Усилитель звуковой частоты для стационарной аппаратуры 2-степени сложности

 БГУИР

Факультет радиотехники и электроники

Кафедра радиотехнических устройств

                   К защите допускаю 

      Руководитель проекта  Зоров Ю. В.

                                                                                        “      ”  мая    1999 года

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

 к курсовой работе

по теме:

“Усилитель звуковой частоты для стационарной

аппаратуры 2-степени  сложности.”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Студент группы 640103

Яцынович М.Н.

 

Руководитель проекта 

Подпись

 

 

 

Минск 1999г.

Содержание

Введение__________________________________________________3

1 Выбор, обоснование  и предварительный  расчет  структурной

схемы усилителя___________________________________________6

2 Полный электрический расчет усилителя_____________________7

2.1. Расчет усилителя мощности_________________________7

2.1.1. Выбор схемы усилителя мощности____________ 7

2.1.2. Выбор цепи термостабилизации_______________8

2.1.3. Расчет оконечного каскада___________________ 8

2.1.4. Расчет предоконечного каскада_______________ 10

2.1.5. Расчет входного каскада_____________________ 12

2.2. Расчет узлов предварительного  усилителя_____________16

2.2.1. Расчет мостового  регулятора тембра___________16

2.2.2. Расчет каскадов  предварительного усиления ___ 18

2.2.3. Расчет регулятора  громкости_________________ 24

3 Поверочный расчет на ЭВМ  основных характеристик

усилителя_________________________________________________24 

Заключение_______________________________________________ 29

Список литературных источников____________________________ 30

Приложение_______________________________________________31

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Управление в современной технике  обычно характеризуется тем, что мощность значительно превышает мощность, требующуюся для управления. Вместе с тем формы управляющей и управляемой энергии в одних случаях одинаковы, в других различны.

К частному виду управления энергией относится усиление. Отличительными особенностями усиления являются, с одной стороны, превышение управляемой мощности над управляющей, с другой стороны, плавность процесса усиления. Устройство, предназначенное для этой цели, называется усилительным устройством или просто усилителем. Управляющая мощность носит название мощности возбуждения усилителя, или входной мощности; управляемая мощность – мощности потребляемой от источника питания.

Усилители сигналов находят  широкое применение во многих отраслях науки и техники. Они используются в радиовещании, радиосвязи, телевидении, дальней связи по проводам, радиолокации, радионавигации, измерительной, вычислительной технике и так далее.

Всякий усилитель характеризуется  полосой пропускания от до . Усилители, у которых нижняя частота пропускания равна нулю, называются усилителями постоянного тока. Усилители переменного тока имеют .

Для усиления низкочастотных сигналов используются усилители низкой частоты, иначе называемые апериодическими усилителями; в соответствии с этим усилители высокой частоты, иначе избирательные усилители,  применяются для усиления высокочастотных сигналов.

К усилителям низкой частоты  относятся усилители постоянного  тока, усилители звуковой частоты, усилители телевизионных сигналов, получившие название видеоусилителей, и другие.

Усилители высокой частоты  подразделяются на резонансные и  полосовые. В частности усилитель  промежуточной частоты супергетеродивного радиоприемника обычно представляет собой полосовой усилитель, у которого зависимость усиления от частоты в большей степени  приближается к идеальной прямоугольной форме, чем у резонансного усилителя.

В зависимости от вида усиливаемых сигналов усилители  как низкой так и высокой частоты подразделяются на усилители гармонических сигналов и усилители импульсных сигналов.

По типу усилительных элементов  усилители делятся на ламповые, диэлектрические, магнитные, транзисторные ина интегральных микросхемах.

По области применения – микрофонные, трансляционные, измерительные, телевизионные, магнитофонные, радиолакационные и так далее.

Простейший усилитель  содержит один усилительный элемент. При  необходимости получения усиления большего, чем может обеспечить один элемент, используется более развитой усилитель, содержащий несколько усилительных элементов. Усилительный элемент и относящиеся к нему элементы связи и питания образуют усилительный каскад. Таким образом, в общем случае усилитель содержит несколько усилительных каскадов, сокращенно каскадов. Основой каскада являются сам усилительный элемент; какие именно из элементов являются элементами связи данного каскада ( усилительного элемента ), устанавливают, исходя из наиболее удобных соотношений для анализа и расчета.

Первые каскады усилителя работают при относительно низком напряжении сигнала и носят название каскадов предварительного усиления иначе каскадов усиления напряжения, их основным назначением является повышение уровня сигнала.

Выходная мощность, отдаваемая в нагрузку, создается оконечным каскадом, представляющий собой каскад усиления мощности. У усилителей со сравнительно большой входной мощностью, предоконечный каскад, так же как и оконечный, является каскадом усиления мощности.

В дальнейшем рассмотрим построение и расчет усилителя мощности для стационарной аппаратуры второй группы сложности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Выбор, обоснование и предварительный  

расчет  структурной схемы усилителя.

Укрупненная структурная схема  усилителя сигналов звуковой частоты имеет вид:

 

         Источник                 Предвари-               Усилитель                      Нагрузка

          сигнала                       тельный                  мощности                           

                                усилитель                

рис1.1. 

