Расчёт элементов схемы включения

ЗЧ – К174 УН14

На рисунке структурная схема усилителя мощности ЗЧ К174 УН14

А1 – предварительный усилитель;

А2 – управляющая ступень;

А3 – усилитель мощности;

А4 – узел тепловой защиты;

А5 – узел защиты от перегрузки и замыкания цепи нагрузки.

Плюсовой вывод

Выход усилителя

Общий минусовой вход

Инвертирующий вход

Неинвертирующий вход

На рисунке расположение и назначение выводов

ИМС представляет собой усилитель мощности звуковой частоты с номинальной выходной мощностью 2,5 Вт (максимальной мощностью до 5,5 Вт) на нагрузке с сопротивлением 4Ом. В состав схемы входит дифференциальный усилитель А1 в качестве входного каскада УНЧ, управляющий каскад А2, двухтактный выходной каскад А3, устройство защиты выхода от перегрузок А4 и тепловая защита А5.

Микросхема предназначена для монтажа в автомобиль и стационарную

бытовую звукопроводящую структуру, оформлена в пластмассовом корпусе с жёсткими выводами прямоугольного сечения. Масса не более 2,5г.

Допускается эксплуатация при напряжении питания менее 15В, при этом соответственно снижаются ток, потребляемый ИМС.

Микросхему нельзя применять без дополнительного тепловода.

По ГОСТу: К 174 УН14

1 – полупроводниковая микросхема;

74 – порядковый номер разработки серии ИМС;

УН – усилитель низкой частоты;

14 – порядковый номер разработки ИМС по функциональному

признаку в данной серии.

Эта микросхема удовлетворяет техническим условиям заданных в данном курсовом проекте.

На рисунке внешний вид К174УН14

Электрические параметры ИМС.

1) Ток потребления , мА, при = 0 – 10…80;

2) Коэффициент усиления по напряжению , дБ – 39,5…40,5;

3) Коэффициент гармоник ,%, при = 0,05…2,5Вт, = 4Ом, f = 1кГц не более 0,5.

Предельные эксплуатационные параметры.

1) не более 16,5В;

2) , мВ не более 42мВ;

3) , ВТ, при = 10% - 5,6 Вт;

4) ,Ом не менее 2 Ом;

5) , В 3,6…4,6; - 40 Гц; , Гц – 20000; - 70 кОм.

1. Допускается кратковременное повышение напряжения источника питания до 40В в течение времени не более 50 мс с периодичностью не менее 0,5с.

2. Разрешается эксплуатация микросхемы при напряжении питания менее 8В; при этом значения основных электрических параметров не будут соответствовать установленным выше.

3. Допускается кратковременное повышение входного напряжения до 1,5В в течение времени не более 50 мс с периодичностью не менее 0,5 с.

4. Допускается повышение входного напряжения при условии, что сопротивление нагрузки более 3,2 Ом, а рассеиваемая мощность не более 5,5 Вт.

На рисунке типовые зависимости для К174УН14

На рисунке принципиальная схема К174УН14

Предварительным каскадом является транзистор VT20 включенный по схеме с общим эмиттером. Транзистор нагружен на двух-коллекторный транзистор VT19, резистор R14, транзистор VT15 "+" источника питания. В эмиттерную цепь включен резистор R15, транзистор VT21, резистор R16 "-" источника питания. Коллектор транзистора VT21 также является неинверсным входом микросхемы, куда включается цепь отрицательной обратной связи или подаётся сигнал для схемы работающей без инверсии входного сигнала. Цепью смещения является цепь "+" источника питания, транзистор VT15, транзистор VT16, резистор R12, резистор R13 и база транзистора VT20, транзисторы VT17, VT18 используются в качестве диодов обеспечивающие необходимый уровень смещения, а так же выполняют роль термостабилизации предварительного каскада.

Предвыходным каскадом является транзистор VT24, VT26. VT24 включен по схеме эмиттерного повторителя выход (эмиттер) которого соединён непосредственно с базой транзистора VT26. Транзистор VT26 включен по схеме с общим эмиттером коллектор, которого также соединён непосредственно с базой буфера выходного каскада транзистором VT36.

