Разработка электрической принципиальной схемы УНЧ

На основании структурной схемы составим ориентировочную принципиальную схему УНЧ. Пример принципиальной схемы УНЧ приведен на рис.5. В этой схеме, каскады предварительного усиления выполнены на транзисторах VТ1-VТ3, а оконечный бестрансформаторный каскад усиления на транзисторах разного типа проводимости – VТ4, VТ5. Транзистор VT5 должен иметь такие же параметры, как и VT4, однако противоположную по типу проводимость. Каждый из транзисторов вместе с нагрузкой образуют схему с ОК. Характерной особенностью такой схемы – для нее не нужен фазоинверсный каскад.

Для обеспечения питания оконечного каскада от однополярного источника, он подключается к предыдущему каскаду и к нагрузке через конденсаторы С₈, С₁₀. Резистор R₉ является регулятором уровня выходного сигнала. Конденсатор С₁₁ – фильтр напряжения питания каскадов предварительного усиления. Величина сопротивления резистора R₁₄ обычно составляет несколько десятков Ом.

Оконечный каскад работает в режиме класса АВ, который задается делителем R₁₅, R₁₆. Прямое сопротивление диода создает необходимое напряжение смещения (около 1,5В) между базами транзисторов VT4, VT5, а также выполняет функции элемента схемы термокомпенсации. В этом случае, при изменении температуры транзисторов (это вызывает изменение контактной разности потенциалов база-эмиттер) будут пропорционально изменяться и напряжение смещения транзисторов. Небольшое значение напряжения смещения (0,6 – 0,7)В, определяет незначительный (десятки миллиампер) сквозной ток транзисторов VT4 і VT5. Ток через нагрузку при этом отсутствует. Поскольку величина сопротивления VD₁ незначительна, можно считать, что по переменному току базы транзисторов VT4 і VT5 объединены.

Для предварительного усиления применяют усилители с ОЭ. В качестве активного элемента используют маломощный транзистор n-p-n типа.

Полученные в результате предварительного расчета данные являются основой для окончательного расчета УНЧ.

Окончательный расчет УНЧ

В процессе окончательного расчета усилителя необходимо провести:

- расчет оконечного каскада УНЧ;

- расчет каскада предварительного усиления.

Расчет обычно выполняют в последовательности, обратной последовательности прохождения сигнала в УНЧ: вначале рассчитывают элементы оконечного каскада, а затем – каскадов предварительного усиления.

2.3.1. Окончательный расчет оконечного каскада УНЧ

Схема оконечного каскада усиления на комплементарных парах транзисторов приведена на рис.1,а. Вначале все параметры выбранного транзистора необходимо выписать в виде таблицы, а затем привести его входную и выходную характеристики в масштабе, достаточном для точных графических построений.

Порядок расчета:

1. Расчет начинают с построения на семействе выходных статических характеристик транзистора (см. рис. 4) линии нагрузки, которая проходит через две точки U_КЭ=Е_К/2 та І_К=Е_К/2R_н.

а) б)

Рис. 4. Характеристики режима транзистора оконечного каскада:

а) выходная;

б) входная.

2. Строят треугольник мощности со сторонами U_mн, I_Kн и оценивают возможность получения заданной мощности – Р_вых=0,5 U_{m н} I_{K н}.

3. Точку „а” принимают за начальную рабочую точку транзистора, в которой U_{КЭ 0} =Е_К/2; I_{K 0} = (0,05÷0,1) I_{K н}. Тогда І_Б0 =І_К0 / β.

4. Из семейства выходных и входных характеристик транзистора находим амплитудные значения тока базы І_Бm, напряжения базы U_БЭm согласно:

; .

Ориентировочное значение входного сопротивления транзистора составит r_вх= U_БЭm / І_Бm.

Входная мощность каждого плеча составляет Р_вх=0,5 U_БЭm І_Бm и равна мощности, которую необходимо отдать транзистору предпоследнего каскада.

5. Находим величины сопротивлений резисторов R₁ и R₂.

Сопротивления резисторов R₁ и R₂ выбирают одинаковыми:

R₁= R₂= (Е_К – 2U_{БЭ 0} )/2І_Д ,

где І_Д – ток делителя, который должен быть не меньше (2÷5) І_{Б 0}.

6. Входное сопротивление оконечного каскада составит:

R_ВХ =β R_д R_н /(β R_н + R_д),

где R_д = R₁ / 2 – сопротивление делителя.

7. Амплитуда входного напряжения каскада: U_m.вх ≈ U_mн, поскольку каскад не усиливает напряжение входного сигнала.

8. Находим емкость разделительного конденсатора в цепи нагрузки при условии обеспечения коэффициента частотных искажений М_н:

С₂ ≥ 1/(2πf_нR_н ). З начения получают в микрофарадах.