37308

Усилитель звуковой частоты

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Выбор обоснование и расчет структурной схемы усилителя. Расчет АЧХ усилителя. К тому же нужно обеспечить согласование источника сигнала со входом усилителя а также согласование нагрузки с выходом усилителя. В данном курсовом проекте рассматривается один из возможных вариантов синтеза усилителя звуковых частот с возможностью регулировки тембра и громкости.

Русский

2013-09-24

723.5 KB

30 чел.

13

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра РПрУиТВ

Пояснительная записка

к курсовой работе

по курсу

“Схемотехника аналоговых электронных устройств”

Усилитель звуковой частоты

Выполнил студент группы Р-53

Пелипенко А.А.

Руководитель:

Шибаева Е.М.

Содержание.

Введение.

  1.  Выбор, обоснование и расчет структурной схемы усилителя.
  2.  Расчет схемы электрической принципиальной.
  3.  Расчет АЧХ усилителя.
  4.  Описание конструкции.
  5.  Требования к источнику питания.

Заключение.

Список использованной литературы.


Техническое задание

Номинальная выходная мощность                               6Вт

Сопротивление нагрузки                                               4Ом

Номинальное напряжение входного сигнала                30мВ

Внутренне сопротивление источника входного

сигнала                                                                            100 Ом

Допустимый уровень нелинейных искажений               1,0 %

Допустимый уровень искажений на граничных

частотах                                                                          0,7

                                                                                        0,7

Верхняя граничная частота                                             15 кГц

Нижняя граничная частота                                              40  Гц

Регулировка тембра                                                            НЧ и ВЧ

Регулировка усиления                                            плавная потенциометрическая   


Введение.

В настоящее время неотъемлемой частью любой звуковоспроизводящей аппаратуры является усилитель звуковой частоты, представляющий собой устройство, усиливающее напряжение в десятки раз. В то же время требуется обеспечить усиление по току порядка 102103. К тому же нужно обеспечить согласование источника сигнала со входом усилителя, а также согласование нагрузки с выходом усилителя. Естественно, усилитель будет вносить в сигнал частотные и нелинейные искажения. Значит, нужно определить величины этих искажений.

Усилители звуковой частоты с большой выходной мощностью являются аналоговыми устройствами, в которых зачастую предусмотрена регулировка громкости и тембра по ВЧ и НЧ.

В данном курсовом проекте рассматривается один из возможных вариантов синтеза усилителя звуковых частот с возможностью регулировки тембра и громкости.

1. Выбор, обоснование и расчет структурной схемы усилителя.

В соответствии с техническим заданием нужно получить на нагрузке с сопротивлением Rн=4 Ом мощность 6 Вт. Значит напряжение на выходе должно составлять

.

В то же время выходной ток усилителя

.

При этом на входе усилителя действует сигнал с действующим значением напряжения Uвх=30мВ при выходном сопротивлении источника сигнала

Rи=0.1 кОм. Значит, усилитель должен усилить сигнал по напряжению в Кн раз, где . К тому же еще нужно обеспечить согласование с нагрузкой. Обычно задачи согласования решаются с помощью усилителя тока. Применим в усилителе каскадное соединение предварительных каскадов, представляющих собой регулятор тембра, регулируемый усилитель напряжения и выходной каскад усиления тока (см. рис.1.1).

Регулятор тембра выполним по схеме, приведенной на рис.1.2. Из-за того, что регулятор тембра неизбежно вносит ослабление сигнала, нужно будет увеличить коэффициент усиления усилителя напряжения.

Рисю1.2 Принципиальная схема регулятора тембра.

Теперь выберем усилитель напряжения. Так как требуется получить коэффициент усиления по напряжению Кн>163, то достаточно применить два каскада усиления напряжения, выполненных на биполярных транзисторах по схеме с общим эмиттером. После первого каскада включен потенциометр R5, с помощью которого можно регулировать громкость. Принципиальная схема такого усилителя напряжения показана на рис. 1.3.

Ввиду того, что номинальная мощность на нагрузке довольно высока, применим в качестве выходного каскада бестрансформаторный усилитель, выполненный по двухтактной схеме. Двухтактная схема может работать в режиме класса АВ, обеспечивая довольно высокий КПД при приемлемых уровнях нелинейных искажений. Выберем схему, изображенную на рис. 1.4.

Соединив последовательно в соответствии с рис.1.1 изображенные на рис.1.2 – рис.1.4 устройства, получим принципиальную схему требуемого усилителя, изображенную на рис.1.5. Также выберем частоту раздела ФНЧ и ФВЧ регулятора тембра равной 1кГц.



