Расчет усилителя низкой частоты с блоком питания
Техническое задание.
Рассчитать схему усилителя низкой частоты с блоком
питания. Исходные данные:
n коэффициент усиления по напряжению - 80;
n верхняя граничная частота - 10 кГц;
n нижняя граничная частота - 300 Гц;
n параметры нагрузки : - сопротивление -
200 Ом, емкость - 6800 ....... ;
n 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
RН
является нагрузкой.
В качестве транзистора VT1 выберем широко
распространенный КТ 315 Д со следующими параметрами:
n максимальный ток коллектора I К MAX = 100 м А ;
n максимальное напряжение коллектор -
эмиттер U КЭ MAX = 40 В
;
n максимальная рассеиваемая мощность
транзистора P МАХ = 150 м Вт ;
n 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 K0
= = 23 (м А),
U
КЭ0 = = = 4.5 (В).
P
K0 = I K0 * U КЭ0 = 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 K0 * 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.
1.
Жеребцов И. П. Основы электроники.
- Л.: Энергоатомиздат, 1989.
2.
Транзисторы: Справочник .
- М.: Радио и связь, 1990.
3.
Цифровые и аналоговые
интегральные микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990.