Підсилювач звукової частоти для стаціонарної апаратури 2 го ступеня складності

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

БДУІР
Факультет радіотехніки та електроніки
Кафедра радіотехнічних пристроїв

До захисту допускаю

Керівник проекту

Пояснювальна записка
до курсової роботи
по темі:
"Підсилювач звукової частоти для стаціонарної
апаратури 2-якого ступеня складності. "
Студент групи 640103
Керівник проекту
Підпис


Зміст

Введення

1 Вибір, обгрунтування і попередній розрахунок структурної схеми підсилювача
2 Повний електричний розрахунок підсилювача
2.1. Розрахунок підсилювача потужності
2.1.1. Вибір схеми підсилювача потужності
2.1.2. Вибір ланцюга термостабілізації
2.1.3. Розрахунок кінцевого каскаду
2.1.4. Розрахунок предоконечного каскаду
2.1.5. Розрахунок вхідного каскаду
2.2. Розрахунок вузлів попереднього підсилювача
2.2.1. Розрахунок мостового регулятора тембру
2.2.2. Розрахунок каскадів попереднього підсилення
2.2.3. Розрахунок регулятора гучності
3 перевірочний розрахунок на ЕОМ основних характеристик підсилювача
Висновок
Список літературних джерел
Додаток

Введення

Управління у сучасній техніці зазвичай характеризується тим, що потужність значно перевищує потужність, необхідну для управління. Разом з тим форми керуючої і керованої енергії в одних випадках однакові, в інших різні.
До приватного виду управління енергією належить посилення. Відмінними рисами посилення є, з одного боку, перевищення керованої потужності над керуючою, з іншого боку, плавність процесу посилення. Пристрій, призначений для цієї мети, називається підсилювальним пристроєм або просто підсилювачем. Керуюча потужність носить назву потужності порушення підсилювача, або вхідний потужності; керована потужність - потужності споживаної від джерела живлення.
Підсилювачі сигналів знаходять широке застосування в багатьох галузях науки і техніки. Вони використовуються в радіомовленні, радіозв'язку, телебаченні, телекомунікації по проводах, радіолокації, радіонавігації, вимірювальної, обчислювальної техніки і так далі.
Всякий підсилювач характеризується смугою пропускання від до . Підсилювачі, у яких нижня частота пропускання дорівнює нулю, називаються підсилювачами постійного струму. Підсилювачі змінного струму мають .
Для посилення низькочастотних сигналів використовуються підсилювачі низької частоти, інакше звані апериодическими підсилювачами; відповідно до цього підсилювачі високої частоти, інакше виборчі підсилювачі, застосовуються для посилення високочастотних сигналів.
До підсилювачів низької частоти відносяться підсилювачі постійного струму, підсилювачі звукової частоти, підсилювачі телевізійних сигналів, що отримали назву відеоусілітелей, та інші.
Підсилювачі високої частоти поділяються на резонансні і смугові. Зокрема підсилювач проміжної частоти супергетеродівного радіоприймача звичайно являє собою смуговий підсилювач, у якого залежність посилення від частоти більшою мірою наближається до ідеальної прямокутній формі, ніж у резонансного підсилювача.
Залежно від виду підсилюються сигналів підсилювачі як низької і високої частоти поділяються на підсилювачі гармонічних сигналів та підсилювачі імпульсних сигналів.
За типом підсилювальних елементів підсилювачі діляться на лампові, діелектричні, магнітні, транзисторні ина інтегральних мікросхемах.
По області застосування - мікрофонні, трансляційні, вимірювальні, телевізійні, магнітофонні, радіолакаціонние і так далі.
Найпростіший підсилювач містить один підсилювальний елемент. При необхідності одержання посилення більшого, ніж може забезпечити один елемент, використовується більш розвиненою підсилювач, що містить кілька підсилювальних елементів. Підсилювальний елемент і пов'язані з ним елементи зв'язку і живлення утворюють підсилювальний каскад. Таким чином, у загальному випадку підсилювач містить кілька підсилювальних каскадів, скорочено каскадів. Основою каскаду є сам підсилювальний елемент; які саме з елементів є елементами зв'язку даного каскаду (підсилювального елементу), встановлюють, виходячи з найбільш зручних співвідношень для аналізу і розрахунку.
Перші каскади підсилювача працюють при відносно низькій напрузі сигналу і носять назву каскадів попереднього підсилення інакше каскадів посилення напруги, їх основним призначенням є підвищення рівня сигналу.
Вихідна потужність, що віддається в навантаження, створюється прикінцевим каскадом, що представляє собою каскад посилення потужності. У підсилювачів з порівняно великою вхідною потужністю, предоконечного каскад, так само як і крайовий, є каскадом підсилення потужності.
Надалі розглянемо побудову і розрахунок підсилювача потужності для стаціонарної апаратури другої групи складності.

