МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой радио-
теxническиx систем
____________ В.И.Кошелев
"___"__________ 2004 г.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине: "СХЕМОТЕХНИКА АЭУ"
на тему: "Усилители звуковых частот"
Автор работы Глазнёв В. В.
Специальность 200700 гр. 114
Руководитель Свиридов Н.Г.
Рязань 2004 г.
Содержание
Введение
Глава 1. Разработка и расчет структурной схемы
Глава 2. Разработка и расчет принципиальной схемы
2.1 Расчет оконечного каскада
2.2 Расчет регулятора тембра
2.3 Расчет предоконечного каскада
Заключение
Список использованных источников
Усилительные устройства актуальны были всегда. И в нынешнем, современном мире они все также находят достойное место среди другой аппаратуры. Усилители широкополосные, импульсные, осциллографические, видео, звуковые и еще много других, без которых не обходится сейчас практически ни один законченный функциональный блок. Особое место занимают усилители звуковых частот (УЗЧ). Необходимость их применения очевидна и вытекает из названия. УЗЧ применяются как бытовой аппаратуре, так и в военной, а также космической технике.
Сейчас, в век интегральных технологий габариты устройств снизились на столько, что полностью законченное устройство можно разместить и на ладони. Не обошло стороной это и УЗЧ. Сейчас легко приобрести довольно компактную микросхему усилителя нужной мощности и, дополнив ее некоторыми стандартными навесными элементами, получить готовый прибор. Однако, за габариты микросхем, в некоторой степени, нужно "платить". Дело в том, что многие микросхемы требуют достаточно громоздкие радиаторы, поэтому в мощных усилителях, а точнее в их выходных каскадах применяют в основном транзисторы. Микросхемы (например, операционный усилитель) дают очень большой коэффициент усиления по напряжению, однако, для того чтобы развить в нагрузке необходимую мощность требуется еще и усиление по току. Транзисторы являются приборами, которые работают с большими токами, и, к тому же они не очень высокочастотны, то есть они отлично подходят для УЗЧ. В промежуточных и входных каскадах чаще используют все же микросхемы. Таким образом, в современной аппаратуре с успехом применяются как транзисторы, так и аналоговые микросхемы.
Кстати сказать, сейчас среди довольно известных знатоков музыки бытует мнение о том, что якобы ламповые усилители наиболее четко передают истинное звучание живой музыки. Поэтому, в последнее время у наиболее крупных фирм-производителей аудио аппаратуры появились усилители звука на лампах (довольно дорогие, надо сказать). Специально для этой цели разработаны новые, компактные, лампы. Такая вот тенденция к возвращению к былым технологиям. Что ж, не все старое нужно выбрасывать и забывать…
Основываясь на предварительном анализе технического задания можно сделать вывод, что нужно спроектировать усилитель звуковой частоты небольшой мощности, к которому не предъявляются очень высокие требования по качеству воспроизведения и условиям эксплуатации. Однако, усилитель должен иметь компактные размеры и удовлетворять массовости производства, то есть собран из недорогих деталей. Поэтому, для получения необходимого результата проекта, будем разрабатывать как можно более простую и дешевую схему с малым количеством деталей.
Структурные схемы применяются для упрощённого изображения схем электронных устройств, в том числе и схем усилителей. Структурная схема состоит из прямоугольников, обозначающих основные узлы устройства. Структурные схемы называют также блок-схемой или функциональной схемой.
Блок-схема разрабатываемого усилителя изображена на рис. 1.
Рис. 1.
Входное устройство служит для передачи сигнала от источника сигнала во входную цепь предварительного усилителя тогда, когда прямое подключение к источнику сигнала невозможно или нецелесообразно. В нашем случае это конденсатор, который предотвращает попадание постоянной составляющей на вход регулятора тембра. Регулятор усиления используется для обеспечения желаемой мощности на выходе усилителя. Регулятор усиления может быть реализован в виде обычного делителя или выполнен по схеме с применением ООС ОУ. В разрабатываемой схеме регулятор усиления будет смонтирован в цепи обратной связи усилителя. Предоконечный каскад используется для усиления напряжения, тока и мощности сигнала до величины необходимой для подачи на вход оконечного каскада мощности. Оконечный каскад предназначен для отдачи в нагрузку необходимой мощности сигнала. Отрицательная обратная связь (ООС) охватывает усилитель и требуется для понижения нелинейных искажений усилителя, вносимых оконечным каскадом усилителя мощности и для повышения стабильности. Но при этом понижается коэффициент усиления каскадов охваченных ООС. Выходное устройство служит для передачи усиленного сигнала из выходной цепи в нагрузку. Применяется когда непосредственное подключение нагрузки невозможно или нецелесообразно. Конденсатор используется для разделения постоянных составляющих тока и напряжения выходной цепи и нагрузки. Источник питания используется для питания усилителя, его энергия преобразуется в энергию усиленного сигнала.
