Техническое задание.
Рассчитать схему усилителя низкой частоты с блоком питания. Исходные данные:
n коэффициент усиления по напряжению - 80;
n верхняя граничная частота - 10 кГц;
n нижняя граничная частота - 300 Гц;
n параметры нагрузки : - сопротивление - 200 Ом, емкость - 6800 ....... ;
n коэффициент пульсаций на выходе блока питания - не более 0.15 .
Расчетная часть.
В качестве схемы усилителя выберем стандартную схему включения транзистора с общим эмиттером (рис. 1) . Разделительный конденсатор С1 служит для передачи на вход транзистора VT1 усиливаемого переменного напряжения, а также исключает попадание на вход транзистора постоянного напряжения. Резисторы R1 и R2 образуют делитель для получения необходимого напряжения смещения на базе транзистора. Резистор R1 и конденсатор C2 обеспечивают температурную стабилизацию работы усилителя. В данной схеме резистор RН является нагрузкой.
В качестве транзистора VT1 выберем широко распространенный КТ 315 Д со следующими параметрами:
n максимальный ток коллектора I К MAX = 100 м А ;
n максимальное напряжение коллектор - эмиттер U КЭ MAX = 40 В ;
n максимальная рассеиваемая мощность транзистора P МАХ = 150 м Вт ;
n статический коэффициент передачи h 21 50 .
Напряжение питания U П примем равным 9 В , тогда для определения рабочего режима выберем две крайние точки : (U КЭ = U П , I K = 0) и (U КЭ = 0, I K ), где U КЭ - напряжение коллектор - эмиттер , I K - максимальный ток в нагрузке:
I K = = = 45 (м А).
Для нормальной работы транзистора выберем рабочую точку :
I K0 = = 23 (м А),
U КЭ0 = = = 4.5 (В).
Тогда мощность, выделяющаяся в транзисторе :
P K0 = I K0 * U КЭ0 = 23 * 4.5 = 103.5 ( м Вт),
что не превышает максимальную рассеиваемую мощность транзистора P МАХ = 150 м Вт.
Мощность, потребляемая усилителем от источника питания :
P 0 = I K0 * U П = 23 * 9 = 207 ( м Вт).
Для схемы с общим эмиттером коэффициент усиления по току k i примерно равен статическому коэффициенту передачи h 21 . Базовый ток транзистора :
I Б0 = = = 0.46 (м А).
Теперь определим номиналы резисторов :
R1 , R2 , R3 , где
I Д - ток через делитель, I Д 4* I Б0 .
R1 3.9 (к Ом) ,
R2 560 (Ом) ,
R3 1 (к Ом) .
Коэффициент усиления по напряжению определяется как : k u = .
Отсюда входное сопротивление транзистора :
R ВХ = = = 125 (Ом).
Емкость конденсатора С1 рассчитывается исходя из того, что его сопротивление по переменному току на самой низкой частоте должно быть во много раз меньше входного сопротивления :
С1 = 42.46 (мкФ).
Выбираем ближайший - 50 мкФ.
Для заданной полосы частот емкость конденсатора С2 должна быть равна десяткам микрофарад, возьмем 20 мкФ.
Теперь рассчитаем стабилизатор напряжения с требуемыми параметрами. Входные цепи блока питания состоят из понижающего сетевого трансформатора и мостового выпрямителя. Схема стабилизатора напряжения показана на рис. 2.
Так как потребляемая схемой мощность небольшая, в качестве стабилизатора DA1 возьмем специально предназначенную микросхему К142ЕН8А, обеспечивающую выходное напряжение + 9 В и ток в нагрузке до 1 А. Данная микросхема обеспечивает коэффициент пульсаций на выходе примерно 0.03, что удовлетворяет заданию. Для нормальной работы напряжение на входе микросхемы должно быть не менее 12 Вольт, поэтому конденсаторы С1 и С2 выбираем на рабочее напряжение 25 В и емкостью 500 мкФ.
Литература.
1. Жеребцов И. П. Основы электроники. - Л.: Энергоатомиздат, 1989.
2. Транзисторы: Справочник . - М.: Радио и связь, 1990.
3. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990.