1 Вибір, обгрунтування і попередній розрахунок структурної схеми

підсилювача.

Укрупненная структурна схема підсилювача сигналів звукової частоти має вигляд:

Джерело предварит-Підсилювач Навантаження

сигналу вальний потужності

підсилювач


рис1.1.
Сигнал від джерела сигналу (рис1) надходить на попередній підсилювач, який здійснює посилення сигналу по напрузі до рівня 0,1 .. 1В, необхідного для роботи підсилювача потужності. Крім того, в попередньому підсилювачі здійснюється оперативні регулювання рівня сигналу (гучності) і тембру (корекція АЧХ). Підсилювач потужності забезпечує основне посилення потужності до рівня, заданого в технічному завданні.
Визначимо число каскадів, необхідних для підсилювача:
1) Визначимо номінальний наскрізний коефіцієнт передачі:

2) Задаємося необхідним запасом підсилення для забезпечення заданих характеристик підсилення:
а) на введення ООС запас чисельно дорівнює глибині зворотного зв'язку F, що забезпечує зниження нелінійних спотворень кінцевого каскаду підсилювача до встановленого завданням межі:
- Коефіцієнт гармонік кінцевого каскаду без негативного зворотного зв'язку

б) запас на регулювання тембру, який визначається коефіцієнтом корекції частотної характеристики:

в) технологічний запас, що враховує розкид параметрів компонентів:


3) визначимо необхідний наскрізний коефіцієнт підсилення:

4) визначаємо число каскадів підсилення по напрузі:

отримали ;
5) визначаємо необхідність заходів щодо узгодження ланцюгів передачі сигналу в усилительном тракті.
Для зменшення втрат в ланцюзі джерела сигналу вхідний опір підсилювача має задовольняти умові

Як видно з отриманих значень вхідного опору підсилювача, в першому каскаді повинен бути застосований польовий транзистор за схемою загальний витік (100 .. 1000 kOm) або за схемою загальний стік (1000 .. 10000 kOm)
6) визначаємо місця включення регулювань:
регулятор посилення, так як потрібно поставити після першого каскаду посилення напруги; регулятор тембру чутливий до зміни опору зовнішніх ланцюгів, тому від регулятора посилення його потрібно відокремити хоча б одним каскадом підсилення.
Отримана схема представлена ​​на ріс1.2.
ФП БП



КПУ1 РУ КПУ2 РТ ВК ПОК ОК вихід


Вход_
ООС

Рис 1.2.
На Рис2. Прийняті наступні позначення: РУ - регулятор підсилення; КПУ - каскади попереднього підсилення; РТ - регулятор тембру; ВК вхідний каскад підсилювача потужності; ПОК - предоконечного каскад УМ; БП - блок живлення; ФП - фільтр живлення.


2. Повний електричний розрахунок підсилювача.
3.
3.1. Розрахунок підсилювача потужності.


Ріс2.1.
На ріс2.1. представлена ​​схема підсилювача потужності для апаратури другої і третьої груп складності.
2.1.2. Вибір ланцюга термостабілізації.
На приведеній схемі (див. ріс2.1) ця ланцюг був умовно позначена . Вона призначена для створення початкового зсуву на базах транзисторів вихідного каскаду. У процесі нагрівання їх параметри істотно змінюються, що тягне за собою зміну режимів і порушення роботи всієї схеми. Ланцюг в залежності від температурного режиму змінює напругу зсуву так, щоб компенсувати зміну параметрів транзисторів.
Схема на діод.
Діод при цьому обов'язково повинен мати надійний контакт з радіатором, на якому встановлено вихідні транзистори, інакше термостабілізації просто не буде.
Діодів може бути декілька, при цьому вони включаються послідовно.
Дана схема забезпечує достатню температурну стабільність в діапазоні температур 0 .. 40 .
2.1.3. Розрахунок кінцевого каскаду.
1.Определяем амплітуду напруги і струму на навантаженні:

2.Определяем напруга джерела живлення:

де = 1 .. 3 В-залишкову напругу на повністю відкритому транзисторі вихідного каскаду при P = 1 .. 10 Вт, але завжди > 0,4 ​​.. 0,7 В. повинно мати запас 10 .. 15% тобто:

вибираємо зі стандартного ряду
За даних умов можна реалізувати підсилювач по бестрансформаторних схемою, так як максимальна потужність звичайного двотактного каскаду більше потужності зазначеної в технічному завданні.

