Усилитель звуковой частоты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема:Усилитель звуковой частоты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение                                                                                                            3

Технические условия                                                                                       4

1.Обоснование  и расчет структурной  схемы усилителя                              51.1Определение мощности сигнала на входе усилителя                              5

1.2 Определение коэффициента усиления  всего усилителя                         5

1.3 Предварительный выбор схемы  выходного каскада, усилительного  прибора, коэффициента усиления  по мощности                                          6

1.4 Ориентировочное определение  числа каскадов усилителя                  7

2.Разработка и расчет принципиальной  схемы усилителя                          8

2.1 Разработка принципиальной  схемы усилителя                                      8

2.2 Расчет принципиальной  схемы  усилителя                                             9

2.2.1 Определение величины  напряжения источника питания                   9

2.2.2. Выбор коллекторного  тока оконечных транзисторов                        9

_{2.2.3 Выбор тока покоя оконечных транзисторов                                        9}

_{2.2.4 Определение  максимальной мощности  коллекторного перехода     10}

_{2.2.5 Выбор  типа оконечныхтранзистров                                                     10}

2.2.6 Определение максимального  коллекторного тока предоконечных  транзисторов                                                                                                     11

2.2.7 Определение мощности  предоконечных транзисторов                       11

_{2.2.8 Выбор типа предоконечных транзисторов                                            11}

2.2.9 Определение емкости  разделительного конденсатора                        12

_{2.2.10 Определение  величины  сопротивления  резистора                            12}

_{2.2.11 Определение  частотных искажений                                                     13}

_{2.2.12 Определение  коэффициента нелинейных  искажений                        13}

_{3.Заключение                                                                                                     14}

_{4.Список  использованных источников                                                           15}

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

     Усилители низкой  частоты (УНЧ) предназначены для  усиления непрерывных периодических  сигналов. Частотный спектркоторых лежит в пределах от десятков герц до десятков килогерц. Современные УНЧ выполняются преимущественно на биполярных и полевых транзисторах в дискретном или интегральном исполнении. Назначение УНЧ в конечном итоге состоит в поучении на заданном сопротивлении нагрузочного устройства требуемой мощности усиливаемого сигнала. Большинство источников входного сигнала развивают низкое напряжение. Поэтому в состав структурной схемы усилителя кроме выходного каскада, отдающего необходимую мощность в нагрузку, как правило, входят предварительные каскады усиления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Выходная мощность –25 Вт

Коэффициент нелинейных искажений –  4%

Диапазон рабочей частоты –  60-20000 Гц

Коэффициент частотных искажений –Мн =Мв= 1,2 

Сопротивление нагрузки (тип громкоговорителя) – 4 Ом

Напряжение источника питания(выбрать)  - 9 В

Диапазон рабочих температур -0°С +45°С

Амплитуда входного сигнала -  100 мВ                       

Сопротивление источника сигнала - 50  к О м

 

 

1. ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ

 

В связи с тем, что напряжение входного сигнала очень мало - 0,1В. Такой сигнал подавать на вход каскада усилителя мощности не имеет смысла. При таком слабом управляющем напряжении невозможно получить значительное изменение выходного тока, а значит, и заданной выходной мощности. Поэтому в состав структурной схемы усилителя кроме выходного каскада, отдающего требуемую мощность (25 Вт) полезного сигнала в нагрузку, как правило. Входят предварительные каскады усиления. Структурная схема усилителя показана на рисунке 1.1.

 

 

Рисунок 1.1- Структурная схема усилителя

1.1Определение мощности сигнала на входе усилителя.

Находим мощность сигнала на входе усилителя. При этом учитываем, что наибольшую мощность источник сигнала отдает в цепь нагрузки в том случае, когда сопротивление нагрузки оказывается равным внутреннему сопротивлению источника. В этом случае:

(Вт),         (1.1)

где U_вх– действующее напряжение источника сигнала;

R_и – внутреннее сопротивление источника сигнала;

     ЗаданоR_и = 50 кОм.

По формуле (1.1) определим  входную мощность сигнала 

(Вт)

      1.2 Определение коэффициента усиления всего усилителя. Определяем требуемый коэффициент усиления по мощности всего усилителя. В общем случае входное сопротивление  первого каскада усилителя отличается от сопротивления источника сигнала, а оптимальное сопротивление нагрузки е равно фактическому сопротивлению нагрузки оконечного устройства, кроме этого в усилителе используются  регуляторы уровня сигнала – все это вносит определенное затухание  в передаваемый сигнал. Рассчитываем коэффициент усиления по мощности.

                              (1.2)

_{где kрег. –коэффициент передачи регулятора уровня сигнала (kрег.= 0,4);}

Считаем, что трансформаторы на входе и выходе усилителя отсутствуют.

По формуле (1.20) получаем

     _{Выражаем коэффициент  усиления по мощности  в децибелах}

 

(1.3)

 

     1.3 Предварительный выбор схемы выходного каскада, усилительного прибора, коэффициента усиления по мощности.

Предварительно выбираем схему выходного каскада, тип усилительных приборов и ориентировочную величину коэффициента усиления по мощности для выходного каскада из следующих соображений:

а) при заданной выходной мощности Р_вых< 50 мВт обычно используют однотактную схему в классе А на маломощных транзисторах;

б) При Р_вых 0,2 Вт используют в основном двухтактную схему в классе АВ;

в) при Р_выхот 0,2 и выше применяют двухтактную схему в классах В и АВ на мощных транзисторах;

В связи с тем, что заданная выходная мощность равна 25 Вт, выходной каскад будет построен по двухтактной схеме в классе В или АВ на мощных транзисторах.

