Выбор структурной схемы усилителя

2.1 Выбор числа каскадов

Для обеспечения действующего значения напряжения выходного сигнала, заданного в техническом задании, необходимо выбрать многокаскадный усилитель, так как одного усилительного каскада недостаточно. Кроме того, число каскадов должно быть нечетным, иначе схема будет неустойчивой, чего следует избегать. В рамках технического задания выбираем трехкаскадный усилитель.

На рис. 2.1 изображена общая структурная схема усилителя.

Рисунок 2.1 – Общая структурная схема усилителя

2.2 Выбор структуры каскадов

Рассмотрим три основные структуры, представленные на рис.2.2.

в

Рисунок 2.2 – Примеры структурных схем усилителя мощности

Выбор структуры а (три каскада с общим эмиттером) обеспечивает усиление по напряжению, следовательно, коэффициент усиления будет слишком велик, что приведет к неустойчивости системы.

Таким образом, выбирать следует из структур б и в.

2.2.1 Выбор структуры выходного каскада

Так как по индивидуальному заданию сопротивление нагрузки имеет порядок Ом, усилитель должен обеспечивать ток нагрузки . То есть необходим выходной каскад с низким выходным сопротивлением. Для этой цели подходит схема с общим коллектором (ОК), обладающая низким выходным и высоким входным сопротивлениями. Данная схема не дает усиления по напряжению: (более точный расчет приводится в разделе 3).

2.2.2 Выбор структуры промежуточного каскада

Схема с общим эмиттером (ОЭ) обеспечивает усиление и по напряжению, и по току.

Коэффициент усиления этой схемы больше единицы, поэтому, для второго (промежуточного) каскада выбираем схему с общим эмиттером во втором каскаде (то есть б или в).

Пусть ; , кроме того . Тогда , отсюда

2.2.3 Выбор структуры входного каскада

Первый каскад обеспечивает входное сопротивление схемы УМ в целом.

Если входное сопротивление УМ должно быть высоким, в качестве выходного каскада следует выбрать схему с ОК (эмиттерный повторитель); если входное сопротивление УМ относительно низкое (имеет порядок 100–500 Ом , то целесообразно выбрать схему с ОЭ.

Поскольку по индивидуальному заданию входное сопротивление УМ не задано, входной каскад выбирается по усмотрению разработчика.

Рассмотрим схему с ОК для входного каскада:

В качестве источника входного сигнала рассматриваем емкостной микрофон с высоким внутренним сопротивлением (R_вх ≈ 1– 100 кОм).

Рис.2.3 – Емкостной микрофон

Конструкция конденсаторного микрофона представляет собой конденсатор, один из электродов которого массивный - 3, а второй тонкая мембрана – 1. Диафрагма помещена над неподвижным плоским электродом, так что зазор – d между ними весьма мал. Диафрагма электрически соединена с корпусом микрофона и сильно натянута. При колебаниях мембраны емкость конденсатора изменяется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в следствии чего, в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона.

Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной характеристики, низкие нелинейные и переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов.

Поскольку схема с общим коллектором (ОК) имеет высокое входное сопротивление, согласованное с высоким внутренним сопротивлением источника входного сигнала, и низкое выходное сопротивление, согласованное с промежуточным каскадом (схема с ОЭ), для входного каскада УМ выбираем схему с, то есть входной каскад будет с ОК.

Таким образом, проектируемый усилитель мощности будет иметь вид:

Рис.2.4 – Структурная схема усилителя мощности