Расчет усилителя низкой частоты с блоком питания

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   R_Н    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.