3.Определяем максимальну потужність, що розсіюється на колекторах вихідних транзисторів:

4.Определяем бажаний коефіцієнт посилення по струму для вихідних транзисторів:

де = 16мВт - вихідна потужність предоконечного каскаду, що працює в режимі А:

5.Вибіраем транзистори кінцевого каскаду (VT3, VT4) за такими параметрами:

За раніше розрахованим параметрам вибираємо транзистори VT3 і VT4:
VT3: КТ 829А (npn)
VT4: КТ 853А (pnp)
6. Необхідно перевірити, чи зможуть вихідні транзистори нормально працювати без додаткового тепловідводу. Максимально допустима потужність розсіювання на колекторі при заданій температурі навколишнього середовища
і відсутності радіатора визначається виразом:

де відповідно max робоча температура переходу колектор-база, тепловий опір проміжку перехід-середовище.
Згідно з умовами експлуатації дані транзистори повинні працювати з додатковими тепловідведення, тобто з радіаторами. Тепловий опір радіатора і площа його поверхні визначається за допомогою таких висловлювань:


7. Визначаємо постійний струм і потужність, споживані від джерела живлення, і коефіцієнт корисної дії:

8. Додатковий розрахунок кінцевого каскаду:




9. Результати розрахунку кінцевого каскаду
Тип
VT3 npn 60 8100750 ---- 7
VT4 pnp 60 8100750 ---- 7

Примітка: * із застосуванням радіатора.
2.1.4. Розрахунок предоконечного каскаду.
Визначимо напругу зміщення кінцевого каскаду (напругами на резисторах R9 R10 як правило можна знехтувати):

Перейдемо безпосередньо до розрахунку.
1. Задаємося струмом спокою:

2. Вибираємо R8:

З ряду Е12 R8 = 160 (Ом)
3. Розраховуємо R7

З ряду Е12 R7 = 560 (Ом)
4. Вибираємо VT2 за такими параметрами:



Вибираємо транзистор VT2: KT644Б
5. Розрахунок ланцюга зсуву:
а) вибираємо діод за критеріями:


Вибираю діод D223.
У цій схемі добре працює стабілітрон.
Б) визначаємо кількість діодів:

в) визначаємо опір подстроечного резистора:

Коефіцієнт 2 вказує на те, що в номінальному режимі движок резистора буде приблизно в середньому положенні.
6. Визначаємо вхідний опір ПОК. Воно практично визначається вхідним опором транзистора.

7. Визначимо коефіцієнт посилення каскаду по напрузі:

8. Результати розрахунку предоконечного каскаду:


Тип
KT644Б npn 0.28 0.0263 32.4 100 300 0.036


2.1.5. Розрахунок вхідного каскаду
Вихідні дані:
Розглянемо вхідний каскад підсилювача потужності
1. Задаємо постійний струм колектора VT1

Задамо струм колектора
2. Вибираємо VT1 за критеріями:


Транзистор VT1: КТ315Б
3. Розраховуємо R4:

З ряду Е12
4. Розрахунок ланцюга зворотного зв'язку.
Коефіцієнт в даному випадку можна округлити, як коефіцієнт передачі напруги від точки "С" до переходу б'е транзистора VT1:

де
Опір являє собою нижню плече дільника в колі зворотного зв'язку, що складається з паралельного з'єднання опору і вихідного опору транзистора VT1 з боку еммітера :
, Де

Визначимо струм базового дільника:

Виберемо струм
Задаємо падіння напруги на :

Задаємо значення :

З ряду Е12
Визначимо постійний потенціал бази VT1:

Для нормальної роботи необхідно, щоб Перевіряємо

Визначаємо :

З ряду Е12
Визначаємо :

З ряду Е12
Коефіцієнти підсилення предоконечного і вихідного каскадів:


де - Внутрішня крутість транзистора.



