Расчет усилителя звуковой частоты

2.3 Расчет мощности, рассеиваемой на транзисторе

Определяем мощность, рассеиваемую на транзисторе, учитывая схему защиты по току выходного каскада в режиме короткого

замыкания

Pтр max защ = Eп * Iогр ,где

Iогр ― ток ограничения в схеме защиты,составляющий

Iогр = (1.1...1.3)Iвых m

Iогр = 1.2 * 0.095 = 0.114 А

Pтр max защ = 24*0.114 = 2.736 Вт

2.4 Выбор транзисторов оконечного каскада

Выбираем транзисторы оконечного каскада, учитывая следующие параметры:

Pк max ≥ Pтр max защ

Iк max ≥ Iвых m

Uкэ ≥ 2*Eп

Pк max ≥ 2.376 Вт

Iк max ≥ 0.095 А

Uкэ ≥ 48 В

В оконечном каскаде выберем транзисторы

VT1 ― n-p-n проводимости ― КТ815Б

VT2 ― p-n-p проводимости ― КТ814Б

Параметры транзисторов показаны в приложении А.

Входной ток транзистора VT1(VT2) найдем, учитывая его коэффициент передачи тока h21э = 40

I1(2)вх m = I вых m/h21э

I1(2)вх m = 0.095/40 = 0.0024 А

2.5 Выбор транзисторов предоконечного каскада

Транзистор предоконечного каскада выбираем по его выходному току, который является одновременно и входным током транзистора VT1(VT2) оконечного каскада.

Iпред.вых m = I1(2)вх m

Iпред.вых m = 2.4 мА

Учитывая параметры Iк max ≥ Iпред.вых m выбираем транзисторы предоконечного каскада

n-p-n проводимости ― КТ815Б

p-n-p проводимости ― КТ814Б

Так как коэффициент передачи тока транзистора предоконечного каскада h21э = 40 , то его входной ток будет

Iпред.вх m = Iпред.вых m/ h21э

Iпред.вх m = 2.4/40 = 0.06 мА

2.6 Выходной ток операционного усилителя К154УД1

Определим выходной ток операционного усилителя К154УД1

IОУ вых = U2m/R2н ,где

U2m max = 11 В ― наибольшая амплитуда выходного напряжения

R2н min = 2 кОм ― наименьшее сопротивление нагрузки

IОУ вых = 11/2000 = 0.0055 А

Должно выполняться условие:

IОУ вых > Iвх m, где

Iвх m ― входной ток выходного каскада,

Iвх m = Iпред.вх m = 0.06 мА

Так как выходной ток операционного усилителя IОУ вых = 5.5 мА может обеспечить входной ток оконечного каскада I1(2)вх m=2.4 мА, упрощаем схему выходного каскада, убирая предоконечный каскад.

3. ВНЕШНЯЯ КОРРЕКЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ

Передаточная характеристика идеального операционного усилителя должна проходить через нулевую точку, как показано на рисунке 3.1

Uвых,

Uвых max

Uсм UДФ, В

Uвых min

Рис. 3.1 Выходное напряжение операционного усилителя как функция разности входных напряжений. Пунктиром показана характеристика, снятая без компенсации напряжения смещения нуля.

Однако, как показано на рисунке 3.1 штриховой линией, для реальных операционных усилителей эта характеристика несколько сдвинута. Таким образом, для того чтобы сделать выходное напряжение равным нулю, необходимо подать на вход операционного усилителя некоторую разность напряжений. Эта разность напряжений называется напряжением смещения нуля Uсм. Оно составляет обычно несколько милливольт и во многих случаях может не приниматься во внимание. Когда этой величиной пренебречь нельзя она может быть сведена к нулю. Поэтому во многих интегральных операционных усилителях предусмотрены специальные клеммы. После устранения напряжения смещения нуля остаются только его возможные изменения в зависимости от времени, температуры и напряжения питания.

Выше была описана внутренняя компенсация напряжения смещения нуля на операционном усилителе.

В данном задании необходимо предусмотреть внешнюю коррекцию нуля.