     Тип транзистора для входного каскада выбираем исходя из условий максимально допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе выходного транзистора. Для этого определяем мощность, которую должен отдавать в нагрузку транзистор выходного каскада по формуле:

                            _(1.4)

где ₌ – выходная мощность транзистора;

- КПД выходного трансформатора (трансформатор отсутствует);

Находим мощность, потребляемую коллекторной цепью от источника  питания:

                                      (1.5)

_{где ηвых.каск. – КПД выходного каскада (=0,6…0,7).}

     По найденному  значению Р_к,выбираем тип транзистора выходного каскада. При этом должно выполняться условия:

(1.6)

  (1.7)

     где f_в  - верхняя частота усиливаемого диапазона частот;

f_h21э – предельная частота коэффициента передачи тока биполярного транзистора;

     Выбираем транзистор  –КТ801А. Данные транзистора приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 -Основные параметры транзистора КТ801А

Постоянный ток коллектора, А	2
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора, Вт	5
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер, В	30
Статический коэффициент  передачи тока в схеме с ОЭ	20-100
Граничная частота передачи тока в схеме с ОЭ, МГц	10

 

     1.4 Ориентировочное определение числа каскадов усилителя.

Определяем ориентировочное  число каскадов n и составляем структурную схему усилителя. При этом считаем, что каждый каскад, включенный по схеме с общим эмиттером (ОЭ) может обеспечить усиление мощности примерно на 20 дБ. Тогда:

      (1.8)

На основании предварительного расчета структурная схемаусилителя представленная на рисунке 1.1 изменится и примет следующий вид. Структурная схема усилителя представлена на рисунке 1.2.

 

Рисунок 1.2- Структурная схема усилителя

2. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ

 

2.1 Разработка принципиальной  схемы усилителя.

     В качестве  выходного каскада выбираем выходной  бестрансформаторный каскад. Выходной  каскад работает на низкоомную  нагрузку R_н = 8 Ом. Включение нагрузки непосредственно в выходную цепь усилительных элементов без выходного трансформатора позволяет избавиться от от частотных и нелинейных искажений, вносимых трансформатором. Кроме того, за счет применения отрицательной обратной связи улучшается устойчивость работы усилителя. Бестрансформаторные выходные каскады экономичны,  имеют малые габариты и массу, широкий диапазон частот. Высокие качественные показатели имеют каскады, в которых используются транзисторы различного типа проводимости (комплементарные пары) с достаточно близкими значениями параметров. Для заданных значений в курсовом проекте вполне пригодны германиевые транзисторы типа ГТ402Д и ГТ404Д. Но эти транзисторы германиевые и стабильность их работы сильно зависит от температуры. В настоящее время этот тип транзисторов не производится промышленностью уже 35 лет. Новых транзисторов с близкими параметрами на территории СНГ не разработано и не выпускается. Аналогичные транзисторы импортного производства имеются, но вольт-амперные входные и выходные характеристики не публикуются. Принимаем следующую схему: оконечный каскад на кремниевых транзисторах структуры n-p-n, а предвыходной каскад  на кремниевых транзисторах разной структуры, выполняющий роль фазоинвертора сигнала.

Принципиальная схема  будет иметь вид, показанный на рисунке 2.1.

 

 

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема оконечного каскада

 

2.2 Расчет принципиальной схемы  усилителя

     2.2.1 Определение величины напряжения источника питания

Определяем величину напряжения источника питания – она задана и равна 9В.

     2.2.2. Выбор коллекторного тока оконечных транзисторов

Выбираем максимальное значение коллекторного тока оконечных транзисторов VT3 и VT4:

_(2.1)

_{2.2.3Выбор тока покоя оконечных транзисторов}

_{Выбираем  значение тока покоя (тока рабочей точки) оконечных  транзисторов:}

_(2.2)

     _{2.2.4 Определение максимальной мощности коллекторного перехода}

_{Определяем максимальную мощность, рассеиваемую коллекторным переходом каждого из оконечных транзисторов:}

_(2.3)

_{2.2.5 Выбор типа оконечныхтранзистров}

_{По полученным значениям Ек,PКmaxрасч., IКmaxрасч.и заданному значению fв выбираем тип оконечных транзисторов VT3 и VT4. При этом необходимо, чтобы максимально допустимые значения соответствующих параметров транзисторов превышали расчетные значения, т.е.}

_(2.4)

_(2.5)

_(2.6)

_{Обратный  ток коллектора выбранного транзистора должен быть минимален, пределная  частота усиления транзистора должна превышать верхнюю}

_{частоту заданного частотного диапазона не менее  чем в два раза.}

_(2.7)

_{Из справочника  выбираем транзистор КТ801Б.}

_{Справочные  данныетранзистора КТ801А приведены в таблице 2.1.}

 

_{Таблица2.1 - Справочные данные транзистора КТ801А}

 

Параметр	Значение
Постоянное  напряжение Uкэ,В	30
Постоянный  ток коллектора Iк, А	2
Постоянная  рассеиваемая мощность коллектора Pк, Вт	5
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме  с ОЭ, fгр., МГц	10
Статический коэффициент передачи тока в схеме с  ОЭ	20…100
Обратный  ток коллектора, мА	20