Знайдемо

З ряду Е12


Коефіцієнт петлевого посилення дорівнює:

де - Коефіцієнт посилення кінцевого каскаду (VT3 і VT4),
- Предоконечного каскаду (VT2),
- Вхідного каскаду (VT1)

5. Знайдемо вхідний опір каскаду на VT1:

6. Розрахуємо величини ємностей , , і , За формулою:

де - Затухання (в разах)

Розрахуємо ; Для нього

З ряду Е24
Розрахуємо :
Для C3 і С4 розрахунок можна спростити. Ємності С3 і С4 знаходяться в петлі зворотного зв'язку. Спотворення вносяться цими ємностями будуть зменшені в глибину зворотного зв'язку (в F разів), тому їх величини можуть бути розраховані, виходячи з таких міркувань. Опору цих ємностей на нижній частоті діапазону повинні бути помітно менше, ніж R5 і R8 відповідно:

З ряду Е24
Розрахуємо :

З ряду Е24
Розрахуємо для нього і покладемо спотворення вносяться цієї ємністю М = 1дБ

З ряду Е24
7. Визначимо коефіцієнт підсилення по напрузі розрахованого підсилювача потужності:

8. Визначимо необхідну вхідну напругу при номінальній вихідній потужності:

Визначимо

Визначимо :

З ряду Е12
Визначимо : Для усунення можливості самозбудження на високих частотах частотну характеристику коефіцієнта петлевого посилення обмежують за рахунок включення конденсатора , Що визначається за виразом:

З ряду E24
Результати розрахунків занесемо до таблиці:
VT1 тип
КТ315Б npn 50-350 0.1 0.15 20250


Примітка: отримані номінали елементів відповідають схемам наведеним на рис 2.2 і рис 2.3.
2.2. Розрахунок вузлів попереднього підсилювача
2.2.1. Розрахунок мостового регулятора тембру

Схеми підсилювачів потужності, розраховані вище, мають досить високим вхідним сопративление, що дозволяє включати мостовий регулятор тембру безпосередньо на їх вході.
Рис 2.3.
На рис 2.3 представлена ​​схема мостового регулятора тембру.
Номінали елементів отримані в даному пункті відповідають позначенням схеми наведеної на рис 2.3.
Вихідні дані для розрахунку:
а) Визначаємо коефіцієнт корекції у відносних одиницях:

б) Визначаємо частоту розділу:

в) Перевіряємо виконання умови неперекритого зон регулювання



г) Визначаємо опір при допустимої похибки регулювання можна прийняти ;

З ряду Е12
д) Визначаємо номінали резисторів регуляторів НЧ


е) Визначаємо опір буферного резистора

З ряду Е12
ж) Визначаємо номінали ємностей




з) Визначаємо вхідний і вихідний опір РТ:


і) Визначаємо вимога до вихідного опору попереднього каскаду: за похибки РТ на ВЧ можна застосовувати



к) Визначаємо положення движків і , Відповідно лінійної частотної характеристики:


л) Визначимо номінальний коефіцієнт передачі регулятора тембру

м) Визначимо номінальна вхідна напруга РТ:

2.2.2. Розрахунок каскадів попереднього підсилення.
А) Розрахунок КПУ2
Схема каскаду:

Рис 2.4.
На рис 2.4. представлена ​​схема каскаду попереднього підсилення на біполярному транзисторі за схемою з загальним емітером.
Вихідні дані для розрахунку:

Перейдемо безпосередньо до розрахунку.
1. Визначаємо амплітуди напруги і струму навантаження:

2. Задаємося струмом спокою:

2. Задаємо напруга колектор-емітер транзистора:

Візьмемо
2. Визначаємо напругу живлення каскаду з умов:
Напруга джерела живлення повинна перевищувати на величину падіння напруги на опорі фільтра (приблизно на 20-30%) і повинно бути


5. Визначаємо опору в ланцюзі емітера:
Врахуємо

6. Визначаємо опір R3:

З ряду Е12
7. Визначаємо амплітуду струму колектора:

2. Визначаємо потужність рассеиваемую на колекторі:

9. Вибираємо транзистор за критеріями:




Вибираємо транзистор 315Б
Для проведення подальших розрахунків з параметрів вибраного транзистора визначаємо:

2. Розраховуємо базовий ланцюг:
а) задаємо струм дільника:

Задамо струм дільника:
б) визначимо R1:

З ряду Е12
в) визначаємо R2:

З ряду Е12
11. Задаємося допустимим коефіцієнтом гармонік каскаду:

Звідси знаходимо R4 і R5:

З ряду Е12

З ряду Е12
12. Визначаємо коефіцієнт підсилення:

13. Визначаємо вхідний опір каскаду:

де
14. Визначаємо номінальна вхідна напруга:

15. ємність конденсатора C2 розраховується за наступним виразом:

де

в останній формулі

16. Опір визначається виходячи з падання напруги на ньому і струму, що дорівнює сумі струмів дільника в ланцюзі бази і емітера.