В разрабатываемой схеме отсутствует входной каскад. Обоснованием сего служит стремление к удешевлению устройства, к тому же в качестве промежуточного каскада используем ОУ, с помощью которого обеспечим необходимый коэффициент усиления по напряжению всего усилителя. Регулировка усиления будет построена на этом же ОУ. Можно сделать регулировку тембра активной, на этом же ОУ, однако, это чревато взаимным влиянием усиления на тембр, и к тому же расчет такой схемы слишком сложен. Поэтому сделаем ее пассивной, и поставим на входе устройства, а все потери в регуляторе скомпенсируем дополнительным увеличением коэффициента усиления ОУ. При этом несколько возрастут шумы усилителя, однако, так как ограничения в этой области в техническом задании не указаны, то учитывать шумы не будем.
В настоящее время широко применяются усилители с двухтактным бестрансформаторным оконечным каскадом и последовательным питанием транзисторов по постоянному току. Вследствие симметрии двухтактных схем и возможности поочерёдной работы плеч, они могут работать в энергетически более выгодных режимах класса В и АВ. При этом удаётся существенно повысить к. п. д. и отдаваемую мощность при сравнительно небольшом уровне нелинейных искажений.
Наиболее целесообразен для двухтактных усилителей режим класса АВ. Особенностью режима класса АВ является зависимость среднего значения токов баз и коллекторов от уровня подводимых сигналов. Изменение средних токов в зависимости от амплитуды сигналов является препятствием для осуществления температурной стабилизации режима. Поэтому обычные схемы стабилизации оказываются непригодными.
Указанное в техническом задании значение выходного напряжения и сопротивление нагрузки позволяют определить необходимую мощность в нагрузке. Примерно оценивая значение выходной мощности, приходим к выводу, в выходном каскаде в качестве оконечных транзисторов целесообразно использовать транзисторы разной полярности, благо при малых мощностях такую комплементарную пару подобрать не сложно.
Работа предоконечного каскада существенно влияет на качественные показатели оконечного усилителя. Это обусловлено, прежде всего, тем, что цепи возбуждения мощных транзисторов являются низкоомными и потребляют значительную мощность возбуждающих колебаний. Для обеспечения работы транзисторов предоконочного каскада в режиме АВ на их базы приходится подавать небольшое начальное смещение.
Оконечные каскады питаются обычно от двух источников напряжения, что часто неудобно. Так как в симметричной двутактной схеме ток в цепи нагрузки не содержит постоянной составляющей, последовательно с нагрузкой можно включить разделительный конденсатор Сp и заменить два источника питания одним с удвоенным напряжением. Так как по техническому заданию необходимо спроектировать устройство с одним источником питания, то используем схему с несимметричным питанием.
На основании выше сказанного можно составить принципиальную электрическую схему оконечного усилителя мощности (рис. 2).
Рис. 2
Данная схема является комплементарной схемой на составных транзисторах с несимметричным источником питания. Транзисторы VT1, VT3 и VT2, VT4 образуют составные транзисторы включённые по схеме с общим коллектором. Составные транзисторы используются с целью увеличения коэффициента усиления по току и входного сопротивления всего каскада. Резисторы R1 и R2 задают необходимую величину тока покоя предоконечных транзисторов. Резисторы R3 и R4 стабилизируют работу плеч каскада и создают в нем отрицательную обратную связь.
Разделительный конденсатор Сp защищает сопротивление нагрузки от тока короткого замыкания в случае пробоя транзисторов.
Расчет элементов схемы.
Найдём мощность, развиваемую в нагрузке:
Коэффициент использования питающего напряжения:
Для выбора оконечных транзисторов найдем максимальную амплитуду коллекторного напряжения
и амплитуду коллекторного тока:
Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе одного транзистора в режиме B, равна
Предельная частота оконечных транзисторов должна быть не менее следующей:
По рассчитанным данным Iкm, Uкэmax, Pк max, fh21э выберем оконечные транзисторы VT3 , VT4. В качестве транзистора VT3 выберем транзистор ГТ404Б, а в качестве VT4 комплементарный предыдущему—ГТ402Б. Характеристики данных транзисторов приведены в приложении.
Для построения нагрузочной прямой вычислим Uкэ и Iк
По характеристикам определили, что:
Определим фактически отдаваемую оконечными транзисторами мощность:
Таким образом, видно, что в нагрузке обеспечивается необходимое значение мощности.
По выходным характеристикам (рис.3) определим ток базы: Iбm = 7.44 мА, а по входным напряжение на базе Uбэm = 330 мВ.
Расчетное значение статического коэффициента усиления по току транзистора:
Расчетное значение амплитуды базового тока:
Страницы: 1, 2
