Расчет схемы электрической принципиальной двухтактного усилителя мощности

Введение
Усилитель звуковой частоты (УЗЧ), усилитель низкой частоты (УНЧ), усилитель мощности звуковой часто-ты (УМЗЧ) — прибор (электронный усилитель) для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 16 до 20 000 Гц, в специальных случаях — до 200 кГц). Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств — телевизоров, музыкальных центров, активных акустических систем, радио-приёмников, радиопередатчиков, радиостанций и т. д
Усиливаемые электрические колебания называют электрическими сигналами или просто сигналами, а устройства, усиливающие сиг¬налы, — усилителями электрических сигналов, или просто усилителями.
Усилители имеют очень широкое применение; без них невозмож¬но звуковое кино, проводное веща-ние, телевидение, радиосвязь, дальняя проводная связь, радиовещание, радиолокация, радиона-ви¬гация, радиоизмерения. Кроме того, усилители используются почти во всех областях промышленно-сти, техники и науки; их применяют в автоматике, телемеханике, следящих, управляющих и регулирую-щих устройствах, счетно-решающих и вычислительных машинах, в аппа-ратуре ядерной физики и аппа-ратуре исследования космического пространства, аппаратуре геологической разведки, точного времени, химического анализа, медицинской, музыкальной аппаратуре и мно¬гих других случаях.
Усилители подразделяют на ряд типов по различным призна¬кам. По роду усиливаемых сигналов их де-лят на два типа: усили¬тели гармонических сигналов и усилители импульсных сигналов.
Усилители гармонических сигналов предназначены для усиления гармонических сигналов, т. е. периоди-ческих сигналов различной величины и формы, гармони¬ческие составляющие которых изменяются сравнительно медленно (много медленнее длительности устанавливающихся процессов в усилителе). К таким усилителям относятся микрофонные усилители, магнитофонные усилители, усилители звукового кино, усилители воспроизведения граммофонной записи, радиовещательные усили¬тели и ряд других.
Свойства усилителя характеризуются его показателями, основ¬ными из которых являются: выходные и входные данные; коэффи¬циент усиления и коэффициент полезного действия; частотная, фа¬зовая и переходная характеристики; амплитудная характеристика, динамический диапазон и уровень
собственных помех; нелинейные искажения.
Для наглядного изображения устройства усилителя пользуются блок-схемой, называемой также функ-циональной или скелетной схемой, на которой прямоугольниками с вписанными в них обозначениями показывают основные части усилителя. Такими частями являются: предварительный и мощный усилите-ли.
Предварительный усилитель состоит из одного или нескольких каскадов предварительного усиления, назначением которых являет¬ся усиление напряжения, тока или мощности сигнала до величины, необ-ходимой для подачи на вход мощного усилителя.
Усилитель мощности дает основное усиление сигнала по току, обеспечивая требуемую техническим за-данием мощность в нагрузке.
В данной курсовой работе будут рассчитаны все недостающие параметры усилителя гармонического сигнала, при имеющихся данных, таких как сопротивление нагрузки, амплитуда входного напряжения, входное сопротивление и т.д., что позволяет сконструировать его в дальнейшем.






1 Анализ технического задания
1.1 Требования к основным блокам усилителя постоянного тока.
В данной курсовой работе рассчитывается усилитель постоянного тока. Расчет производится исходя из данных заданных в техническом задании.
Выходная мощность: Pн= 10 Вт;
Сопротивление нагрузки: Rн = 6 Ом;
Амплитуда входного сигнала: Uвх = 0,04 В;
Входное сопротивлении: Rвх= 4 кОм;
Коэффициент гармонических искажений: КГ = 0.1%;
Верхняя граничная частота: fв(0,7) = 16 кГц;
Нижняя граничная частота: fн(0,7) = 100 Гц;
Выбор функциональной схемы усилителя производится на основании исходных данных для обеспече-ния всех характеристик и параметров усилителя. Любая схема усилителя должна включать в себя как ми-нимум три блока: предварительный усилитель, усилитель мощности и блок питания (Рисунок 1). Необходимо распределить между блоками схемы заданные параметры, учитывая то, что транзисторы в усилителе мощности (УМ) включены по схеме с общим коллектором.





