Расчет нелинейных искажений

 

Для определения нелинейных искажений оконечного каскада необходимо построить сквозную динамическую характеристику, устанавливающую зависимость тока Iк в нагрузке Rн от входного напряжения каскада U1.

Для построения сквозной характеристики одного плеча достаточно трех точек.

1) Ik=Ikm=7.725 A тогда U1max=U`бэm+Uбэm+Uнm= 32.37 B

2) Ik=0.5Ikm=3.86 A тогда Uбэ=0.73 В; I`k= Iб+Uбэ/R21=0.73 A;

I`б=29 мА; Uбэ=0.6 В; U1= U`бэ+Uбэ+IkRн=16.7 В

3) Ik=0 А тогда U1min=1.2 В

Построенную сквозную характеристику см. в приложении.

Примем коэффициент асимметрии b=0.2

Основным инженерным методом расчета коэффициента гармоник явдяется метод пяти ординат.

Imax=Ikm(1+b)=9.27 A

I1=Ik1(1+b)=4.632 A

I0=Iok(1+b)-Iok(1-b)=2bIok=0.11 A

I2= -Ik1(1-b)= -3 A

Imin= - Ikm(1-b)= -6.18 A

Метод пяти ординат основан на разложении искаженной кривой тока в ряж Фурье при его ограничении членом, соответствующим 4-й гармонике. При этом сопротивление цепи, в которой протекает рассматриваемый ток, предполагается чисто активным, в результате чего начальные фазы гармоник оказываются равными 0 или π. Средние значения тока и амплитуды токов гармоник получаются из следующих выражений:

Icp=(Imax+Imin+2(I1+I2))/6=1.059 A

I1m=(Imax-Imin+I1+I2)/3=7.694 A

I2m=(Imax+Imin-2I0)/4=0.7 A

I3m=(Imax-Imin-2(I1-I2))/6= - 0.031 A

I4m=(Imax+Imin-4(I1+I2)+6I0)/12= - 0.23 A

Проверка: Icp+I1m+I2m+I3m+I4m=Imax (верно)

4) расчет коэффициента гармоник

Кг = ((√(I22m+ I23m+ I24m)/I1m)100%=9.5%

Обычно Кг расч > Кг зад. В этом случае необходимо принять меры по снижению Кг. Для этого оконечный каскад совместно с промежуточным каскадом охватывают ООС.

F=Кграсч/Кг зад= 13.5

β= (F-1)/K0=12.5

 

Расчет предоконечного каскада УЗЧ

 

Расчет элементов СхЭ каскада с ПОС по питанию на транзисторе VT7 расчет амплитуды переменной составляющей тока коллектора VT7

Ik7=1.3Iб8=182 мА

расчет тока коллектора в точке покоя

Ik07=1.3 Ik7=236 мА

расчет максимальных значений

Ikmax=2 Ik07=472 мА

Ukmax=Eп=70 В

Рkmax=0.75Ik07Eп=24.7 Вт

выбор транзистора

fh21э≥ 10Ffв=4.5 МГц; Iкдоп=1.1Iкmax=519 мА; Uкэдоп=77 В; Ркдоп≥Ркmax=24.7 Вт

Под данные параметры подходит транзистор КТ915Г

расчет величины R19

R19=Eп/2Ik07=148 Ом

расчет тока покоя базы

Iб07=Ik07/h21э7=15.7 мА

расчет входного сопротивления VT7

h11э7=rб+(1+h21э7)*26 10-3/Iko7=1667 Ом

расчет нагрузки по переменному току

RНТП= (h11эR8+R8Rнh21э)/(R8+h11э+h21эRн)= 136 Ом

расчет сопротивления R20

R20=0.2R8=14.8 Ом

расчет элементов ПОС: R18 и C9

R18=37.4 Ом

С9=1/(2πfн(R7+Rн)√(1/M2н-1))=34 мкФ

расчет коэффициента усиления каскада на транзисторе VT7

KVT7=SVT7RНТП/(1+ SVT7R20)=1.18

SVT7=0.01 А/В

Расчет входного сопротивления каскада на транзисторе VT7

Rвх7=h11э7+(1+h21э7)R20= 1.9 кОм

Расчет ДК (VT3 и VT4) c активной нагрузкой в виде зеркала тока (VT5 и VT6)

Выбор транзистора fh21э≥ 10fв=270 кГц

UкэДОП=1.2Eп=84 В

В качестве активных элементов выберем транзисторные сборки КТС394А (VT3, VT6) и КТС622Б (VT2,VT5,VT1,VT4)

2) расчет токозадающего резистора R11

R11=0.5Eп/(IНh21э5)=222 Ом

расчет величины сопротивления R13=R12=(F-1)/S=100 Ом

расчет коэффициента усиления ДК

КДУ=SVT3Rвх7(1+ SVT3R12)=38

расчет элементов цепи ООС (R16,R14)

