Содержание
Введение
1. Выбор и обоснование структурной схемы
2. Расчёт оконечного каскада
3. Расчёт предоконечного каскада
4. Расчёт нелинейных искажений
5. Промежуточный усилитель
6. Расчёт регулятора усиления
7. Расчёт регулятора тембра
8. Расчёт предварительного усилителя – корректора
Заключение
Список использованной литературы
Приложение
В данной курсовой работе проектируется усилитель воспроизведения электропроигрывателя. Усилитель воспроизведения электропроигрывателя предназначен для усиления и частотной коррекции сигнала магнитного звукоснимателя с целью получения стандартного уровня выходного сигнала. В настоящее время электропроигрыватели практически не используются, на их смену пришли более современные устройства, такие как аудио CD,MP3 проигрыватели. Вместо иглы и магнитного звукоснимателя теперь используется принцип считывания информации с помощью лазерной головки. Качество воспроизведения электропроигрывателя намного уступает сегодняшним аналогам. В основном это связано с узкой полосой пропускания, большими размерами устройства и недолговечностью хранимой информации. Для улучшения качества усилителя я использую двойные операционные усилители, также необходимо стремиться к получению минимального уровня собственных шумов.
Проектирование усилительного устройства начинается с составления структурной схемы и выбора её элементов исходя из предъявленных к усилительному устройству требований. Структурная схема усилительного устройства (рис. 1) в общем случае содержит источник сигнала и нагрузку усилителя, входные и выходные цепи, каскады предварительного усиления и оконечный каскад, а также цепи обратной связи и источник питания. В данной курсовой работе структурная схема состоит из источника сигнала, нагрузки, усилителя – корректора, регулятора тембра и громкости, промежуточного усилителя, усилителя мощности, цепи обратной связи и источника питания.
Рис. 1
Источник сигнала и нагрузка заданны. Источником сигнала является магнитный звукосниматель, а нагрузкой усилителя является звуковая колонка с общим сопротивлением 8 Ом. Источник питания от сети 220 В. В ходе проектирования усилителя возникла необходимость введения отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь служит для уменьшения нелинейных искажений (для уменьшения коэффициента гармоник).
Все каскады строятся на основе операционных усилителей. Основное назначение ОУ – это построение устройств с фиксированным коэффициентом усиления. Для промежуточного каскада выбираем микросхему КР1408УД1. Ввиду большого коэффициента усиления ОУ и включения ОУ с обратной связью, возникает необходимость применения цепей частной коррекции для устранения самовозбуждения и компенсации напряжения смещения нуля с помощью внешнего подстроечного резистора.
Регулятор тембра реализован на базе микросхемы ОУ К157УД2, имеющего большое входное сопротивление и высокий коэффициент усиления. В области средних частот коэффициент передачи по напряжению , что является достоинством данного типа регулятора тембра.
Регулировка усиления согласно техническому заданию 30дБ имеет достаточно большую глубину регулировки громкости. Для получения высокой линейности выбираем схему регулировки громкости на ОУ К157УД2.
Выбираем бестрансформаторный оконечный каскад, работающий в режиме АВ. Так как в них отсутствуют вносимые трансформатором частотные, переходные и нелинейные искажения, уменьшены габариты, масса и стоимость каскада, а также исключаются потери мощности в трансформаторе и искажения, вызываемые отсечкой тока в режиме АВ. В такой схеме используется симметричное питание от двух источников питания. При этом по постоянному току, т. е. по отношению к источнику питания, транзисторы включены последовательно, а по переменному току – параллельно. Выполнение схемы на комплементарных транзисторах, т. е. двух транзисторах разной проводимости, позволяет обойтись без инверсного каскада. При возбуждении каскада однофазным напряжением инверсия осуществляется за счёт различного типа проводимости транзисторов, так как сигнал, открывающий транзистор n-p-n, будет закрывать транзистор типа p-n-p. Транзисторы работают попеременно, каждый в течении одного полупериода, что соответствует двухтактному режиму АВ.
При расчёте оконечного каскада основными исходными величинами являются мощность усилителя , сопротивление его нагрузки,нижняя и верхняя рабочие частоты и , коэффициент гармоник . Заданная мощность в нагрузке обеспечивается выбором напряжения источника питания и типом оконечных транзисторов.