Рисунок 1 – Структурная схема усилителя

1.2 Расчет дополнительных параметров
Произведем расчет параметров, не указанных в техническом задании. Амплитуда напряжения на нагруз-ке:
U_mн=√(〖2P〗_вых∙R_н ),
где Pвых – выходная мощность, Rн – сопротивление нагрузки;
U_mн=√(2∙10∙6)=10,9 В.
Коэффициент усиления по напряжению:
K_u=U_mн/U_mвх ,
где Umвх – амплитуда входного сигнала;
K_u=10,9/0,04=272,5.
Амплитуда входного тока усилителя:
I_mвх=U_mвх/R_вх =0,04/4000=0,00001 А=10 мкА.
Ток нагрузки:
I_mн=U_mн/R_н =10,9/6=1,81 А.
Коэффициент усиления по току:
K_i=I_mн/I_mвх =1,81/(10∙〖10〗^(-6) )=181000.

1.3 Выбор и обоснование электрической структурной схемы
Каскад, построенный по схеме с общим коллектором, имеет коэффициент усиления по напряже-нию 0,9 - 0,99. Определим для предварительного усилителя и усилителя мощности коэффициенты усиле-ния по току и по напряжению:
Так как выбрана схема с общим коллектором, то коэффициент усиления по напряжению KUум при-мем равным 0,95;
Коэффициент усиления по напряжению предварительного усилителя:
K_u=K_U/K_Uум =272,5/0,95=286,842.
Коэффициент усиления по току УМ:
K_Iум=β_min.
Транзисторы в схеме усилителя предполагается включить по схеме с общим коллектором. Коэффициент усиления тока у выбранного транзистора β = 800.
Коэффициент усиления по току предварительного усилителя:
K_Iпп=K_i/K_Iум =181000/800=226,25.
Входным сопротивлением предварительного усилителя RВХПУ будет входное сопротивление, указанное в техническом задании, то есть 4 кОм.
Сопротивлением нагрузки усилителя мощности RНПУ служит сопротивление нагрузки, указанное в техническом задании, то есть 6 Ом.
Определим входное сопротивление усилителя мощности:
R_вхУМ=β_min∙R_н=800∙6=4800 Ом.
Нагрузкой предварительного усилителя служит входное сопротивление усилителя мощности, то есть
R_вхпу=R_вхУМ,
R_вхпу=4800 Ом.
Входной ток предварительного усилителя:
I_вхпу=10 мкА.
Рассчитаем входное напряжение усилителя мощности:
U_вхум=U_mн/K_Uум =10,9/0,95=11,47.
Рассчитаем входной ток усилителя мощности:
I_вхум=U_mвхум/R_вхпу =11,47/4800=0,0023 А.
Ток нагрузки усилителя мощности равен
I_нум=1,81 А.
Током нагрузки предварительного усилителя будет являться входной ток усилителя мощности, то есть
I_нпу=I_вхум,
I_нпу=0,0023А.
Входное напряжение предварительного усилителя такое же, как входное напряжение усилителя
U_вхпу=0,04 В.
Напряжение нагрузки усилителя мощности равно
U_нум=10.9 В.
Напряжением нагрузки предварительного усилителя будет являться входное напряжение усилителя мощности, то есть
U_нпу=U_вхум,
U_нпу=11,47 В.
Вычислим мощность предварительного усилителя:
P_нпу=(I_нпу∙U_нпу)/2=(0,0023∙11,47)/2=0,013 Вт.
Определим коэффициенты частотных искажений. Коэффициенты частотных искажений для уси-лителя мощности:
М_вум=1.
Для предварительного усилителя коэффициенты частотных искажений:
М_впу=М_в/М_вум =1,41/1=1,41.
Мн и Мв берутся на уровне 0,7 на амплитудно-частотной характеристике усилителя верхней и нижней частот.
Определим коэффициент гармоник: Кгум = 0,1 %; Кгпу = 0.