2.3 Проектирование промежуточной части

По техническому заданию коэффициент усиления по напряжению у проектируемого усилителя должен быть 500. Так как коэффициенты входной и выходной частей равны 2, то на промежуточную часть остаётся 125. Чтобы обеспечить требуемый коэффициент усиления возьмем 2 каскада на ОУ К14УД26Б с коэффициентами усиления: К_к1=5, К_к2=25. Разбиение промежуточной части на каскады целесообразно для уменьшения погрешности усиления и коэффициента частотных искажений. Схема промежуточной части усилителя представлена на рисунке 4.

Рис.5 промежуточные каскады

Усилительные каскады выполняют так, чтобы входное сопротивление предыдущего каскада было во много раз больше предыдущего, таким образом, последующий каскад оказывает минимальное влияние на параметры предыдущего. Для ОУ К14УД26Б минимальное сопротивление нагрузки 2 кОм. Исходя из этого условия, а также опираясь на номинальный ряд сопротивлений и учитывая нужные усиления для каждого каскада, будем подбирать резисторы.

Первый каскад:

R₅=2 кОм выбираем их ряда Е192

R₆= R₅* К_к1=2 кОм*5=10кОм из ряда Е192

R₇=R₆||R₅=1,7к Ом. Из ряда Е24 R₇=1,8кОм

Коэффициент частотных искажений первого каскада:

Погрешность коэффициента усиления, с учётом погрешности резисторов:

1. 

2. 

Второй каскад:

R₈=2 кОм из ряда Е192

R₉= R₈* К_к1=2 кОм*25=50кОм. Выбираем из ряда Е192 R₉=50,5кОм

R₁₀=R₈||R₉=1923 Ом. Из ряда Е24 R₁₀=2кОм

Коэффициент частотных искажений второго каскада:

Погрешность коэффициента усиления, с учётом погрешности резисторов:

1. 

2.4. Расчет выходной части усилительного каскада

По заданию усилитель должен иметь выходной ток 0,5А, при нагрузке 10Ом и обеспечивать погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот не более 0,5%.

Рис. 6 выходной каскад

Оценим максимальное выходное напряжение при нагрузке 10 Ом и токе на выходе усилителя 0,5А.

Основываясь на данных, полученных из расчета, для выходной части используем микросхему К140УД26Б в неинвертирующей схеме включения. Выходной каскад имеет коэффициент усиления равный 2. Так как для ОУК140УД26Б сопротивление нагрузки должно быть не менее 2кОм используем усилитель мощности на транзисторах VT1,VT2 и VT3,VT4(Приложение Б). Такие схемы позволяют получить большие выходные токи и обеспечивают получение малых выходных сопротивлений. Каждое из плеч выходного усилителя мощности работает в течение одного полупериода. Диоды VD1, VD2 и VD3,VD4 (КД519Б U_обр=40В, I_пр=30mА) служат для перевода работы транзисторов. С помощью резисторовR12 и R13 задаётся ток диодов и падение напряжения на них. РезисторыR14 и R15 введены для защиты выходного каскада от короткого замыкания выходных зажимов (их выбираем так, чтобы при R_нагр =0 токи транзисторов не превышали допустимые). Максимальная амплитуда выходного тока ОУ равна:

Коэффициент усиления по току выходного каскада должен быть равен:

Так как h_21э у одного транзистора, у которого I_Kmax позволяет обеспечить в

нагрузке нужное значение тока, находится в пределах 20÷50, используем два плеча выходных транзисторов. Таким образом, по ориентировочной оценке два плеча обеспечит получение требуемого коэффициента усиления по току с достаточно большим запасом.

Определившись со схемой приступим к выбору транзисторов, согласно следующим условиям:

U_{K max K} <1/2 E ≤ 1/2 U_КЭmax ;

I_{K max K} <I_{K max} ;

P_{H max} <1/4 U_КЭmax∙I_{K max} ;

P_Hmax<(2÷3)P_Kmax ;

КТ815А – транзистор кремниевый n-p-n усилительный

h_21э=40, U_{КЭ макс}=25В, I_{K макс}=1,5А.

КТ814А – транзистор кремниевый p-n-p усилительный

h_21э=40, U_{КЭ макс}=25В, I_{K макс}=1,5A.

P_Hmax(2÷3)<P_Kmax ;

Р_Н=1/2U_m<1/2*1*10=5 Вт ;

Выбрав R11равным2кОм рассчитаем параметры сопротивлений:

Из ряда Е192

_{из ряда Е24}

Найдём коэффициенты усиления усилителя на нижней и верхней границах частот усилителя:

Погрешность коэффициента усиления, с учётом погрешности резисторов:

1. 

2. 

Коэффициент частотных искажений М_ВЫХ:

Коэффициент частотных искажений всего усилителя равен:

Погрешность коэффициента усиления в полосе рабочих частот:

ŋ= ((M_вх·М_пром·M_вых)-1)·100%=((1,000610385·1,005876329·1,00710426)-1)·100%=(0,007396142)·100% =0,74%, что удовлетворяет условию 1%.