1) Рассчитываем необходимое значение напряжения источника питания, задаваясь величиной коэффициента использования напряжения и :
2) Расчёт амплитуды коллекторного тока и напряжения на нагрузке:
3) Постоянное и переменное напряжение в выходной цепи каскада создают максимальное напряжение между коллектором и эмиттером:
4) Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе одного транзистора в режиме Б, равна
Предельная частота оконечных транзисторов должна быть в 2...3 раза выше верхней рабочей частоты, т. е.
По рассчитанным данным выбираем комплементарную пару транзисторов VT3, VT4. При этом рассчитанные данные не должны превышать соответствующих максимально допустимых данных выбранного типа транзистора.
Из справочника также находим и характеристики выбранных транзисторов. КТ-817 Б - n-p-n проводимость
КТ-816 Б - p-n-p проводимость
5) На выходных характеристиках транзисторов проводим нагрузочную прямую через точки :
и
По площади треугольника со сторонами определяем фактически отдаваемую оконечными транзисторами мощность:
То есть заданная мощность в нагрузке обеспечивается.
Уточняем фактический коэффициент использования напряжения:
Для каждого транзистора по выходным характеристикам определяем амплитуду базового тока , соответствующую амплитуде .
КТ 816 Б: 40 мА
КТ 817 Б: 80 мА
3. Выбор предоконечных транзисторов
Амплитуда переменной составляющей тока коллектора предоконечных транзисторов:
КТ 816 Б:
КТ 817 Б:
Выберем
Для того, чтобы получить достаточно низкий уровень переходных искажений, выбираем наименьшую допустимую величину тока покоя:
Тогда сопротивления резисторов R20 и R21 будут равны (падение напряжения на резисторах R20 и R21 порядка 0,4 В):
Мощность, рассеиваемая на каждом предоконечном транзисторе при отсутствии сигнала, равна . Так как базовая цепь оконечных транзисторов потребляет мощность , то предоконечные транзисторы с учётом потерь в резисторах R20 и R21 должны отдавать мощность , что приводит к дополнительному рассеиванию мощности . В результате предоконечные транзисторы выбираем по величине максимальной рассеиваемой мощности:
Кроме того, при выборе транзисторов учитываем величины и .
По рассчитанным данным выбираем комплементарную пару транзисторов VT1 и VT2 с идентичными характеристиками:
КТ 814 А – p-n-p проводимость
КТ 815 А –n-p-n проводимость
Определив по справочнику величину , рассчитываем токи базовой цепи:
По входным характеристикам для транзисторов VT1 и VT2 определяем величины , , и .
Находим напряжение смещения между базами транзисторов VT1 и VT2:
,
где
Напряжение смещения обеспечивается диодами. Для того чтобы при максимальном входном сигнале диоды не запирались, выбираем ток смещения:
Для обеспечения малого значения тока покоя транзисторов между базами транзисторов VT1 и VT2 следует приложить постоянное напряжение . Это достигается с помощью диодов, установленных в цепи управления базы VT1 и VT2. Резисторы R22 и R23 задают необходимый ток смещения.
По статическим характеристикам выбранного типа диода находим соответствующее току напряжение на диоде. Сопоставляя последнюю величину с напряжением , определяем необходимое число диодов, нам необходимо 2 диода.
Выбираем диоды типа Д9Е.
Выберем R22=R23=2 кОм
Для определения нелинейных искажений оконечного каскада необходимо построить сквозную динамическую характеристику, устанавливающую зависимость тока в нагрузке от входного напряжения каскада , т. е. . Обычно вначале строится сквозная характеристика только для одного плеча, а затем с учётом возможной асимметрии плеч строится характеристика для каскада в целом. Связано это с тем, что весьма большая глубина обратной связи в таких схемах эффективно нивелирует малые расхождения в действительной форме характеристик плеч. С учётом присущей эмиттерному повторителю обратной связи входное напряжение:
Для построения сквозной характеристики одного плеча достаточно трёх точек. Первая точка соответствует току и входному напряжению:
Для второй точки может быть выбрано значение тока . По выходным характеристикам оконечного транзистора определяем ток , а по входным характеристикам – напряжение .
Третья точка соответствует значениям тока
и .
1)
Для КТ816Б:
КТ817Б:
2)
КТ816Б:
3)
По трём точкам строим сквозную характеристику для одного плеча. Ток соответствует амплитуде входного сигнала:
Значения токов являются исходными для определения сквозной динамической характеристики.
Так как параметры оконечных транзисторов отличаются не более чем на %, то при определении сквозной динамической характеристики каскада в целом следует принимать коэффициент асимметрии b=0,15
Страницы: 1, 2
