Параметри підсилювача потужності звукових частот (стр. 2 из 9)
(1.1) 
де: Rдж – вихідний опір джерела сигналу, (Rдж=47кОм);
Rвх – типове значення вхідного опору вхідного каскаду зі спільним колектором та для підсилювача з ВЗЗ, (Rвх=5 кОм).
1.1.2 Визначимо напругу на виході підсилювача, тобто у навантаженні.
(1.2)де Рн – потужність, яку має забезпечити ПНЧ;
Rн – опір навантаження.
Визначимо необхідний коефіцієнт підсилення за напругою з урахуванням кола зворотнього зв’язку:
, (1.3) | де: | kз=1,5...2 | - | коефіцієнт запасу, що враховує розкид параметрів елементів, що входять до складу підсилювача; |
| Едж вх | - | задана е.р.с. джерела сигналу. |
1.2 Розрахунок кількості каскадів [2].
(1.4) | де: | KUзз | - | розрахований за (1.3) необхідний коефіцієнт підсилення; |
| Kі | - | коефіцієнт підсилення кожного каскаду - для схеми зі СЕ можливо вибрати орієнтовне значення Kі »50. |
Обираємо n=2, тобто схема підсилювача буде складатися з двох каскадів.
1.3 Попередній розподіл лінійних спотворень між каскадами [2]
У технічному завданні висуваються вимоги до верхньої робочої частоти fв та рівня лінійних спотворень Мв на цій частоті. За кількістю каскадів nк рівень АЧХ кожного ланцюга, що вносить спотворення на частоті fв у логарифмічних одиницях визначається так:
(1.5) 
У разах:
2. ЕЛЕКТРИЧНИЙ РОЗРАХУНОК ППЗЧ НА ДИСКРЕТНИХ ЕЛЕМЕНТАХ
2.1 Обґрунтування вибору схеми електричної принципової
За своїм призначенням підсилювачі умовно поділяються на підсилювачі напруги, підсилювачі струму і підсилювачі потужності. Якщо основна вимога пристрою - підсилення вхідної напруги до необхідного рівня, то такий підсилювач відноситься до підсилювачів напруги. Якщо посилення вхідного струму до потрібного рівня, то такий підсилювач відносять до підсилювачів струму. В підсилювачах напруги і підсилювачах струму одночасно відбувається посилення потужності сигналу. У підсилювачах потужності, на відміну від підсилювачів напруги і струму потрібно забезпечити в навантаженні заданий рівень сигналу.
Підсилювачі діляться на транзисторні, лампові, інтегральні, параметричні та ін. На даний час в підсилювачах частіше використовуються польові, біполярні транзистори, або інтегральні схеми. Значно рідше застосовуються активні елементи у вигляді нелінійних ємностей або індуктивностей і спеціальні типи напівпровідникових діодів.
З урахуванням вимог до функціональних вузлів схеми підсилювача, (наведених у пункті 1.1), вибираємо схеми відповідних каскадів.
Режим роботи підсилювача визначається початковим положенням робочої точки на крізній динамічній характеристиці підсилювального елементу, тобто на характеристиці залежності вихідного струму підсилювального елементу від ЕРС вхідного сигналу. Розглянемо три основні режими роботи - режими А, В, С. У режимі А робоча точка вибирається на середині прямолінійної ділянки крізної динамічної характеристики. Вихідний сигнал практично повторює форму вхідного сигналу при відносно невеликій величині останнього. Нелінійні спотворення при цьому мінімальні. Струм у вихідному ланцюзі існує протягом всього періоду вхідного сигналу. При цьому середнє значення вихідного струму велике по порівняно з амплітудою його змінної складової. Тому ККД каскаду невисокий - 20-30%. У режимі В робоча точка вибирається так, щоб струм крізь підсилювальний елемент протікав тільки в перебігу половини періоду вхідного сигналу. Струм спокою із-за нижнього вигину наскрізної характеристики виявляється не рівним нулю, і форма вихідного струму спотворюється(з’являється сходинка) щодо вхідного. У кривої струму з'являються вищі гармоніки, що приводить до збільшення нелінійних спотворень в порівнянні з режимом А. Середнє значення вихідного струму зменшується, внаслідок чого ККД каскаду досягає 60-70%. Існує ще проміжний режим АВ, коли робоча точка вибирається на крізній характеристиці нижче, ніж точка А і вище, ніж в режимі В. Тому і показники цього режиму мають проміжне значення між режимами А і В - ККД 40-50% при невисокому рівні нелінійних спотворень. [5]
Каскади попереднього посилення - каскади на біполярних транзисторах, включені за схемою із загальним емітером (ЗЕ), що працює в режимі А.