Так как используется только один вход усилителя (инвертирующий), то к другому входу приложим постоянное напряжение 15 В и тем самым скомпенсируем напряжение смещения нуля.

К выводу 3 микросхемы К154УД1 подключим потенциометр RP1 = 100 кОм и для удобства установки малых напряжений дополнительно поставим делитель напряжения, состоящий из R2 = 300 кОм, R3 = 1.8 кОм, R4 = 150 Ом.

R2 R3

RP1

R4

Рис. 3.2 Схема коррекции напряжения смещения

4. ЗАЩИТА ВЫХОДНОГО КАСКАДА

Для защиты по току выходного каскада в режиме короткого замыкания воспользуемся схемой, приведенной на рисунке 4.1.

Еп

VT 1

VT 3

Rогр.

Rн

Рис. 4.1 Схема защиты выходного каскада. VT 1― транзистор

выходного каскада, VT 3 ― защитный транзистор,

Rогр ― сопротивление ограничения, Rн ― сопротивление

нагрузки

В схеме защиты выходного каскада используем транзисторы

VT 3 ― n-p-n проводимость ― КТ315А

VT 4 ― p-n-p проводимость ― КТ361А

Параметры транзисторов приведены в приложении А.

Величина сопротивления ограничения находится по формуле

Rогр = Uбэ/Iогр, где

Uбэ ― напряжение база-эммитер, для кремниевых транзисторов

равное 0.6 В

Iогр ― ток ограничения

Rогр = 0.6/0.114 = 5.3 Ом

5. ВЫБОР СОПРОТИВЛЕНИЙ

Сопротивление обратной связи должно удовлетворять условию

R6  Uвых max*0.01/I ОУ вх, где

I ОУ вх ― входной ток операционного усилителя

I ОУ вх = I1 = 40 нА

R6 = 8.49*0.01/40*10 = 2.12 МОм

Сопротивление обратной связи R6 не должно превышать предельного значения 2.12 МОм. Из ряда Е2 сопротивлений выбираем сопротивление R6 = 180 кОм с точностью ± 5 %.

Учитывая коэффициент усиления схемы К = 90, найдем сопротивление R1

К = R6/R1

Отсюда, R1 = R6/К

R1 = 180*10і/90 = 2*10і

Выбираем сопротивлене R1= 2 кОм.

Для точного усиления (К = 90) поставим в цепи обратной связи регулируемый резистор R5 = 10 кОм, с помощью которого будем

устранять отклонения от номиналов сопротивлений R1 и R6.

В качестве межкаскадной связи поставим, учитывая паспортные данные микросхемы К154УД1, сопротивление R7 = 2 кОм.

В схеме защиты выходного каскада поставим сопротивления

ограничения R8 = R9 = 5.6 Ом.

Нагрузкой усилителя является сопротивление R10 = 90 Ом.

6. ПОГРЕШНОСТИ ВЫПОЛНЕННЫХ ОПЕРАЦИЙ

В зависимости от выполняемых функций требования предъявляемые к операционным усилителям различны но в любых случаях важно уменьшать погрешность выполненной операции и увеличивать быстродействие упрощать схемы операционных усилителей и повышать их надежность.

Рассчитаем следующие погрешности:

6.1 Приведенная погрешность линейности

л = 2Uбэ/КD Uвых max, где

Uбэ  напряжение база-эммитер равное 0.6 В

КD  коэффициент усиления операционного усилителя К154УД1

КD=150*10і

  коэффициент обратной связи

=1/К где

К  коэффициент усиления схемы К=90

=1/90=0.011

л = 2*0.6/0.011*150*10і*8.49=0.0000856=0.0856*10ˉі=0.00856%

6.2 Приведенная погрешность в схеме смещения

см = Uсм*К/Uвых max, где

Uсм  напряжение смещения нуля Uсм =5 мВ

см = 5*10ˉі*90/8.49 = 0.053 = 53*10ˉі=5.3%

6.3 Приведенная погрешность в цепи входного тока

i =iвх*Rос/ Uвых max, где

iвх  входной ток микросхемы К154УД1 , I1 = 40 нА

Rос  сопротивление обратной связи, Rос = R6 = 180 кОм

i =