1.5. Расчет емкостей.
Для расчета разделительных конденсаторов СР1 и СР2 необходимо задаться коэффициентом частотных искажений на нижней рабочей частоте МНР, вносимых этим конденсатором, распределяя заданные допустимые искажения МН между разделительным СР и блокировочным СЭ конденсаторами. При этом необходимо помнить связь между коэффициентами частотных искажений: 20 Lg (М (раз)) = М (дБ).
Мнр = eMн/20 = 1,0618 раз,
где МНР должно быть переведено в «разы».
Пусть МНР = МНЭ = МН / 2 = 1,2/2 = 0,6Дб, тогда
СР1,2 ≥ 0,159 / [fН (RК+RН)√ МНР 2-1] ,
СР1,2 ≥ 0,159 / [20000 (240+3500)√ 1,127-1]
СР1,2 ≥ 60нФ
По ряду номиналов Е24 определяем ближайшее большее значение: СР1,2 = 62нФ.
СЭ ≥ [0,16 √(1+S”ЭС·RЭ)2 – МНЭ2 ] / [fН·RЭ √МНР2-1] , где
S”ЭС = (1+βmax) / (RИСТ +RВХ ОЭ) = (1+350)/(1646+600) = 0,1562, где
RИСТ = (Ri·RДЕЛ) / (Ri + RДЕЛ) = (4·2,798)/(4+2,798) = 1,646кОм, где, в свою очередь,
RДЕЛ = (R1·R2) / (R1 + R2) = (6,2·5,1)/(6,2+5,1) = 2,798кОм.
СЭ ≥ [0,16 √(1+0,1562·180)2 – 0,62 ] / [20000·180 √1,127-1]
СЭ ≥4,32мкФ
По ряду номиналов Е24 определяем ближайшее большее значение: СЭ = 47мкФ.
Далее необходимо рассчитать коэффициент частотных искажений на верхней рабочей частоте МВ:
МВ = √1+(6,28· 3,3·10-6· 3,2·10-8)2 = 1,199дБ, где
τВ = (1+βmin) / (2π · fβ ) = (1+50) / (6,28 · 250·10-6) = 3,2·10-8.
Рассчитанное по указанной формуле значение МВ не превышает заданное значение, поэтому расчет удовлетворяет поставленной задаче.
2. Расчет стабилизированного источника напряжения компенсационного типа.
Для нормальной работы усилителя на него необходимо подавать устойчивое постоянное напряжение питания. Так как для реализации этого условия простого выпрямителя переменного напряжения недостаточно, между последним и усилительным устройством ставят стабилизатор напряжения, который сглаживает пульсации напряжения питания, тем самым обеспечивая корректную работу усилительного устройства.
Трансформа- Выпрями-
Стабилизатор Усилитель
тор тель
Компенсационный стабилизатор напряжения представляет собой управляемый делитель входного напряжения, состоящий из сопротивления нагрузки и регулирующего элемента, работающего в линейном усилительном режиме. Выходное напряжение стабилизатора сравнивается с эталонным (опорным) и возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается усилителем и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось достичь эталонного уровня.
Исходные параметры стабилизатора следующие:
- нестабильность входного напряжения α ВХ ...............................................................0,15
- нестабильность выходного напряжения α ВЫХ .....................................................0,001
- выходное напряжение U ВЫХ, В (берется из предыдущего расчета U ВЫХ = ЕК).
Входное напряжение стабилизатора выбирают из условия:
UВХ - ∆UВХ > UВЫХ + ∆UВЫХ,
то есть
UВХ > UВЫХ + ∆UВЫХ + ∆UВХ, где
∆UВХ = UВХ *αВХ = 20·0,15 = 3В,
∆UВЫХ = UВЫХ *αВЫХ = 15·0,001 = 0,015В или
UВХ (1-αВХ) > UВЫХ (1+αВЫХ),
отсюда формула для определения значения входного напряжения стабилизатора:
UВХ > UВЫХ (1+αВЫХ) / (1- αВХ).
UВХ > 15(1+0,001) / (1- 0,15).
UВХ > 17,66В.
Выбираем целое число с небольшим запасом (±(2-3) Вольта) UВХ = 20В.
Далее определяем максимальное напряжение эмиттер-коллектор транзистора VT1
UКЭ1МАКС = UВХ + ∆ UВХ - UВЫХ + ∆UВЫХ = 20 + 3 – 15 + 0,015 = 8,015
По указанным расчетам выбираем транзистор VT1 – КТ315Б.
Опорный стабилитрон выбираемиз соображений, что напряжение на нем должно быть меньше минимального выходного напряжения стабилизатора.
UОП < UВЫХ - ∆UВЫХ
UОП < 15 – 0,015
UОП < 14,985
UОП = 6,8В.
Выбираем КС168А (UСТ.НОМ = 6,8В, IСТ.НОМ = 10мА).
Далее необходимо выбрать транзистор VT2, задавшись максимальным напряжением коллектор-эмиттер.
UКЭ2 МАКС = UВЫХ.МАКС – UОП = UВЫХ + ∆UВЫХ – UОП = 15 + 0,015 – 6,8 = 8,215В.
Принимаем IК2 ≈ IЭ2 = 5 мА.
IБ2 МАКС = IНМАКС / (βМИН 2 + 1) = 100/ (50 + 1) = 1,96мА,
где ток нагрузки максимальный:
IНМАКС ≈ IК1 IК ДОП = 100 мА.
Чаще всего, из соображения технологической простоты и стоимости, выбирают транзистор таким же, как и предыдущий, если он удовлетворяет поставленному условию.
В этом случае β1МИН = β2МИН = βМИН
Расчет сопротивлений R1 и R2:
R2 = | UВЫХ – UОП| / (IСТ.НОМ – IЭ2) = | 15 – 6,8| / (10 – 5) = 1,64кОм,
где IСТ.НОМ – номинальный ток выбранного стабилитрона (справочная величина).
По ряду номиналов Е24 определяем ближайшее значение: R2 = 1,6кОм..
R1 = | UВХ –UН.МАКС| / (IБ1.МАКС +IК2) = | 20 –25| / (1,96 +5) = 718Ом, где
IБ1.МАКС = IН.МАКС / (β1МИН + 1) = IБ2 МАКС = 1,96мА
По ряду номиналов Е24 определяем ближайшее значение: R1 = 750Ом.
Теперь рассчитывают сопротивления делителя R3, R4, R5:
R3 = | UВЫХ. МИН – UОП| / IДЕЛ = | 14,985 – 6,8| / 2 = 4,0925кОм , где
IДЕЛ = 15...20 IК2 / β2МИН = 20·5/ 50 = 2мА.
По ряду номиналов Е24 определяем ближайшее значение: R3 = 4,3кОм.
далее
R4 = | UВЫХ. МАКС –UОП| / IДЕЛ = | 15,015 – 6,8| / 2 = 4107Ом
По ряду номиналов Е24 определяем ближайшее значение: R4 = 4,3кОм.
R5 = |UОП| / IДЕЛ. = |6,8| / 2 = 3,4кОм
По ряду номиналов Е24 определяем ближайшее значение: R5 = 3,4кОм.
Все значения сопротивлений выбирают по ГОСТ (ближайшее).
Необходимо оценить значение максимального выходного тока стабилизатора IВЫХ, который есть сумма токов делителя и коллектора, т.е.
IВЫХ = IДЕЛ +IКО = EK / (R1+R2) +IКО = 2 + 16 = 18 мА,
Максимальный выходной ток должен быть меньшим IК.ДОП выбранного транзистора, что и показывает расчет.