К0=КVT7KДУ=44

R16>>Rн= 400 Ом

R14=βR6/(1-β)=100 Ом

RвхДУ=h11э4+(1+h21э4)R4= 2.1 кОм

Расчет С1,R9

R9=R14=100 Ом

С1=1/(2πfнR9√(1/М2н-1))=1.7 мкФ

Расчет регулятора тембра

 

Необходимо рассчитать пассивный темброблок согласно следующим исходным данным:

Δb=+-11 дБ, на частотах fн=25 Гц, fв=18 кГц. Поскольку не заданы частоты f2 и f3, то примем f2=f3=1 кГц. При этом считаем, что fн=f1=25 Гц и fв=f4=18 кГц. Выбираем коэффициенты нагрузки ǽ1=ǽ2=5. Rист=100 Ом

Регулятор тембра НЧ:

Определение коэффициента коррекции для αн=f1/f2=0.025. mн=3.3

Сопротивление регулятора тембра

R10=m ǽ1Rист/(m+1)=383 Ом

Постоянная времени регулятора

τ=x`/2πf`= 0.8 мс

Емкость регулятора

С= 106τ /R= 2 мкФ

Затухание, вносимое регулятором в полосе равномерно усиливаемых частот:

b0= 20 lg(1+m)=10.3 дБ

R6=R=368 Ом

R7=mR=1.2 кОм

R8=R/m=111 Ом

C5=C= 2 мкФ

C6=mC=6.6 мкФ

Необходимое входное сопротивление следующего за темброблоком каскада Rвх=(m+1) ǽ1R=8.2 кОм

Регулятор тембра ВЧ:

1) Определение коэффициента коррекции mв= 5.5 для αв=f4/f3=18

2) Сопротивление регулятора

R=(m+1) ǽ1Rист=3.2 кОм

Постоянное время регулятора

τ=x`/2πf`= 80 мкс

Емкость регулятора

С= 106τ /R= 25 нФ

5) Затухание, вносимое регулятором в полосе равномерно усиливаемых частот:

b0= 20 lg(1+m)=16 дБ

6) R9=R=3.2 кОм

R10=R=3.2 кОм

С7=С=25 нФ

С8=mC=137 нФ

Необходимое входное сопротивление следующего за темброблоком каскада Rвх=(m+1) ǽ2R/m=18.2 кОм

 

Расчет регулировки усиления

каскад частота транзистор тембр

Dmax=20lg(Rp/R2) Rp=1600 Ом

Rp/R2=31

R2=51.6 Ом

Rр=R1+R2

R1=1500 Ом

 

Расчет каскада предварительного усиления

 

При построении предварительного усилителя целесообразно использовать линейные ИМС. В данной курсовой работе такой ИМС является ОУ КР1407(ее параметры см. в приложении). Исходя из коэффициента усиления ОУ, рассчитаем резисторы R5 и R4. Положим R5=20 кОм. R4= R5/(K-1)=20 Ом. Исходя из условия R5||R4=Rp||R3 найдем R3. R3=20 Ом. Для того, чтобы работал ОУ необходимо напряжение +-12 В. Для этого поставим стабилитроны VD1 и VD2. Рассчитаем емкость С1=0.159/(fHRu√(1-M2H))= 56 мкФ. Рассчитаем резистор: R17= (Eп-Ucn)/(IR11+Iо.у.))=1 кОм. Рассчитаем С4. 40R17C4=Tн. С4=1 мкФ.

Заключение

 

В данной работе была спроектирована схема усилителя звуковой частоты. По результатам расчетов УЗЧ отдает в нагрузку требуемую мощность, при уровне линейных и нелинейных искажений не выше заданных. Снижение уровня нелинейных искажений удалось добиться за счет введения глубокой ООС в оконечном и предоконечном каскадах. Отношение сигнал-шум всего усилителя определяется ОУ предварительного усилителя. Для питания всей схемы необходим двуполярный стабилизированный источник питания величиной 70 В.

Список использованных источников

 

1. Аналоговые электронные устройства: Методические указания к курсовой работе / РГРТА; Сост. Д.И. Попов. Рязань, 1992. - 32 с.

2. Регуляторы тембра: Методические указания к курсовой работе / РГРТА; Сост. В.С. Осокин. Рязань, 1993. - 24 с.

3. Регуляторы усиления: Методические указания к курсовой работе / РГРТА; Сост. В.С. Осокин. Рязань, 1990. - 28 с.

4. Справочная книга радиолюбителя-конструктора. Под ред. Н.И. Чичтякова М.: Радио и связь, 1990. - 624 с.

5. Проектирование транзисторных усилителей звуковых частот / Н.Л. Безладнов, Б.Я. Герценштейн, В.К. Кожанов и др.; под ред. Н.Л. Безладнова. М.: Связь, 1979. - 368 с.

6. Интегральные микросхемы: Справочник / Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лукин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под ред. Б.В. Тарабрина. М., 1984. - 528 с.

7. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гатман, Т.И. Давыдова и др.; Под ред. Б.Л. Перельмана. М.: Радио и связь, 1981. - 656 с.