Курсовая работа: Расчёт усилителя мощности звуковой частоты

Полоса рабочих частот 20-50 000 Гц

Отношение сигнал-шум 89 дБ

Напряжение питания ±36 В

Ток покоя 100 мА

Одной из особенностей данного усилителя мощности является его питание от двухполярного источника. Это позволяет включить нагрузку между выходов усилителя и общим проводом без переходного конденсатора. Другая особенность состоит в применении входного балансного дифференциального каскада, обладающего хорошей термостабильностью.

Рис.4 УМЗЧ с балансным дифференциальным входным каскадом .

Усилитель состоит из входного каскада (транзисторы VT1, VT2}, каскада усиления напряжения (VT3), выходного (VT4-VT7), элементов защиты выходных транзисторов (VD3-VD6). Входной каскад выполнен по схеме дифференциального каскада с несимметричным выходом. Входной сигнал поступает на базу транзистора VT1 через разделительный конденсатор С1. Сигнал ООС подается с выхода через резистор R6 на базу транзистора VT2. Дифференциальный каскад сравнивает выходное напряжение с нулевым напряжением общего провода, и если по каким-либо причинам постоянное напряжение на выходе усилителя станет отличным от нуля, сигнал рассогласования с выхода дифференциального каскада поступает на выходной каскад, обеспечивая тем самым нулевое напряжение на выходе усилителя. С выхода дифференциального каскада сигнал поступает на усилитель напряжения и через резистор Д7 на выходной каскад. Выходной каскад выполнен на составных комплементарных транзисторах VT4, VT6 и VT5, VT7, обладающих большим входным и весьма малым выходным сопротивлениями. Диоды VD1 и VD2 создают начальное смещение выходного каскада и обеспечивают температурную стабилизацию тока покоя выходных транзисторов. Через конденсатор вольтдобавки С5 подключается ПОС в цель коллекторной нагрузки транзистора VT3, обеспечивая тем самым получение максимального размаха выходного напряжения. Диоды VD3, VD4 и VD5, VD6 защищают выходные транзисторы, шунтируя в случае перегрузки, переходы транзисторов. Элементы СЗ, С6, R.14, C7, L1 предотвращают самовозбуждение усилителя на высоких частотах. Для температурной стабилизации тока покоя выходных транзисторов диоды VD1 и VD2 устанавливают на общий с транзисторами VT6 VT7 теплоотвод. Катушка L1 намотана на резисторе R15 (МЛТ-2) и содержит 25 витков провода ПЭВ-2 0,8. Резисторы R12 и R13 изготовлены из высокоомного провода (манганин, константан).

На базе данной схемы в проекте будет рассчитан усилитель мощности для данных заданием параметров.

2.Расчёт бестрансформаторного усилителя мощности

2.1 Расчёт общих величин усилителя

Принимаем для усилителя мощности класса АВ коэффициент использования напряжения равный  0,8 т.е.

U_вых / U_вхус (1)

Транзисторы в плечах усилителя включены по схеме эмиттерного повторителя, значит коэффициент усиления напряжения К_U <1.

Принимаем предварительно К_U =1, тогда выходное напряжение будет:

U _вых = U _вх =1В (2)

Из формулы для расчёта выходной мощности :

Р = U ² _вых / R_H = 1² /4 = 0,25 Вт << P_H (3)

Следовательно, входной сигнал должен быть усилен до напряжения с амплитудой:

U_вхус = (4)

Исходя из этого принимаем двухполярное напряжение питания всего усилителя мощности Е = 13В.

Требуемая амплитуда выходного сигнала:

U_вых = U_вхус  = 11,2*0,8=9 В, тогда

Р_вых = U_вых ² / (2 R_H ) = 9² / 8 = 10 Вт

Коэффициент усиления предварительного входного усилителя должен быть:

К_вх = U _вхус / U _вх = 11,2 / 1 =11,2 (5)

Т.к. выходной каскад усилителя питается от двухполярного источника питания +13 и -13В, имеет достаточно большой коэффициент усиления и малую частоту нижнего порога усиления, то выбираем в качестве входного усилительного каскада дифференциальный усилитель. Дифференциальный усилитель отличается повышенным коэффициентом усиления в отличие от каскада с ОЭ. Усилитель состоит из двух каскадов – входного , дифференциального, и выходного усилителя мощности класса АВ на комплементарных транзисторах.

2.2 Расчёт дифференциального усилителя

Режим покоя