4. Требование к источнику питания и расчет вспомогательных фильтров

4.1 Требование к источнику питания

Перечислим основные требования, которым должен отвечать источник питания:

1 В качестве источника питания нужно использовать двуполярный источник с напряжением

2 Ток, потребляемый усилителем, определяется практически токами всех каскадов усилителя, то есть транзисторами оконечного каскада и каскадами на ОУ. Для экономичности источник целесообразно проектировать на среднее значение токов. Тогда:

С запасом ток источников питания назначим 1 А.

3 Выходное сопротивление источника питания определим по току сигнала применением двухтактной схемы

Выходное сопротивление источника питания по постоянному току определяется допустимым падением питающего напряжения на нем и не должно превышать нескольких процентов. Примем в нашем случае эту величину равной 5%, тогда выходное сопротивление

Допустимые пульсации определим следующим образом. Как известно, с целью упрощения схемы источника питания, его удешевления, он должен быть рассчитан на максимально допустимые пульсации, при которых в нагрузке усилителя пульсации не выше указанных в ТЗ. Отношение сигнал/шум в нагрузке по ТЗ не задано, тогда принимаем, что пульсации практически не будут слышны, если их уровень в 50…100 раз меньше уровня сигнала. В этом случае, приняв за основу среднее значение 75, получим, что в нагрузке может быть пульсация величиной:

Эту величину требуется пересчитать к источнику питания. Будем считать, что практически пульсации проникают в нагрузку за счет оконечного каскада. Наш оконечный каскад двухтактный. Идеальный двухтактный каскад полностью подавляет пульсации источника питания в нагрузке. Реальный каскад «пропускает» их на выход на уровне 10…30%. Если учесть несимметрию плеч (при расчете УМ коэффициент асимметрии был принят 0,5), то считаем, что пульсации «проникают» на выход на уровне 20…60%. Выбрав среднее значение в 40%, находим допустимые пульсации источника питания:

Таким образом, в процентном отношении составляет:

4.2 Расчет развязывающих фильтров

Оконечный каскад не требует установки развязывающих фильтров, так как потребляет от источника наибольший ток. Проверим, потребуются ли развязывающие фильтры для остальных каскадов.

При расчете источника питания были установлены максимально допустимые пульсации от питающего напряжения на нагрузке . Пульсации через общий источник питания будут проникать на выходы всех каскадов, а затем, через последующие каскады усиления, попадать на выход оконечного каскада, создавая паразитные пульсации в нагрузке. Для снижения таких пульсаций применим развязывающие емкостные фильтры.

Рассчитаем величину пульсаций, которую создаст предоконечный каскад. Допустимые пульсации на входе данного каскада:

Так как предоконечный каскад рассчитан на ОУ, то для него необходимо учесть коэффициент влияния источника питания. Для используемого ОУ данный коэффициент составляет: К_вл=100. Тогда пульсации которые создаст этот каскада:

Так как пульсации на входе меньше допустимых, то данная цепь фильтров не требует.

Для второго промежуточного каскада. Допустимые пульсации на входе данного каскада:

Используемый ОУ в данном каскаде такой же как и во втором промежуточном, следовательно К_вл совпадают.

Тогда

Эти пульсации также не превышают допустимы, значит данная цепь фильтров не требует.

Для третьего промежуточного каскада. Так как после этого каскада стоит пассивный фильтр, то надо учесть влияние коэффициента передачи данного каскада:

Используемый ОУ в данном каскаде такой же как и во втором промежуточном, следовательно К_вл совпадают.

.

Что также не превышает допустимых пульсаций, следовательно, для этого каскада фильтр не требуется.

Для входного каскада.

Из схемы (Рис. 4.1) видно, что для каждого из источников питания возможны два пути проникновения пульсаций в нагрузку.

Рис. 4.1 – Эквивалентная схема входного каскада по пульсациям

Рассчитаем фильтр сначала для верхнего источника, для которого возможны следующие пути проникновения пульсаций: через цепи смещения и через коллектор транзистора VT1.

Так как данная схема повторитель, то для него , то есть точно такие же как для третьего промежуточного каскада. Для цепи смещения:

Через коллектор транзистора VT1:

Суммарные пульсации: .

Так как пульсации на входе превышают допустимые в цепь питания включим фильтр. Рассчитаем коэффициент регулировки

Выберем из следующий соображений: ток через данный резистор , а падение напряжение на нем не должно сильно менять напряжение питания (выберем его 0,1), тогда

(ГОСТ 2.4 кОм)

Тогда, приняв нижнюю частоту пульсаций равной частоте питающей цепи 300Гц, найдем емкость следующим образом:

(по ГОСТ 50 мкф)

Для нижнего источника питания фильтр будет такой же, как и для верхнего, так как пульсации будут такими же, следовательно совпадает. Ток от второго источника потребляется такой же как и от первого источника питания. Таким образом

Окончательная схема входного каскада с фильтрами развязки изображена на рисунке 4.2

Рис. 4.2 – Окончательная схема входного каскада.