Рисунок 3.1 – Схема электрическая принципиальная регулятора тембра

На низких частотах (НЧ) сопротивления конденсаторов C1 и C2 увеличиваются и они уже не являются коротким замыканием для R2, которое начинает работать на этих частотах как обычный регулятор усиления. Глубина регулировки определяется соотношением между сопротивлениями R2 и R1 + R3.

На высоких частотах (ВЧ) резистор R2 оказывается закороченным конденсаторами C1 и C2, 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.

Произведём расчёт по следующей методике:

1) Определяем коэффициент коррекции в относительных единицах:

2) Определяем частоту раздела:

(3.1)

3) Проверяем выполнение условия неперекрытия зон регулирования

(3.2)

4) Определяем сопротивление при допустимой погрешности регулирования можно принять:

(3.3)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R2= R5=3,6 кОм.

5) Определяем номиналы резисторов регуляторов НЧ:

(3.4)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R1=750 Ом.

(3.5)

Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R3=150 Ом.

6) Определяем сопротивление буферного резистора:

(3.6)

Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R4=330 Ом.

7) Определяем номиналы емкостей:

(3.7)

Возьмём стандартное значение 0,47 мкФ.

(3.8)

Возьмём стандартное значение 2,2 мкФ.

(3.10)

Возьмём стандартное значение 0,1 мкФ.

(3.11)

Возьмём стандартное значение 0,47 мкФ.

8) Определяем входное и выходное сопротивление РТ:

(3.12)

(3.13)

9) Определяем требование к выходному сопротивлению предыдущего каскада: при погрешности РТ на ВЧ можно применять:

(3.14)

10) Определяем положение движков R2 и R5, соответственно линейной частотной характеристики:

(3.15)

(3.16)

11) Определим номинальный коэффициент передачи регулятора тембра:

(3.17)

12) Определим номинальное входное напряжение РТ:

(3.18)

3.2 Расчёт каскадов предварительного усиления

а) Расчет второго каскада предварительного усиления (КПУ 2):

Принципиальная электрическая схема каскада изображена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Схема электрическая принципиальная второго каскада предварительного усиления

Для расчёта понадобятся следующие параметры:

Выполним расчёт данного каскада по следующей методике:

1) Определяем амплитуды напряжения и тока нагрузки:

(3.19)

(3.20)

2) Задаемся током покоя:

(3.21)

3) Задаем напряжение коллектор-эмиттер транзистора:

(3.22)

где U_{кэ min}=1…2 В.

4) Определяем напряжение питания каскада из условий:

Напряжение источника питания должно превышать на величину падения напряжения на сопротивлении фильтра (примерно на 20-30%) и должно быть:

(3.23)

5. Определяем сопротивления в цепи эмиттера:

Учтем:

(3.24)

6) Определяем сопротивление R3:

(3.25)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R3=1,1 кОм.

7) Определяем амплитуду тока коллектора:

(3.26)

8) Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе:

(3.27)

9) Выбираем транзистор по критериям:

(3.28)

(3.29)

(3.30)

(3.31)

Выбираем транзистор 2SC1000.

Выпишем из справочника его основные параметры и сведём эти данные в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Основные электрические параметры транзистора 2SC1000

Iк max, мА	Uкэ max, В	Pк max, мВт	h21э max	Iкб0, мкА	fгр, МГц	Rт пс, 0С/Вт
100	50	200	300	0,1	80	2,08

Для проведения последующих расчетов из параметров выбранного транзистора определяем:

(3.32)

Рассчитываем базовую цепь:

а) задаем ток делителя:

(3.33)

б) определим R1:

(3.34)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R1=62 кОм.

в) определяем R2:

(3.35)

Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R2=39 кОм.

11) Задаемся допустимым коэффициентом гармоник каскада:

(3.36)

Отсюда находим R4 и R5:

(3.37)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R4=11 Ом.

(3.38)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R5=510 Ом.

12) Определяем коэффициент усиления:

(3.39)

13) Определяем входное сопротивление каскада:

(3.40)

где

(3.41)

Подставим полученное значение в выражение 3.40:

(3.42)

14) Определяем номинальное входное напряжение:

(3.43)

15) Ёмкость конденсатора C2 рассчитывается по следующему выражению:

(3.44)

где

(3.45)

в последней формуле

(3.46)

Подставим полученное значение в выражение 3.45:

Подставим полученное значение в выражение 3.45:

Соединим параллельно два конденсатора ёмкостью 2200 мкФ.

16) Сопротивление определяется исходя из падания напряжения на нем и тока, равного сумме токов делителя в цепи базы и эмиттера:

(3.47)

Из ряда Е12 =620 кОм.

17) Для определения емкости конденсатора можно использовать следующую формулу:

(3.48)

Возьмём стандартный конденсатор 220 мкФ.

18) Рассчитаем конденсатор С3, который является разделительной емкостью:

(3.49)

Возьмём стандартный конденсатор 22 мкФ.

б) Расчет первого каскада предварительного усиления (КПУ 1):

Принципиальная электрическая схема каскада изображена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Схема принципиальная электрическая первого каскада предварительного усиления

На рисунке 3.3 представлена схема каскада предварительного усиления на полевом транзисторе по схеме общий исток.

Резисторный каскад на полевом транзисторе в отличие от аналогичного каскада на биполярном транзисторе обладает высоким входным сопротивлением. Это качество позволяет использовать его в сечениях усилителя, где желательны высокоомные нагрузки, то есть в нашем случае.

1) Выберем транзистор КП303Г.

2) Выбираем рабочую точку на линейном участке характеристики с координатами

3) Определяем напряжение на стоке транзистора:

(3.50)

4) Рассчитывается сопротивление нагрузки по постоянному току :

(3.51)

Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R_c=1 кОм.

5) Для полевого транзистора в рабочей точке с координатами

определяется крутизна по характеристике :

(3.52)

и по характеристике внутреннее сопротивление транзистора:

(3.53)

6) Рассчитывается сопротивление нагрузки:

(3.54)

7) Находится коэффициент усиления:

(3.55)

8) Определяется входная динамическая емкость:

(3.56)

где справочные величины.

9) Определяется сопротивление в цепи истока:

(3.57)

10) Задаемся сопротивлением в цепи затвора в пределах (0,1…1) МОм:

(3.58)

11) Определяется частота верхнего среза выходной цепи:

(3.59)

где - ёмкость монтажа.

12) Определяем разделительную емкость в выходной цепи:

(3.60)

где

(3.61)

Примем стандартное значение 10 мкФ.

13) Рассчитаем входную разделительную емкость:

(3.62)

Примем стандартное значение 22 мкФ.

14) Определяем емкость шунтирующую сопротивление в цепи истока:

(3.63)

где

(3.64)

15) Рассчитаем выходное сопротивление каскада:

(3.65)

Дополнительный расчет:

Зная выходное сопротивление КПУ 1 можем рассчитать емкость , находящуюся в КПУ 2, по формуле:

(3.66)

3.3 Расчет регулятора громкости

Теперь, когда известны входные и выходные сопротивления всех каскадов, рассчитывается регулятор громкости. Регулятор усиления ставиться обычно после первого или второго каскадов предварительного усиления.

Регулятор усиления представляет собой обычный переменный резистор, сопротивление которого рассчитывается по формуле:

(3.67)

Изобразим схему включения регулятора громкости (см. рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 – Схема включения регулятора громкости

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проделанной работы разработан четырехкаскадный усилитель звуковой частоты для стационарной аппаратуры высшей группы сложности. Был проведен анализ АЧХ и ФЧХ на ПЭВМ, данный усилитель (его два звена) был смоделирован при помощи программы “WorkBench 5.18”. При анализе АЧХ видно, что рассчитанный усилитель удовлетворяет требованиям технического задания.