В предварительном усилителе применена схема термостабилизации базового смещения с помощью полупроводникового диода роль, которых выполняют два транзистора VT17, VT18 включенных последовательно. В этой схеме транзисторы включены в обратном направлении, при этом температурная характеристика обратного тока диода аналогична температурной характеристике обратного тока коллектора транзистора VT20. Транзисторы VT21, VT22 выполняют эмиттерную стабилизацию VT20, образуя отрицательную обратную связь по току. С выхода выходных каскадов в базовую цепь транзистора VT24 включена ёмкость С2 предотвращающая самовозбуждение схемы на высоких частотах.

Выходными каскадами являются VT44, VT47, а также в качестве буфера использованы транзисторы VT36, VT34. Диод VD8 защищает транзистор VT44 от бросков напряжения.

Транзистор VT34, VT35 резистор создаёт режим работы VT44. Транзистор VT37, VT36 резистор создаёт режим работы VT47.

3.Расчёт коэффициента усиления.

По заданным параметрам находим коэффициент усиления усилителя ЗЧ на ИМС.

Из формулы: (1)

Где: - мощность на выходе, - сопротивление нагрузки.

Находим для того чтобы вычислить коэффициент усиления

(2)

Найдём по формуле

, где (3)

- максимальное значение входного напряжения

Коэффициент усиления рассчитывается по формуле

(4)

Переведём в децибелы K, дБ = 20 lgK = 20 lg39,7 = 31,9

Расчёт элементов схемы включения

На рисунке схема включения.

На 1 вывод ИМС подаётся сигнал через разделительный конденсатор . Значение ёмкости этого конденсатора рассчитывают по значению нижней граничной частоты по условию 100Гц. Для расчёта возьмём частоту в 10 раз ниже граничной = 10Гц, т.к. усилитель должен пропускать частоты с значениями меньше чем граничная частота.

Из этой формулы находим значение ёмкости

, (5)

где - входное сопротивление ИМС,

- нижняя граничная частота,

- коэффициент частотных искажений.

Из справочника по ГОСТу находим близкое значение для ёмкости , она равна

Четвёртый вывод ИМС служит для выхода усилительного сигнала. На выходе ИМС стоит разделительный конденсатор , который не пропускает частоты с меньшими значениями, чем нижняя граничная частота. Ёмкость находим по той же формуле что и конденсатор , только вместо подставляем (сопротивление нагрузки).

отсюда

В справочнике по ГОСТу выберем ближайшее значение ёмкости в сторону большего значения

Параллельно сопротивлению нагрузки включена цепь, фильтр. Значения этих элементов находим из справочных данных. Самым оптимальным будут значения , .

С помощью инвертирующего входа 2 включается корректирующая цепь. Значение элементов рассчитывают через заданную верхнюю граничную частоту. Чтобы найти значение конденсатора задаётся любое значение резистора из шкалы резисторов. Возьмём резистор

Из формулы найдём

Находим значение ёмкости по ГОСТу

Для создания отрицательной обратной связи (ООС) вводятся резисторы и . Сначала рассчитаем коэффициент обратной связи. Сравнив коэффициент усиления усилителя с коэффициентом усиления ИМС

или

или

Коэффициент усиления ИМС больше чем коэффициент усиления всего усилителя, т.е. необходимо ввести ООС, она включается между выводами 2 и 4.

выведем из этой формулы - коэффициент передачи

, отсюда

По схеме видно, что коэффициент передачи ООС равен отношению к сумме и

выразим через

По шкале резисторов ищем оптимальный вариант ,

Если , то

Проверим величину коэффициента передачи

Мы проверили коэффициент передачи, значит резисторы и подобраны правильно.

Напряжение источника питания выберем равным 12В, диапазон рабочих температур и коэффициент нелинейных искажений подходят к ИМС.

Вывод 3 является минусовым выводом питания и общей точкой схемы, потенциал которой равен нулю. Этот вывод желательно соединить с металлическим корпусом усилительного устройства.