З ряду Е12 = 4.7 (кОм).
17. Для визначення ємності конденсатора можна використовувати наступну формулу:

З ряду Е24
18. Розрахуємо С3, яке є розділової ємністю:

З ряду Е24
Примітка: номінали розрахованих елементів даного пункту відповідають схемі представленої на рис 2.4.
Результати розрахунку КПУ2
VT1 тип
КТ315Б npn 50-350 0.1 0.15 20250


Б) Розрахунок КПУ1.

Схема каскаду:
Рис 2.5.
На рис 2.5. представлена ​​схема каскаду попереднього підсилення на польовому транзисторі за схемою загальний джерело.
У даному пункті номінали отриманих елементів будуть відповідати схемою наведеною на рис 2.5.
Резисторний каскад на польовому транзисторі на відміну від аналогічного каскаду на біполярному транзисторі володіє високим вхідним опором. Ця якість дозволяє використовувати його в перетинах підсилювача, де бажані високоомні навантаження, тобто в нашому випадку.
1.Виберіте транзистор КП303Г
2.Вибіраем робочу точку на лінійній ділянці характеристики з координатами
3.Определяем напруга на стоці транзистора:

4.Рассчітивается опір навантаження по постійному струму :

З ряду Е12
5.Для польового транзистора в робочій точці з координатами
визначається крутість за характеристикою

і по характеристиці внутрішній опір транзистора:

6.Рассчітивается опір навантаження:

7. Знаходиться коефіцієнт підсилення:

8.Определяется вхідні динамічна ємність:

де довідкові величини.
9. Визначається опір в ланцюзі витоку:

10. Задаємося опором у ланцюзі затвора в межах (0.1 .. 1) МОм.

11.Определяется частота верхнього зрізу вихідного кола:

де ємність монтажу.
12. Визначаємо розділову ємність у вихідному ланцюзі:

де
З ряду Е24
13.Рассчітаем вхідні розділову ємність

З ряду Е24
14.Определяем ємність шунтуючі опір в ланцюзі витоку:

де
З ряду Е24
15. Розрахуємо вихідний опір каскаду:

Додатковий розрахунок:
Знаючи вихідний опір КПУ1 можемо розрахувати ємність , Що знаходиться в КПУ2, за формулою:
З ряду Е24
2.2.3. Розрахунок регулятора гучності.
Тепер коли відомі вхідні і вихідні опори всіх каскадів, розраховується регулятор гучності. Регулятор посилення ставитися зазвичай після першого або другого каскадів попереднього підсилення.
Регулятор посилення представляє собою звичайний змінний резистор, опір якого розраховується за формулою:

Результати розрахунку КПУ1


VT тип
КП303Г n-канал 200 20 3 1.2 1.66 5


3. Перевірочний розрахунок на ЕОМ основних характеристик підсилювача (АЧХ)

Висновок.
У ході проробленої роботи розроблено четирехкаскадний підсилювач звукової частоти для стаціонарної апаратури другої групи складності. Був проведений аналіз АЧХ на ПЕОМ, даний підсилювач (його дві ланки) був змодельований за допомогою програми "MCAP 2". При аналізі АЧХ видно, що розрахований підсилювач задовольняє вимогам Т.З. Похибки виникають через те, що розраховані елементи беруться зі стандартного ряду і через те, що вихідний опір КПУ2 не зовсім задовольняє вимогу висунутій до нього.

Список літературних джерел
1. В. Т. Круш, Е. Г. Попов, Н. Й. Шатило Методичний посібник з проведення курсового проектування за курсом аналогові електронні пристрої. - Мн. : БДУІР, 1997р.
2. Г. В. Войшвилло Підсилювальні пристрою. - М.: Радіо і зв'язок, 1975р.
3. В. І. Галкін, А. Л. Буличов, П. М. Лямін Довідник. Напівпровідникові прилади. Транзистори широкого застосування. - Мн. : Білорусь 1995р.
4. В. М. Пєтухов Довідник. Малопотужні транзистори і їх зарубіжні аналоги. - М.: кубки-а 1996р.
5. В. Є. Сапаров, Н. А. Максимов Системи стандартів в електрозв'язку та радіоелектроніки. - М.: Радіо і зв'язок. 1985р.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
106.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Підсилювач звукової частоти для стаціонарної апаратури 2-го ступеня складності
Підсилювач потужності звукової частоти
Мостовий підсилювач потужності звукової частоти 2
Мостовий підсилювач потужності звукової частоти
Підсилювач низької частоти
Однокаскадний підсилювач низької частоти
Підсилювач проміжної частоти робоча частота 33 МГц річний випуск 50000 шт
Програми для обробки звукової інформації
Підсилювач потужності для 1-12 каналів TV
© Усі права захищені
написати до нас