Сигнал от источника  сигнала (рис1) поступает на предварительный  усилитель, который осуществляет усиление сигнала по напряжению до уровня 0,1..1В, необходимого для работы усилителя мощности. Кроме того, в предварительном усилителе осуществляется оперативные регулировки уровня сигнала (громкости) и тембра (коррекция АЧХ). Усилитель мощности обеспечивает основное усиление мощности до уровня, заданного в техническом задании.

Определим число каскадов, необходимых для усилителя:

1. Определим номинальный сквозной коэффициент передачи:

2. Задаемся необходимым запасом усиления для обеспечения заданных характеристик усиления:

а) на введение ООС запас  численно равен глубине обратной связи F, обеспечивающей снижение нелинейных искажений оконечного каскада усилителя до установленного заданием предела:

- коэффициент гармоник оконечного каскада без отрицательной обратной связи

 

      б) запас на регулировку тембра, определяемый коэффициентом коррекции частотной характеристики:

      в) технологический запас, учитывающий разброс параметров компонентов:

 

3. определим требуемый сквозной коэффициент усиления:

 

 

 

4. определяем число каскадов усиления по напряжению:

получили  ;

5. определяем необходимость мер по согласованию цепей передачи сигнала  в усилительном тракте.

Для уменьшения потерь в цепи источника сигнала входное сопротивление усилителя должно удовлетворять условию

Как видно из полученных значений входного сопротивления усилителя, в первом каскаде должен быть применен полевой транзистор по схеме общий исток (100..1000 kOm) или по схеме общий сток (1000..10000 kOm)

6. определяем места включения регулировок:

регулятор усиления, так  как  нужно поставить после первого каскада усиления напряжения; регулятор тембра чувствителен к изменению сопротивления внешних цепей, поэтому от регулятора усиления его нужно отделить хотя бы одним каскадом усиления.

Полученная схема представлена на рис1.2.

 

                                                                          

                                     ФП                                               БП

 

   

     КПУ1      РУ       КПУ2      РТ                        ВК         ПОК       ОК               выход

 

Вход_ 

       ООС

        

Рис 1.2.

На Рис2. Приняты следующие  обозначения: РУ – регулятор усиления; КПУ – каскады предварительного усиления; РТ – регулятор тембра; ВК входной каскад усилителя мощности; ПОК – предоконечный каскад УМ; БП – блок питания; ФП – фильтр питания.

 

 

 

 

2. Полный электрический расчет усилителя.
1. Расчет усилителя мощности.

Рис2.1.

На рис2.1. представлена схема усилителя  мощности для аппаратуры второй и  третьей групп сложности.

2.1.2. Выбор цепи термостабилизации.

На приведенной схеме (см. рис2.1) эта цепь была условно обозначена . Она предназначена для создания начального смещения на базах транзисторов выходного каскада. В процессе нагрева их параметры существенно изменяются, что влечет за собой изменение режимов и нарушение работы всей схемы. Цепь в зависимости от температурного режима изменяет напряжение смещения так, чтобы компенсировать изменение параметров транзисторов.

Схема на диоде.

Диод при этом обязательно должен иметь надежный контакт с радиатором, на котором установлены выходные транзисторы, иначе термостабилизации попросту не будет.

Диодов может быть несколько, при  этом они включаются последовательно.

Данная схема обеспечивает достаточную  температурную стабильность в диапазоне  температур 0 .. 40  .

 

Схема представлена на Рис2.2.

 

Рис2.2.

 

 

2.1.3. Расчет оконечного каскада.

1.Определяем амплитуду  напряжения и тока на нагрузке:

2.Определяем напряжение источника питания:

где =1..3 В –остаточное напряжение на полностью открытом транзисторе выходного каскада при P=1..10 Вт, но всегда >0,4..0,7 В. должно иметь запас 10..15% тоесть:

 выбираем из стандартного  ряда 

При данных условиях можно реализовать  усилитель по бестрансформаторной  схеме, так как максимальная мощность обычного двухтактного каскада больше мощности указанной в техническом задании.

3.Определяем максимальную  мощность, рассеиваемую на коллекторах  выходных транзисторов:

 

4.Определяем желаемый  коэффициент усиления по току для выходных транзисторов:

где =16мВт – выходная мощность предоконечного каскада, работающего в режиме А:

5.Выбираем транзисторы оконечного  каскада (VT3,VT4) по следующим параметрам:

По ранее рассчитанным параметрам выбираем транзисторы VT3 и VT4:

VT3: КТ 829А    (n-p-n)

VT4: КТ 853А    (p-n-p)      

  6. Необходимо проверить, смогут ли выходные транзисторы нормально работать без дополнительного теплоотвода. Максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе   при заданной температуре окружающей среды

 и отсутствии радиатора  определяется выражением:

    

где соответственно max рабочая температура перехода коллектор-база, тепловое сопротивление промежутка переход-среда.

Согласно условиям эксплуатации данные транзисторы должны работать с дополнительными  теплоотводами, т.е. с радиаторами. Тепловое сопротивление радиатора и площадь его поверхности определяется  с помощью следующих выражений:

 

 

 

 

7. Определяем постоянный ток и мощность, потребляемые от источника питания, и коэффициент полезного действия:

8. Дополнительный расчет оконечного каскада:

 9. Результаты расчета оконечного каскада

  Тип            

 VT3   n-p-n        60            8          100        750     ----         7    

VT4   p-n-p        60            8          100        750     ----         7

       

Примечание: * с применением радиатора.

 

2.1.4. Расчет предоконечного каскада.