2. Расчёт схемы электрической принципиальной.

Современная элементная база весьма разнообразна. Промышленность выпускает много типов маломощных транзисторов с довольно высоким h21Э. Выберем для работы в усилителе напряжения транзисторы КТ315Е, имеющие высокий коэффициент h21Э=120600. В выходном каскаде применим комплементарную пару транзисторов КТ818В (p-n-p) и КТ819В (n-p-n).

Рассчитаем схему, представленную на рис.1.4. Исходными данными для расчетов являются мощность, отдаваемая в нагрузку Рвых, и сопротивление нагрузки Rн. Расчет удобно производить графо-аналитическим методом для одного плеча усилителя.

Выбранные транзисторы удовлетворяют условиям

,

,

По входной характеристике транзистора КТ819В определяем исходную рабочую точку: UБЭ0=0,6В, IБ0=40∙10-3А. ЭДС источника питания находим из условия:

,

где  - допустимое коллекторное напряжение;  - начальное напряжение коллектор-эмиттер;  - амплитуда напряжения на нагрузке. Возьмем начальное напряжение , тогда

.

Возьмем  и применим двухполярное питание выходного каскада. Значит, нужно иметь источник питания, обеспечивающий два разнополярных относительно общего провода источника с выходным напряжением . В таком случае нагрузка подсоединяется непосредственно к выходу усилителя, чем достигается уменьшение частотных искажений в области НЧ, и не требуется подключения разделительного конденсатора с довольно большой ёмкостью.

По точкам а и b (рис.2.1), соответствующим  и , проводят нагрузочную прямую. Точку а принимаем за начало координат и строим треугольник мощности со сторонами ,  и оценивают возможность получения заданной мощности. Найдем эту мощность:.

 

Найдем коэффициент нелинейных искажений. Для этого по входной и выходной характеристикам построим сквозную характеристику транзистора , включенного в верхнее плечо схемы, без учета действия ООС. (рис.2.3).

Найдем коэффициент нелинейных искажений без ООС:

.

Глубина обратной связи. Тогда коэффициент нелинейных искажений с учетом ООС:

.

Задаемся коэффициентом асимметрии плеч схемы х=0.5. Тогда коэффициент нелинейных искажений по второй гармонике

.

С учетом ООС: . Значит общий коэффициент нелинейных искажений:

.

Выбираем кремниевые диоды типа КД510А. Известно, что при протекании тока в 126 мА через диод падение напряжения на нем составляет 1.1 В. При этом выполняется условие Iд>(2÷3)IБ0, Iбо=40мА . Теперь найдем R14:

.

.

Коэффициент усиления по напряжению

.

Значит амплитуда входного сигнала

.

Тогда амплитуда входного тока

.

СР=(М-2-1)0.5 (2fнRн)-1  ,     CР=0,001Ф

Рассмотрим регулятор тембра, принципиальная схема которого изображена на рис.1.2.

Цепь регулирования по низшим частотам образуют элементы R1,C1,R2,C2,R3, а по высшим – C3,R5,C4,R4. В области низших частот реактивное сопротивление конденсаторов C1-C4 велико и их можно считать разомкнутыми. При этом коэффициент передачи регулятора можно изменять резистором R2 в пределах от  до  при произвольном положении движка резистора R5. В области высших частот, наоборот, конденсаторы C1-C4 можно считать замкнутыми накоротко, поэтому коэффициент передачи определяется положением движка резистора R5, а положение движка резистора R2 на результат не влияет. R4 является развязкой. Для нормальной работы регулятора необходимо выполнить условия:

,

 R5 = (0.3-1.2)*R1

где n произвольное число, характеризующее глубину регулирования тембра (обычно выбирают n=10, что соответствует глубине регулировки  дБ); 

-выходное сопротивление каскада, питающее регулятор; - входное сопротивление последующего каскада. При выполнении этих условий частоты перегиба при подъёме АЧХ определяются выражениями:

, а при спаде АЧХ выражениями:

R4 является развязкой.

С указанными на схеме номиналами элементов узел обеспечивает регулирование тембра на частотах 100 Гц и 10 кГц на 14 дБ.

При расчете получим:

R1=4.7кОм; R2=47кОм; R3=470Ом; R4=2кОм; R5=47кОм;

С1=0,022мк; C2=0.22мк; С3=3300нФ; C4=0.033мк

Теперь рассчитаем усилитель напряжения. Каскад на транзисторе VT2 нагружен на довольно низкоомный вход усилителя мощности с

Rвх=31Ом и имеет выходное сопротивление, равное R12. Возьмем R12=30 Ом. Известно, что коэффициент передачи такого каскада при высоких значениях приближенно равен . Учтем коэффициент передачи делителя, образованного R12 и Rвх. Тогда уточненный коэффициент передачи

.

Значит при заданном К2, требуемое значение R13: Ом

.

Пусть требуется обеспечить К2=16.7. Тогда

.

Так как транзистор имеет внутреннее сопротивление в цепи эмиттера, зависящее от тока покоя, то перенесем на внутреннее сопротивление функции R13. Значит ток покоя транзистора VT2 должен быть равен

Чтобы обеспечить такой ток покоя, напряжение база-эмиттер VT2 должно составлять 0.5 В. Значит, падение напряжения на резисторе R11:

.

Из-за высокого значения можно пренебречь током базы VT2, считая что только делитель R10R11 определяет рабочую точку VT2. Возьмем ток делителя . Тогда

, .

Сопротивление R11 практически полностью определяет входное сопротивление каскада на транзисторе VT2.

Каскад на транзисторе VT1 должен усиливать входной сигнал с выхода регуляторов тембра, ослабляющих входной сигнал в 0.3 раза, до величины 1 В. Положим его входное сопротивление, равное R6, равным выходному сопротивлению регулятора тембра, равному R6/10=47 кОм. Также возьмем R9=100кОм, R7=5000  Ом. Значит коэффициент усиления каскада на VT1

.Ом

Для обеспечения такого коэффициента усиления сопротивление эмиттерной цепи транзистора VT1 должно составлять  Ом. Перенесем  его функции на внутреннее сопротивление эквивалентной схемы транзистора. Тогда требуемый ток покоя . Для обеспечения такого тока эмиттера находим по проходной характеристике транзистора КТ315Е требуемое напряжение . Значит, требуемый ток делителя R5R6: , что примерно в 4 раза больше тока базы VT1. Соответственно .

4. Описание конструкции.

Данный усилитель представляет собой двухтактный усилитель мощности на составных транзисторах, также имеет полосу пропускания 20Гц-20кГц. Содержит пассивный регулятор тембра, имеющий ФНЧ и ФВЧ с частотой среза 1кГц. Мощные транзисторы необходимо установить на теплоотвод. Во избежание выхода из строя выходных транзисторов их корпуса должны иметь хороший тепловой контакт (контактируемые поверхности смазать теплопроводящей пастой). Площадь теплоотвода должна быть не менее 200. Теплоотводы выходных транзисторов не должны иметь между собой электрический контакт.

5. Требования к источнику питания.

В данной конструкции предъявляются довольно высокие требования к источнику питания, так как он должен обеспечивать довольно высокую стабильность при достаточно большом диапазоне выходных токов. К тому же требуется применение двуполярного питания. значит требуется применение стабилизатора напряжения. Основная трудность заключается в разработке двуполярного стабилизатора напряжения, обеспечивающего стабильные и равные напряжения ±9В.

В принципе выходной каскад можно питать нестабилизированным напряжением при условии, что каскады, усиливающие напряжение, будут питаться от однополярного высокостабильного источника с напряжением +22 В. 

Заключение.

При выполнении требований технического задания была синтезирована принципиальная схема усилителя с заданными характеристиками. Усилитель выполнен на биполярных транзисторах отечественного производства. В выходном каскаде применена комплементарная пара составных транзисторов, работающих в экономичном режиме АВ. В усилителе напряжения применены транзисторы с большим значением коэффициента передачи по току. Именно поэтому удалось обойтись всего двумя каскадами усиления напряжения.

Пассивный регулятор тембра выполнен на основе фильтров первого порядка, обеспечивающих возможность практически полного подавления ВЧ или НЧ.

Существенным недостатком данного усилителя являются довольно высокие требования источника питания, которые могут несколько затруднить конструирование такой схемы.

Дата завершения проекта     Подпись

_______________________      ____________

Список использованной литературы.

