6) Расчет цепи смещения:

а) Находим ток делителя:

(2.31)

б) Выбор VT практически определяется допустимым током:

(2.32)

На основании сказанного произведём выбор транзистора для цепи термостабилизации 2N6705.

Выпишем из справочника его основные параметры и сведём эти данные в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 – Основные электрические параметры транзистора 2Т6705

Iк max, А	Uкэ max, В	Pк max, Вт	h21э max	Iкб0, мкА	fгр, МГц	Rт пс, 0С/Вт
2	45	2	40	0,1	50	2,08

в) Определяем R_бт (U_бэт≈ 0,5-0,6 В):

(2.33)

Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R_бт=100 Ом.

г) Определяем R_п, учитывая, что номинальный режим соответствует среднему положению движка:

(2.34)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R_бт=200 Ом.

7) Определяем входное сопротивление ПОК. Оно практически определяется входным сопротивлением транзистора:

(2.35)

где

(2.36)

где φ_т=26 мВ;

I_{0 э2}=I_{0 к2}.

Подставим значения и произведём расчёт:

8) Определяем коэффициент усиления каскада по напряжению:

(2.37)

2.5 Расчёт входного каскада

Исходные данные: R_вх2, I_бm2=I_кm2/h_{21э 2}.

1) Задаемся током I_{0 к1}:

(2.38)

Зададим ток коллектора I_{0 к1}=0,25 мА.

2) Выбираем транзистор VT1 по критериям:

(2.39)

(2.40)

На основании рассчитанных данных произведём выбор транзистора для цепи термостабилизации 2N2788.

Выпишем из справочника его основные параметры и сведём эти данные в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 – Основные электрические параметры транзистора 2N2788

Iк max, мА	Uкэ max, В	Pк max, мВт	h21э max	Iкб0, мкА	fгр, МГц	Rт пс, 0С/Вт
800	35	100	75	0,01	250	2,08

3) Определяем R4:

(2.39)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R4=9,1 кОм.

4) Расчет цепи обратной связи:

(2.40)

где

Сопротивление представляет собой нижнее плечо делителя в цепи обратной связи, состоящее из параллельного соединения сопротивления и выходного сопротивления транзистора VT1 со стороны эмиттера :

(2.41)

где

(2.42)

Подставив полученное значение в выражение 2.41, получим:

5) Определим ток базового делителя:

(2.43)

Выберем ток .

6) Задаем падение напряжения на R1:

(2.44)

Зададим падение напряжения на резисторе R1 – 5 В.

7) Задаем значение R6:

(2.45)

Из ряда Е24 R6=200 Ом.

8) Определим постоянный потенциал базы VT1:

(2.46)

9) Для нормальной работы необходимо, чтобы Проверяем:

(2.47)

Условие выполняется.

10) Определяем R3:

(2.48)

Из ряда Е24 .

11) Определяем R2:

(2.49)

Из ряда Е12 .

Коэффициент петлевого усиления К_п равен:

(2.50)

(2.51)

где - внутренняя крутизна транзистора.

(2.52)

где R_вх2 – входное сопротивление каскада на VT3.

Подставим полученное значение в выражение 2.51:

Найдём величину резистора R5:

(2.53)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R5=1,5 Ом.

Найдём значение R_экв:

(2.54)

(2.55)

(2.56)

Входное сопротивление усилителя:

(2.57)

12) Рассчитаем величины емкостей С1, С3, С4 и С_рн, по формуле:

(2.58)

где М_н – затухание (в разах).

(2.59)

Рассчитаем С1:

для него

(2.60)

(2.61)

Примем стандартное значение С1=1 мкФ.

Рассчитаем С3:

Для C3 и С4 расчет можно упростить. Емкости С3 и С4 находятся в петле обратной связи. Искажения, вносимые этими емкостями, будут уменьшены в глубину обратной связи (в F раз), поэтому их величины могут быть рассчитаны, исходя из следующих соображений. Сопротивления этих емкостей на нижней частоте диапазона должны быть заметно меньше, чем R5 и R8 соответственно:

(2.62)

Составим ёмкость С3 из двух, параллельно соединённых емкостей по 4700 мкФ.

Рассчитаем С4:

(2.63)

Выберем ёмкость конденсатора С4=100 мкФ.

Рассчитаем С_рн для него R=R_н и положим искажения, вносимые этой емкостью М=1дБ:

(2.64)

Выберем ёмкость конденсатора С_рн=220 мкФ.

13) Определяем коэффициент усиления по напряжению рассчитанного усилителя мощности:

(2.65)

14) Определим требуемое входное напряжение при номинальной выходной мощности:

(2.66)

15) Определим:

(2.67)

Из ряда Е12 R9=R10=0,39 Ом.

