Курсовая работа: Усилитель мощности
В полосе пропускания не вносить искажений выше нормы т.е. обеспечить постоянную мощность на нагрузке в полосе частот от fН до fВ .
Иметь параметры, мало зависящие от температуры окружающей среды.
Предварительный усилитель-фильтр предназначен для усиления входного сигнала по напряжению и ограничения частотного диапазона входного сигнала в пределах требуемого частотного диапазона. Предварительный усилитель должен иметь следующие характеристики:
Обеспечить необходимый коэффициент усиления по напряжению.
Ограничивать частотный диапазон входного сигнала со спадами на краях диапазона не менее 20Дб/дек.
Иметь минимальный коэффициент нелинейных искажений
Источник питания должен обеспечивать требуемые выходные напряжения и токи равные максимальному пиковому значениютока потребляемого усилителем мощности.
Также он должен иметь коэффициент пульсаций не более 1% от номинального выходного напряжения при максимальном токе нагрузки, это необходимо для минимизации искажений вносимых источником питания в выходной сигнал. Нагрузка при расчете данного усилителя считается чисто активной
Исходя из вышеперечисленных требований, предъявляемых к проектируемому усилителю, была выбрана принципиальная схема усилителя.
В качестве выходного каскада усилителя мощности в задании на курсовую работу сказано применить двухтактный эмитерный повторитель работающий в режиме А-В.
Схема двухтактного выходного каскада работающего в режиме А-В приведена на рис. 3.1.
Схема построена на двух комплиментарных транзисторах типа КТ815 и КТ814. Для уменьшения потребляемой мощности каскад питается от однополярного источника напряжения +12В. в схеме применены разделительные конденсаторы С1 и С2 обеспечивающие гальваническую развязку с предварительным усилителем и нагрузкой, а также выполняющих роль фильтра ВЧ со спадом 20 Дб/дек на частотах f<fН . С1 расчитываем исходя из сопротивления нагрузки. С помощью диодов VD1и VD2 создается компенсационное смещение на базах транзисторов для исключния в выходном сигнале искажений типа “ступенька” которая образуется вследствии нелинейности вольт-амперных характеристик (ВАХ) базово-эмиттерного перехода транзисторов. Резисторы R1 и R2 задают рабочую точку транзисторов и диодов. Для одинакового усиления положительной и отрицательной полуволн входного сигнала необходимо использовать транзисторы с одинаковым коэффициентом передачи тока, а также эти транзисторы должны образовывать комплиментарную пару имея разную структуру.
Принципиальная схема предварительного усилителя-фильтра представлена на рис. 3.2. он построен в виде фильтра Баттерворта (низкой частоты) с коэффициентом усиления по напряжению больше единицы, он задается с помощью резисторов R3 и R4. Ввиду того, что требуемый спад амплитудо-частотной характеристики (АЧХ) на частотах f >fВ должен быть больше 20 Дб/дек, будет использован фильтр Баттерворта второго порядка, который имеет спад 40 Дб/дек. Элементы С1, С2 и R1 и R2 рассчитываются согласно методу приведенному в [1] для частоты среза fВ . Операционный усилитель (ОУ) питается от двуполярного источника питания ± 12В. В качества ОУ выбран кристал К140УД7, обладающий хорошими частотными характеристиками, большим коэффициентом усиления и малым входным током. Причина выбора будет подробно рассмотрена в п. 4.3.
4. Расчет усилителя мощности
4.1 Расчет выходного каскада
Принципиальная схема усилителя мощности представлена на листе 2 графической части
Начальные данные:
выходная мощность РВЫХ =1 ВА;
ток нагрузки IН=1 А;
входное напряжение UВХ =0,1 В;
диапазон частот fН =50 Гц fВ = 500 Гц;
напряжение питания UП =±12 В.
RН = UВЫХ /IВЫХ ; (4.1)
где UВЫХ –выходное напряжение
UВЫХ = РВЫХ / IН = 1/1 =1 (В) (4.2)
RН = 1/1=1 (Ом)
Разделительный конденсатор С4 был пасчитан из условия нижней граничной частоты fН =50 Гц
С4=1/(2*p* fН * RН *Ö(МН -1) ) (4.3)
Где МН – коэффициент искажений вносимый данным конденсатором в схему, для усиления мощности. Примем МН =1,3. Тогда, произведя расчет, получим:С4=3832 (мкФ)
Примем С4: К50-6 4000 мкФ´ 15 В
Максимальное значение напряжения колектор-эммитер на транзисторах: