Разработка усилителя звуковой частоты

     Содержание

    1.  Техническое задание 

    2.  Рецензия 

    3.  Введение                                   

    4.  Эскизный расчет усилителя звуковой  частоты              

    4.1. Выбор входного и выходного  устройств

    4.2. Выбор и эскизный расчет оконечного  каскада

    4.3. Эскизный расчет цепей отрицательной обратной связи

    4.4. Выбор и эскизный расчет каскадов  предварительного усиления

    4.5. Выбор схем питания каскадов  и межкаскадных связей

    4.6. Эскизный расчет вспомогательных  цепей

    4.7. Составление структурной и принципиальной схем УЗЧ

    4.8. Распределение частотных искажений  по элементам схемы

    5.  Детальный расчет элементов электрической  схемы УЗЧ       

    5.1. Расчет оконечного каскада 

    5.1.1. Расчет двухтактного трансформаторного  каскада в режиме класса В      

    5.2. Расчет предварительного усилителя         

    5.2.1. Расчет парофазного каскада с  разделенной нагрузкой 

    5.2.2. Расчет эмиттерного повторителя          

    5.2.3. Расчет регуляторов тембра

    5.2.3.1 Расчет двухстороннего тембра  высоких частот

    5.2.3.2 Расчет двухстороннего тембра нижних частот          

    5.2.4. Расчет каскада с RC связью, включенного  по схеме ОЭ   

    5.2.5. Расчет каскада с RC связью, включенного  по схеме ОЭ 

    5.2.6. Расчет каскада с RC связью, включенного  по схеме ОЭ 

    5.2.7. Расчет эмиттерного повторителя

    5.3. Расчет вспомогательных цепей усилителя    

    5.3.1. Расчет регулятора усиления                

    5.3.2. Расчет разделительных конденсаторов   

    5.3.3. Расчет блокировочных конденсаторов    

    5.3.4. Расчет R_ФC_Ф-фильтров    

    6.  Расчет показателей спроектированного  усилителя  

    6.1. Расчет коэффициента усиления  УЗЧ по мощности и согласования

    его с источником сигнала   

    6.2. Расчет и построение АЧХ УЗЧ    

    7.  Заключение       

    8.  Структурная схема УЗЧ 

    9.  Принципиальная электрическая схема  УЗЧ (эскизная)  

    10.  Принципиальная электрическая схема УЗЧ 

 

2.РЕЦЕНЗИЯ

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

3.Введение

   Усилитель звуковых частот (УЗЧ) — прибор (электронный усилитель) для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот, таким образом к данным усилителям предъявляется требование усиления в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц по уровню -3 дБ, лучшие образцы УЗЧ имеют диапазон от 0 Гц до 200 кГц, простейшие УЗЧ имеют более узкий диапазон воспроизводимых частот. Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств — телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.

   Усилители низкой частоты наиболее широко применяются  для усиления сигналов, несущих звуковую информацию, в этих случаях они называются, также, усилителями звуковой частоты, кроме этого УНЧ используются для усиления информационного сигнала в различных сферах: измерительной технике и дефектоскопии; автоматике, телемеханике и аналоговой вычислительной технике; в других отраслях электроники. Усилитель звуковых частот обычно состоит из предварительного усилителя и усилителя мощности (УМ). Предварительный усилитель предназначен для повышения мощности и напряжения и доведения их до величин, нужных для работы оконечного усилителя мощности, зачастую включает в себя регуляторы громкости, тембра или эквалайзер, иногда может быть конструктивно выполнен как отдельное устройство. Усилитель мощности должен отдавать в цепь нагрузки (потребителя) заданную мощность электрических колебаний. Его нагрузкой могут являться излучатели звука: акустические системы (колонки), наушники (головные телефоны); радиотрансляционная сеть или модулятор радиопередатчика. Усилитель низких частот является неотъемлемой частью всей звуковоспроизводящей, звукозаписывающей и радиотранслирующей аппаратуры.

 

4. Эскизный расчет усилителя звуковой частоты

 

           4.1. Выбор входного и выходного устройств         

Таблица 1

Тип трансформатора	, Вт	к.п.д. трансформатора
		стационарные	портативные
выходной	менее 1 1…10 более 10	0,70…0,80 0,75…0,85 0,85…0,93	0,60…0,75 0,70…0,80 0,75…0,85
входной либо межкаскадный	–	0,65…0,80

 

          Из таблицы 1 выбираем выходной трансформатор с =0,75.

                                        

4.2. Выбор и эскизный  расчет оконечного  каскада        Выбор схемы оконечного каскада производится по заданной мощности Рвых и коэффи-циенту нелинейных искажений Kг. При этом проверяют  способ подключения нагрузки (не-посредственно или через трансформатор); схему каскада (однотактная или двухтактная); схему включения транзистора по переменному току (ОЭ, ОБ или ОК); режим работы усили-тельного элемента (А, АВ или В).     В качестве оконечного каскада мы будем  использовать 2х тактный трансформаторный каскад в режиме класса B. Трансформаторный каскад хорошо согласует Rвых усилителя с сопротивлением нагрузки Rн, но громоздок, дорог, обладает повышенными линейными и нелинейными искажениями, в УЗЧ с таким каскадом трудно реализовать глубокую ООС.       Вт      = В; округляем до 20 В; =20 В       А ;    В     Транзисторы для оконечного каскада выбираются по справочным параметрам УЭ:     – максимальной допустимой мощности рассеивания на коллекторе       Вт     при этом максимальная мощность рассеивания  на коллекторе должна быть скорректирована с учетом нагрева УЭ при работе:      ,     где – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора при температуре , обычно 0С;      – максимальная температура коллекторного  перехода, справочная величина      – максимальная температура окружающей среды ;     – максимально допустимому напряжению коллектор–эмиттер      В;     – максимальному допустимому току коллектора      мА;     – верхней граничной частоте      кГц     Проанализировав справочную информацию, выбираем транзистор КТ815В:       В,  А, , Вт.      , В,

4.3. Эскизный расчет  цепей отрицательной  обратной связи        Вопрос  о применении цепей ООС для  снижения величины нелинейных искажений  в оконечном каскаде фактически определяется величиной допустимых в ТЗ нелинейных искажений. Для этого следует найти глубину ООС, определяемой из условия снижения Кг до нормы:          Fнл > 1 – в УЗЧ требуется введение отрицательной обратной связи, поскольку уровень нелинейных искажений больше заданного в ТЗ.

 

    

4.4. Выбор и эскизный  расчет каскадов  предварительного  усиления       Выбирают  входной каскад и ориентировочно задаются его входным сопротивлением (табл. 2), исходя из значения сопротивления генератора, заданного в ТЗ.    Таблица 2 значение  внутреннего  сопротивления генератора ориентировочное значение сопротивления входного каскада рекомендуемый входной каскад при Rг < 10 кОм Rвх= 1 кОм    каскад с ОЭ при Rг = (10…100) кОм Rвх = 20 кОм каскад с  ОК при Rг > 100 кОм Rвх = 1 МОм каскад с  ОИ         Rг = 68 кОм, следовательно Rвх = 20 кОм, каскад с ОК.     Определяют  входную мощность усилителя       Вт     Необходимое усиление по мощности каскадов предварительного усиления :          где  – коэффициент усиления по мощности всего УЗЧ;        Км вх – коэффициент передачи по мощности входной цепи, при использовании RC-связи его значение Км вх = 1;     Км ок = 4950 – коэффициент усиления по мощности оконечного каскада;     Км вых – коэффициент передачи по мощности выходной цепи, при использовании выходного трансформатора Км вх = тр =0,75;     В= 2…3 – коэффициент запаса, учитывающий разброс параметров и старение деталей, а также погрешности ориентировочных расчетов.     Определяем  выражение для расчета коэффициента усиления по мощности КПУ через параметр в общем виде:          Затем находим подходящий транзистор по типовому коэффициенту усиления по току:          По  данному параметру нам подходит транзистор КТ312Б, имеющий  . КТ312Б: В,  мА, , Вт, .

4.5. Выбор схем питания  каскадов и межкаскадных связей      Схемы питания транзисторов отдельных  каскадов рекомендуется ориентировочно выбирать, пользуясь табл. 3, где диапазон изменения температур ∆Т выбирается наибольшим из двух значений: или  .         Таблица 3 ∆Т, град Транзисторы из кремния      Транзисторы из германия      низкочастотные      высокочастотные      предлагаемая  стабилизация точки покоя 5 коллекторная      эмиттерная      коллекторная       10 коллекторная эмиттерная       коллекторная 15 коллекторная      эмиттерная эмиттерная       20 коллекторная      эмиттерная эмиттерная      25 эмиттерная эмиттерная эмиттерная      > 25 комбинированная              Для оконечного каскада, работающих в режиме класса АВ, применим схему эмиттерной стабилизации.

4.6. Эскизный расчет  вспомогательных  цепей        Вспомогательные цепи – это регуляторы усиления и тембра, а также фильтры  RфCф в цепях питания.     В качестве регулятора тембра применим двухсторонний регулятор тембра нижних и верхних частот (в соответствии с требованиями ТЗ), а для регулировки усиления будем использовать потенциометрический регулятор в цепи базового делителя во входном каскаде.

4.7. Составление структурной  и принципиальной  схем УЗЧ     Структурная схема усилителя (рис.1) составляется на основании эскизных расчетов оконечного каскада, предварительных каскадов, цепей ООС, вспомогательных цепей, а также выбора входного устройства усилителя.