5. Расчет усилителя низкой частоты.

УНЧ используется в преемниках для усиления результатов детектирования и передатчиков для усиления колебаний звуковой частоты, получаемых от микрофона.

УНЧ используется также как устройства самостоятельные функционально для усиления речи и музыки.

Условно все УНЧ делятся на усилители напряжения и усилители мощности.

Первые каскады УНЧ создающие напряжения достаточные для нормальной работы усилителя мощности называют усилителями напряжения.

Последний каскад УНЧ обеспечивающий выходную мощность достаточную для работы громкоговорителя или дальнейшей передачи сигнала по проводным линиям связи называется усилителем мощности.

Поскольку нагрузка в усилителях обычно низкоомная, она, как правило, включается через понижающий трансформатор.

Усилители напряжения.

Наиболее распространена схема однокаскадного усилителя напряжения на рис.5.1.

Рис.5.1. Схема усилителя напряжения.

Для уменьшения частотных искажений нагрузкой усилителя напряжения обычно служат резисторы. Ёмкость С_р не пропускает постоянную составляющую с выхода детектора на базу транзистора VT. Сопротивления R₁ и R₂ представляют собой делитель напряжения, создающий определенный потенциал на базе VT, то есть задающий его рабочую точку. R_к – коллекторная нагрузка, то есть обеспечивает усиление по напряжению. R_э – отрицательная обратная связь или цепочка автоматического смещения на базе, которое стабилизирует режим работы VT при изменении внешних условий. С_э используется для устранения ОС по переменному току.

Одним из основных параметров УНЧ является частотная характеристика, то есть зависимость коэффициента усиления от принимаемой частоты (Рис.5.2.).

Рис.5.2. Частотная характеристика УНЧ.

Сплошной линией показана идеальная частотная характеристика, а пунктирной – реальная.

В реальном усилителе максимальный коэффициент усиления обеспечивается на средних частотах, а на нижних и верхних он уменьшается. «Завал» на нижних частотах объясняется наличием разделительной ёмкости С_р, а на верхних – шунтирующем действием входной ёмкости С_р и ёмкости С_э. увеличения коэффициента усиления на верхних частотах можно добиться последовательным включением с сопротивлением R_k индуктивности L_k.

Усилитель тока

Одним из основных требований к усилителям мощности является отсутствие нелинейных искажений, поэтому такой УНЧ должен работать в режиме класса А, то есть на линейном участке анодно-сеточной характеристике лампы или проходной характеристике транзистора.

Наиболее распространена схема однокаскадного усилителя мощности представлена на рис.5.3.

Рис.5.3 Схема усилителя мощности.

Основной недостаток этой схемы – низкий КПД, который принципиально не может быть больше 50%.

Для увеличения КПД целесообразно использовать двухтактную схему, работающую в режиме класса В (Рис.5.4.).

Рис.5.4. Двухтактная схема УНЧ.

В данной схеме при угле отсечки θ = 90⁰ в течение одного полупериода работает транзистор VT1, а в течение второго - VT2. сигналы с них суммируются, и выходная синусоида будет тем менее искажена, чем ближе параметры VT1VT2. КПД такого усилителя может достигать 80%.

Произведем расчет параметров УНЧ, схема которого представлена на рис.5.5.

Рис.5.5 схема УНЧ электрическая принципиальная.

Определим параметры всех элементов схемы и выходную мощность УНЧ.

Входная мощность УНЧ определяется:

мВт

Выходная мощность:

где К_у – коэффициент усиления УНЧ, зададимся К_у =900 и тогда Р_вых:

Вт

Выбираем напряжение питания Е_к = 20 В.

Зададимся напряжением в точке О. для того чтобы каскад УНЧ работа в режиме класс А, то есть искажений, необходимо выполнение условия: |U₀| > U_вхУНЧ.

Выберем U₀ = 5 В.

Определим ток делителя напряжения R₁, R₂:

мА

тогда:

кОм

Ток коллектора транзистора VT выбираем из соотношения:

мА

Пренебрегая падение напряжения на переходе база-эмиттер вычисляем R_э:

Ом

Пренебрегая падение напряжения на переходе коллектор-база найдем R_k:

Ом

Для исключения обратной связи по переменному току величина С_э определяется из условия:

мкФ

Величину С_р1 примем равной С_р: С_р1 = Ф

Расчет второго каскада осуществляется аналогично первому, но напряжение в точке О^’ должно быть в 2-3 раза выше, чем напряжение в точке О:

В

ток делителя выбираем равным коллекторному току первого транзистора:

мА,

тогда

Ом

кОм

Коллекторный ток транзистора VT2 выбираем из соотношения:

мА

тогда

Ом

Значение ёмкости определяем из :

Ф

Параметры выходного трансформатора не рассчитываем.

Далее составим принципиальную схему приемника, последовательно, каскадно соединяя все рассмотренные устройства (приложение).