1. Предварительный анализ усилителя

   1. Оценка требуемого количества каскадов усиления

Исходя из начальных данных необходимо оценить примерное количество каскадов для усилителя.

Поскольку усилитель является микрофонным, примем, что с выхода электретного микрофона при записи разговорной речи на расстоянии в 1 метр приходит сигнал амплитудой = 0,5 мВ. Рассчитаем, какие значения амплитуд должен обеспечить усилитель для получения выходной мощности 4 Вт на динамике с импедансом 8 Ом.

Максимальный ток (амплитудное значение), рассчитывается по формуле:

Максимальное требуемое напряжение (амплитудное значение), падающее на нагрузке, рассчитывается по формуле:

Тогда, для обеспечения выходного напряжения потребуется усилитель со следующим коэффициентом усиления:

Приблизительная структурная схема будущего усилителя показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Оконечный каскад

Сигнал с микрофона будет поступать на предварительный усилитель, построенный на основе операционного усилителя, который также будет обеспечивать регулировку усиления -20 дБ.

После сигнал поступает на пассивный темброблок, регулирующий верхние и нижние частоты в диапазоне +- 12 дБ. Минусом пассивного темброблока является то, что он достаточно сильно ослабляет сигнал.

Затем сигнал поступает на усилитель напряжения, который планируется построить на биполярных транзисторах, работающих в классе А.

Выходным каскадом является эмиттерный повторитель, выполняющий функцию согласования выходного сопротивления усилителя и крайне низкого импеданса динамика. Для повышения КПД выходного каскада планируется рассчитывать каскад для работы в режиме АВ.

2. Распределение полосы пропускания усилителя

В соответствии с заданием требуется обеспечить полосу пропускания усилителя в диапазоне 200 Гц – 12 кГц с допустимыми искажениями в 3 дБ на данных частотах.

Верхнюю частоту планируется искусственно ограничить с помощью конденсатора, установленного в цепь обратной связи операционного усилителя.

Нижняя граничная частота в основном зависит от разделительных емкостей и входных/выходных сопротивлений каскадов. Каскады соединены последовательно, поэтому необходимо разделить ослабление в 3 дБ на 4 усилительных каскада, (потому что в них используются разделительные емкости), чтобы каждый из них вносил меньшее искажение на данной частоте.

Итого, каждый каскад должен вносить искажение ¾ дБ = 0,75 дБ.

В каждом каскаде есть входная и выходная разделительная емкость, поэтому каждая из емкостей в совокупности с входным/выходным сопротивлением должна создавать искажения 0,75/2 = 0,375 дБ (или 0,957 в разах).

Рассчитаем, какой должна быть частота среза для каждого из искажающих элементов:

АЧХ RC-фильтра 1-го порядка рассчитывается по формуле:

Выразим из данной формулы частоту :

Можно сделать вывод, что для обеспечения общего ослабления в 3 дБ на частоте 200 Гц необходимо рассчитывать разделительные емкости для частоты среза = 60 Гц.

2. Расчет усилителя мощности

   1. Расчет оконечного каскада

      1. Выбор транзисторов

Для расчёта был выбран оконечный каскад на комплементарных транзисторах, собранных попарно в сборки Дарлингтона, образующих составной транзистор (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Оконечный каскад

Затем был произведен выбор транзисторов по допустимой мощности рассеяния на коллекторе, и максимальной амплитуде коллекторного тока.

Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе, рассчитывается по формуле:

Требуемое выходное напряжение и ток были рассчитаны в главе 1.

По этим параметрам выбираются транзисторы T2, Т3 и Т4, T1 для оконечного каскада из доступных в симуляторе. Наиболее подходящими оказываются транзисторы BD139 и BD140 соответственно, параметры которых приведены ниже:

1. Максимальный коллекторный ток = 1,5 А;

2. Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе = 12,5 Вт;

3. Статический коэффициент усиления по току = 40  250;

4. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер = 80 В;

5. Объемное сопротивление базы = 1 Ом;

Что тут писать?

Содержание основной части работы должно отвечать заданию (ТЗ) и требованиям.

В основной части приводятся данные, отражающие сущность, методику и основные результаты выполненной работы.

Основная часть должна содержать: выбор направления исследования, включающий обоснование направления исследования, методы решения задач и их сравнительную оценку, описание выбранной общей методики проведения работы; процесс теоретических и (или) экспериментальных исследований, включая определение характера и содержания теоретических исследований, методы исследований, методы расчета, обоснование необходимости проведения экспериментальных работ, принципы действия разработанных объектов, их характеристики; обобщение и оценку результатов исследований, включающих оценку полноты решения поставленной задачи и предложения по дальнейшим направлениям работ, оценку достоверности полученных результатов и технико-экономической эффективности их внедрения и их сравнение с аналогичными результатами отечественных и зарубежных работ, обоснование необходимости проведения дополнительных исследований, отрицательные результаты, приводящие к необходимости прекращения дальнейших исследований.

Предлагаю для данной курсовой работы разделить основную часть на две: теоретическая и практическая часть.