16) Определим R1:

(2.68)

Из ряда Е12 R1=100 кОм.

3 РАСЧЁТ УЗЛОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ

3.1 Расчет мостового регулятора тембра

Схема усилителя мощности, рассчитанного выше, обладает достаточно высоким входным сопротивлением, что позволяет включать мостовой регулятор тембра непосредственно на их входе.

Мостовой регулятор тембра (см. рисунок 3.1) содержит два частотно зависимых регулятора коэффициента передачи. Буферное сопротивление R4 предназначено для того, чтобы один регулятор не влиял на другой.

Левый (по схеме) работает на низких частотах, правый регулятор - на верхних. Кратко проанализируем работу схемы.

На средних частотах (СЧ) C1 и C2 закорачивают R2, сопротивления же конденсаторов C3 и C4 еще очень велики (много больше R5).

Рисунок 3.1 – Схема электрическая принципиальная регулятора тембра

На низких частотах (НЧ) сопротивления конденсаторов C1 и C2 увеличиваются и они уже не являются коротким замыканием для R2, которое начинает работать на этих частотах как обычный регулятор усиления. Глубина регулировки определяется соотношением между сопротивлениями R2 и R1 + R3.

На высоких частотах (ВЧ) резистор R2 оказывается закороченным конденсаторами C1 и C2, имеющими очень маленькое сопротивление на (ВЧ). В этом случае положение движка потенциометра R2 не влияет на коэффициент передачи регулятора тембра. На этих частотах сигнал проходит через сравнительно малые сопротивления конденсаторов С3, С4 и потенциометр R5, служащий в данном случае регулятором коэффициента передачи в области ВЧ.

Произведём расчёт по следующей методике:

1) Определяем коэффициент коррекции в относительных единицах:

2) Определяем частоту раздела:

(3.1)

3) Проверяем выполнение условия неперекрытия зон регулирования

(3.2)

4) Определяем сопротивление при допустимой погрешности регулирования можно принять:

(3.3)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R2= R5=3,0 кОм.

5) Определяем номиналы резисторов регуляторов НЧ:

(3.4)

Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R1=1,5 кОм.

(3.5)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R3=750 Ом.

6) Определяем сопротивление буферного резистора:

(3.6)

Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R4=270 Ом.

7) Определяем номиналы емкостей:

(3.7)

Возьмём стандартное значение 0,33 мкФ.

(3.8)

Возьмём стандартное значение 0,1 мкФ.

(3.10)

Возьмём стандартное значение 22 нФ.

(3.11)

Возьмём стандартное значение 47 нФ.

8) Определяем входное и выходное сопротивление РТ:

(3.12)

(3.13)

9) Определяем требование к выходному сопротивлению предыдущего каскада: при погрешности РТ на ВЧ можно применять:

(3.14)

10) Определяем положение движков R2 и R5, соответственно линейной частотной характеристики:

(3.15)

(3.16)

11) Определим номинальный коэффициент передачи регулятора тембра:

(3.17)

12) Определим номинальное входное напряжение РТ:

(3.18)

3.2 Расчёт каскадов предварительного усиления

а) Расчет второго каскада предварительного усиления (КПУ 2):

Принципиальная электрическая схема каскада изображена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Схема электрическая принципиальная второго каскада предварительного усиления

Для расчёта понадобятся следующие параметры:

Выполним расчёт данного каскада по следующей методике:

1) Определяем амплитуды напряжения и тока нагрузки:

(3.19)

(3.20)

2) Задаемся током покоя:

(3.21)

3) Задаем напряжение коллектор-эмиттер транзистора:

(3.22)

где U_{кэ min}=1…2 В.

4) Определяем напряжение питания каскада из условий:

Напряжение источника питания должно превышать на величину падения напряжения на сопротивлении фильтра (примерно на 20-30%) и должно быть:

(3.23)

5) Определяем сопротивления в цепи эмиттера:

Учтем:

(3.24)

6) Определяем сопротивление R3:

(3.25)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R3=56 кОм.

7) Определяем амплитуду тока коллектора:

(3.26)

8) Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе:

(3.27)

9) Выбираем транзистор по критериям:

(3.28)

(3.29)

(3.30)

(3.31)

Выбираем транзистор 2N4425.

Выпишем из справочника его основные параметры и сведём эти данные в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Основные электрические параметры транзистора 2N4425

Iк max, мА	Uкэ max, В	Pк max, мВт	h21э	Iкб0, мкА	fгр, МГц	Rт пс, 0С/мВт
800	40	620	180	0,05	30	0,4

Рассчитываем базовую цепь:

а) задаем ток делителя:

(3.32)

б) определим R1:

(3.33)

Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R1=4,7 МОм.