У БТП існують два параметри, нестабільність яких позначається на роботі усього підсилювача - це струм та напруга спокою транзисторів прикінцевого каскаду.
Нестабільність колекторного струму у загальному випадку залежить від:
нестабільності зворотнього або теплового струму колектора DІКБ0;
нестабільності напруги між базою та емітером DUбе;
нестабільності коефіцієнта передачі струму
.Усі перелічені джерела нестабільності колекторного струму залежать від температури, причому у досить складному вигляді. У звичайних підсилювальних каскадах для зменшення коефіцієнта нестабільності збільшують опір резистора емітерної стабілізації Rе [2].
У прикінцевому каскаді збільшувати Rе небажано, оскільки через це зменшується ККД каскаду. Тому для стабілізації струму спокою транзисторів прикінцевого каскаду використаємо схему транзисторної стабілізації рисунок 2.1 [4] :
Рисунок 2.1(Схема завдання зсуву двотактного вихідного каскаду для зменшення перехідних спотворювань і підвищення температурної стабільності.)
Транзистор Т4 працює як регульований діод: базові резистори утворюють дільник напруги, завдяки якому напруга між колектором й емітером Т4 стабілізується при значенні, пропорційному напрузі між базою й емітером. При збільшенні напруги Uке транзистор переходить у режим більшої провідності, і навпаки. У даній схемі колекторний резистор транзистора Т1 замінений джерелом струму . Цей різновид схеми з успіхом використають на практиці. Справа в тому, що за допомогою резистора буває іноді важко одержати потрібний базовий струм для транзистора Т2 при значеннях сигналу, близьких до максимального. Для того, щоб задовольнити вимоги з боку транзистора Т2, резистор повинен бути невеликим, але тоді більшим буде колекторний струм спокою транзистора Т1, а коефіцієнт підсилення по напрузі також буде невеликим.
Завдяки великому вихідному опору при рівному струмі спокою джерела постійного струму дозволяють одержати більше підсилення напруги. Однак недолік такої заміни полягає в тому, що вона збільшує шумові струми.
Як вхідний каскад краще вибрати диференціальний каскад (рисунок 2.2) підсилювач з несиметричним виходом [3]. Даний каскад має велику перевантажену властивість як по струму, так і по напрузі, має малі нелінійні спотворення.
Рисунок 2.2(Диференціальний підсилювач зі струмовим дзеркалом у якості активного навантаження й підвищення КОСС диференціального підсилювача за допомогою джерела струму.)
Диференціальна схема забезпечує компенсацію температурного дрейфу, і, навіть коли один вхід заземлений при зміні температури транзисторів, напруги Uбе змінюються на однакову величину, при цьому не відбувається ніяких змін на виході й не порушується балансування схеми. Це значить, що зміна напруги Uбе не підсилюється з коефіцієнтом Кдіф (його посилення визначається коефіцієнтом Ксінф, який можна зменшити майже до нуля). Для збільшення коефіцієнта ослаблення синфазних сигналів КОСС в емітерному колі диференціального каскаду встановлюється джерело постійного струму.
Іноді бажано, щоб однокаскадний диференціальний підсилювач, як і простий підсилювач із заземленим емітером, мав великий коефіцієнт підсилення. Гарне рішення дає використання струмового дзеркала, як активне навантаження підсилювача. Тим самим забезпечується високе значення опору колекторного навантаження, завдяки цьому коефіцієнт підсилення з напруги досягає 5000 і вище за умови, що навантаження на виході підсилювача відсутнє.
Можна виділити наступні типи зв'язку між окремими підсилювальними каскадами: гальванічний (безпосередній); ємнісний; трансформаторний; за допомогою частотно-залежних ланцюгів. Зворотний зв'язок (ЗЗ) називають негативним, якщо його сигнал віднімається з вхідного сигналу, і позитивним, якщо сигнал ЗЗ підсумовується з вхідним. При негативному ЗЗ коефіцієнт посилення зменшується, а при позитивному - збільшується. Із-за схемних особливостей підсилювача в ланцюзі ЗЗ можливі варіанти, коли ЗЗ існує тільки для сигналу, що поволі змінюється, або тільки для змінної складової його, або всього сигналу. У цих випадках говорять, що зворотний зв'язок здійснений за постійним, та за змінним струмом. Міжкаскадний зв'язок краще вибрати гальванічним, оскільки він не вносить нелінійних спотворень.[6]