1.Разработка функциональной схемы

Так как основные параметры входного сигнала, нагрузки и выходного сигнала заданы в техническом задании, рассчитаем параметры усилителя, при которых требования технического задания будут обеспечены.

Входные параметры:

- действующее значение входного напряжения U_вх = 30 (мВ) (из ТЗ);

- входное сопротивление Rвх = 110 (кОм) (из ТЗ):

- действующее значение входного тока Iвх=Uвх/Rвх=0,273*10 (А)

Выходные параметры:

- действующее значение мощности, рассеиваемой на нагрузке Р_н=(12Вт) (из ТЗ);

- сопротивление нагрузки R_н = 15 (Ом) ();

- действующее значение падения напряжения на нагрузке

(из ТЗ)

- амплитуда выходного напряжения Uвых макс=Uн* =

- действующее значение тока в нагрузке Iн=

- максимальное значение тока в нагрузке (А)

Передаточные параметры усилителя:

- коэффициент усиления по напряжению К_и = Uн/Uвх=447

- коэффициент усиления по току К =Iн/Iвх=3,3*10

- полоса усиливаемых частот fн-fв =(20-20)10 = 20 20 кГц (из ТЗ)

Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы:

1.Такие высокое входное сопротивление и большой коэффициент усиле­ния проще всего достичь, применив операционный усилитель.

2. В то же время требующуюся амплитуду выходного напряжения и ток нагрузки может обеспечить только двухтактный каскад усиления на мощных транзисторах.

3.Для создания усилителя со стабильными параметрами следует охва­тить его цепью общей отрицательной обратной связи.

С учётом изложенного функциональная схема усилителя мощности представлена на рис. 1.

Рис.1. Функциональная схема усилителя мощности

2.Разработка и описание принципиальной схемы устройства

Входной каскад функциональной схемы должен обеспечивать требую­щееся по ТЗ входное сопротивление и подачу сигнала отрицательной обрат­ной связи. Это можно осуществить, подавая входной сигнал на неинверти- рующий вход операционного усилителя (входное сопротивление операцион­ных усилителей составляет не менее 1 МОм),а сигнал обратной связи - на ин­вертирующий вход, где он будет автоматически вычитаться из входного сигнала, то есть окажется сигналом отрицательной обратной связи. В качестве каскада промежуточного усиления поставим операционный усилитель общего применения средней точности. Такие усилители дёшевы и имеют широкую полосу усиливаемых частот при достаточно большом коэф­фициенте усиления. Операционный усилитель следует включить по типовой схеме с питанием от двух разнополярных источников напряжения.

В качестве выходного каскада используем двухтактный каскад с транзи­сторами разной проводимости, включёнными по схеме с общим эмиттером, имеющий коэффициент усиления больше единицы. Такой каскад с питанием от двух разнополярных источников с повышенным напряжением обеспечит требуемую амплитуду напряжения и тока в нагрузке.

С учётом изложенного принципиальная схема усилителя мощности представлена на рис.2.

Рис.2. Принципиальная схема усилителя мощности.

Выходной двухтактный каскад состоит из двух симметричных плеч:

Плечо, состоящее из элементов VD ,R , VT , R И VT усиливает поло­жительную полуволну напряжения сигнала, поступающего с выхода опера­ционного усилителя.

Второе плечо из элементов VD , R , VT , R и VT уси­ливает отрицательную полуволну. Диоды VD и VD₂ обеспечивают режим усиления класса АВ и одновременно компенсируют температурный дрейф напряжений между эмиттером и базой транзисторов VT и VT . Резисторы R и R обеспечивают прямой ток диодов VD и VD₂, примерно равный эмиттерному току транзисторов VT и VT₂, чтобы компенсация температурного дрейфа была наиболее эффективной. Резисторы R и R являются коллектор­ной нагрузкой транзисторов VT и VT₂, на которой выделяются усиленные напряжения. Резисторы R и R составляют цепь местной отрицательной об­ратной связи, стабилизирующей режим работы транзисторов выходного каскада. Резистор Rн- есть заданное сопротивление нагрузки.

Каскад промежуточного усиления состоит из операционного усилителя U и элементов С ,С₂- и R -R . Конденсатор С отсекает постоянную со­ставляющую входного сигнала. Кроме того оба конденсатора ограничивают полосу пропускания всего усилителя снизу. Резисторы R и R составляют цепь общей отрицательной образной связи всего усилителя. Резистор R состоит в цепи местной обратной связи операционною усилителя. Резистор R ус­тановлен для создания необходимого входного сопротивления схемы.