в) определяем R2:

(3.34)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R2=3 МОм.

11) Задаемся допустимым коэффициентом гармоник каскада:

(3.35)

Отсюда находим R4 и R5:

(3.36)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R4=27 Ом.

(3.37)

Возьмём из ряда Е24 стандартное значение R5=20 кОм.

12) Определяем коэффициент усиления:

(3.38)

13) Определяем входное сопротивление каскада:

(3.39)

где

(3.40)

Подставим полученное значение в выражение 3.40:

14) Определяем номинальное входное напряжение:

(3.43)

15) Ёмкость конденсатора C2 рассчитывается по следующему выражению:

(3.44)

где

(3.45)

в последней формуле

(3.46)

Подставим полученное значение в выражение 3.45:

Подставим полученное значение в выражение 3.44:

Соединим параллельно два конденсатора ёмкостью 100 мкФ.

16) Сопротивление определяется исходя из падания напряжения на нем и тока, равного сумме токов делителя в цепи базы и эмиттера:

(3.47)

Из ряда Е12 =27 кОм.

17) Для определения емкости конденсатора можно использовать следующую формулу:

(3.48)

Возьмём стандартный конденсатор 2,2 мкФ.

18) Рассчитаем конденсатор С3, который является разделительной емкостью:

(3.49)

Возьмём стандартный конденсатор 22 мкФ.

б) Расчет первого каскада предварительного усиления (КПУ 1):

Принципиальная электрическая схема каскада изображена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Схема принципиальная электрическая первого каскада предварительного усиления

На рисунке 3.3 представлена схема каскада предварительного усиления на полевом транзисторе по схеме общий исток.

Резисторный каскад на полевом транзисторе в отличие от аналогичного каскада на биполярном транзисторе обладает высоким входным сопротивлением. Это качество позволяет использовать его в сечениях усилителя, где желательны высокоомные нагрузки, то есть в нашем случае.

1) Выберем транзистор КП303Г.

2) Выбираем рабочую точку на линейном участке характеристики с координатами

3) Определяем напряжение на стоке транзистора:

(3.50)

4) Рассчитывается сопротивление нагрузки по постоянному току :

(3.51)

Возьмём из ряда Е12 стандартное значение R_c=1 кОм.

5) Для полевого транзистора в рабочей точке с координатами

определяется крутизна по характеристике :

(3.52)

и по характеристике внутреннее сопротивление транзистора:

(3.53)

6) Рассчитывается сопротивление нагрузки:

(3.54)

7) Находится коэффициент усиления:

(3.55)

8) Определяется входная динамическая емкость:

(3.56)

где справочные величины.

9) Определяется сопротивление в цепи истока:

(3.57)

Возьмём значение из ряда Е12 R_и=27 Ом.

10) Задаемся сопротивлением в цепи затвора в пределах (0,1…1) МОм:

(3.58)

11) Определяется частота верхнего среза выходной цепи:

(3.59)

где - ёмкость монтажа.

12) Определяем разделительную емкость в выходной цепи:

(3.60)

где

(3.61)

Примем стандартное значение 0,47 мкФ.

13) Рассчитаем входную разделительную емкость:

(3.62)

Примем стандартное значение 10 мкФ.

14) Определяем емкость шунтирующую сопротивление в цепи истока:

(3.63)

где

(3.64)

Выберем стандартное значение 0,47 нФ.

15) Рассчитаем выходное сопротивление каскада:

(3.65)

Дополнительный расчет:

Зная выходное сопротивление КПУ 1 можем рассчитать емкость С1, находящуюся в КПУ 2, по формуле:

(3.66)

Выберем стандартное значение 0,47 мкФ.

3.3 Расчет регулятора громкости

Теперь, когда известны входные и выходные сопротивления всех каскадов, рассчитывается регулятор громкости. Регулятор усиления ставиться обычно после первого или второго каскадов предварительного усиления.

Регулятор усиления представляет собой обычный переменный резистор, сопротивление которого рассчитывается по формуле:

(3.67)

Возьмём стандартное значение из ряда Е24 5,1 кОм.

Изобразим схему включения регулятора громкости (см. рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 – Схема включения регулятора громкости

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проделанной работы разработан четырехкаскадный усилитель звуковой частоты для стационарной аппаратуры высшей группы сложности. Был проведен анализ АЧХ и ФЧХ на ПЭВМ, данный усилитель (его два звена) был смоделирован при помощи программы “WorkBench 5.18”. При анализе АЧХ видно, что рассчитанный усилитель удовлетворяет требованиям технического задания.