  1.  М. Кауфман, А. Сидман. Практичекое руководство по расчётам схем в электронике, Справочник.т.1. Под ред. Ф.Н. Покровского. Энергоатомиздат, 1991.
  2.  Справочная книга радиолюбителя-конструктора. Под ред Н.И. Чистякова.
  3.  Проектирование УУ под ред Н.В. Терпугова М. ВШ 1982.
  4.  Д.И. Атаев, В.А. Болотников. Функциональные узлы усилителей высококачественного воспроизведения. М. Радиосвязь 1984.
  5.  Расчет электронных схем/ Г.И. Изъюрова и др М. ВШ, 1987.
  6.  Л.Е. Варакин Бестрансформаторные усилители мощности. М. 6 Радио и связь.1984.
  7.  Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. М. Мир. 1991.
  8.  Б.И Горошков. Элементы радиоэлектронных устройств. Справочник. М.: Радио и связь. 1988.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76618. Основные направления народничества 33 KB
  езавершенность и половинчатость большинства реформ, проводившихся в борьбе с консерваторами, вызвали всплеск движения революционного народничества. Общество «Земля и воля», созданное Чернышевским, Слепцовым, Обручевым, Серно-Соловьевичем в конце 1861- начале 1862 г. в Петербурге не имело достаточно сил, чтобы стать всероссийской организацией
76619. Распространение марксизма в России 34 KB
  Первые организации пролетариата возникли в Петербурге и Одессе и назывались соответственно Северный союз русских рабочих и Южнороссийский союз рабочих. Оба императора и мысли не допускали чтобы разрешить образование профсоюзов или других даже не политических рабочих организаций. В результате по решению правительства трудовые споры должны были улаживать специальные чиновники фабричные инспектора которые разумеется чаще находились под влиянием предпринимателей нежели заботились об интересах рабочих. со своими соратниками он создал в...
76620. Россия и мир на рубеже XIX-XX веках 45 KB
  Приблизительное представление об историческом месте России в мировом сообществе на рубеже веков дает т. В России же промышленный переворот 90е гг. В России действовала хотя и не повсеместно рыночная система превосходящая западную ее средний уровень по своей динамике. объем промышленной продукции в России возрос в 7 раз в Германии в 5 во Франции в 25 в Англии в 2 раза.
76621. Первая Российская революция 1905-1907 годах 37.5 KB
  Царизм объявил об учреждении законосовещательной Государственной Думы Булыгинской по имени министра внутренних дел А. Не останавливая предназначенных выборов в Государственную думу привлечь теперь же к участию в Думе в мере возможности соответствующей кратности остающегося до созыва Думы срока те классы населения которые ныне совсем лишены избирательных прав предоставив за сим дальнейшее развитие начала общего избирательною права вновь установленному законодательному порядку и 3. Установить как незыблемое правило чтобы никакой...
76622. Политическое и экономическое развитие после первой революции 36 KB
  Столыпина ставшего в день роспуска Первой Государственной Думы Председателем Совета Министров. Председателем Думы являлся кадет Ф. Председателями III Государственной Думы являлись Н. Были отклонены законопроекты о расширении бюджетных прав Думы введении земских учреждений в западных губерниях местного самоуправления о старообрядческих общинах об усовершенствовании судопроизводства и др.
76623. Россия в первой мировой войне 27.5 KB
  Между Австрией и Сербией разгорелся международный конфликт в котором Россия стала поддерживать Сербию а Германия приняла сторону Австро-Венгрии. Германия объявила войну России как ответный шаг на начавшуюся мобилизацию российских войск. Германия сконцентрировав основные силы на Восточном фронте провела весенне-летнее наступление в результате которого Россия потеряла все завоевания 1914 г.
76624. Февральская буржуазно-демократическая революция 31 KB
  Поскольку революция 1905-1907 гг. не решила экономических, политических и классовых противоречий в стране, то она явилась предпосылкой февральской революции 1917 года. Участие царской России в первой мировой войне показало неспособность ее экономики на выполнение военных задач.
76625. Октябрь 1917 г. Установление власти большевиков 37.5 KB
  Установление власти большевиков Причины октябрьской революции 1917 года: усталость от войны; промышленность и сельское хозяйство страны оказались на грани полного развала; катастрофический финансовый кризис; нерешенность аграрного вопроса и обнищание крестьян; оттягивание социальноэкономических реформ; противоречия Двоевластия стали предпосылкой для смены власти. Двоевластие окончилось победой буржуазии. Главной целью октябрьской революции было завоевание власти Советами. ВРК объявил о свержении Временного правительства и передаче...
76626. Гражданская война в России. «Военный Коммунизм» 38.5 KB
  Официально началом войны считаются бои в Петрограде ставшие началом Октябрьской революции то есть октябрь 1917 г. Есть также версии относящие начало войны к началу Февральской революции 1917 г. По поводу окончания войны также нет единодушного мнения: одни ученые и их большинство считают концом войны взятие Владивостока то есть октябрь 1922 г. Причины войны.