Реферат: Усилитель звуковых частот

Введение

Усилители звуковойчастоты применяются во всех частях тракта радиовещания: студийной, передающей,приёмной. УЗЧ так же применяются в каналах записи и воспроизведения звука.Кроме радиовещания они широко используются в различных областях техники.Основное назначение усилителей мощности — это усиление сигнала, т. е. приподаче на вход УМ электрического сигнала малой мощности на нагрузке получаетсясигнал той же формы, но большей мощности. Для усиления сигнала используетсяэнергия источника питания при помощи усилительных элементов.

Усилители звуковых частотделятся на две группы: усилители недетерминированных сигналов и усилителидетерминированных сигналов. К первой группе относятся усилители, работающие отзвуковых сигналов после их преобразования в электрические. Назначением этихусилителей является передача звуковой информации. Усилители этой группы входятв состав аппаратуры вещания, а также звукового кино. Ко второй группе относятсяусилители, входящие в состав устройств автоматического управления и контроля, атакже усилители измерительных устройств.

Требования кэлектрическим параметрам усилителей звуковых сигналов на основе компромиссамежду соображениями о качестве воспроизведения и экономичности. При этом дляголовных звеньев тракта передачи (радиовещательных и телевизионных центров) идля магистральных кабельных и радио релейных линий, обслуживающих весьмабольшие контингенты слушателей и зрителей, электроакустические показателивыбираются предельно высокими, а для распределительной и приемной сетей(усилительные станции проводного вещания, радиовещательные и телевизионные приемники)по экономическим соображениям – существенно более низкими. Вследствиемассовости и больших суммарных мощностей усилителей распределительной иприемной сетей большое значение приобретает требование высокой энергетическойэффективности. При этом методы и возможные пределы повышения этой эффективностиопределяются свойствами звукового сигнала.


1. Эскизный расчет УЗЧ

1) Определение примерногочисла каскадов – 3 шт.

Выход ной

каскад

 

Схема

регулировки усиления

 

Входной

 каскад

 

Регулир овка

тембра

 

 

 КПУ

  Rг ,Eг Rг/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> <td/> /> <td/> /> <td/> /> <td/> /> />

2) Распределение междукаскадами линейно-частотных искажений.

Входной каскад: Мв=-3.5дБ Мв=0.33

3) Распределениенелинейных искажений

Выходной каскад: Кг=0.7

2. Расчет оконечногокаскада

Расчет амплитудынапряжения на нагрузке

Uнm=√(2RнPн)=30.9 В

расчет напряженияисточника питания

Е=√(10PнRн)=70 В

3) расчет коэффициентаиспользования напряжения питания

ξ=Uнm/0.5E=0.88

расчет амплитудыколлекторного тока

Iкm= Uнm/Rн=7.725 A

расчет максимальногонапряжения между коллектором и эмиттером

Uкэmax=E=70 В

расчет максимальноймощности, рассеиваемой на коллекторе одного транзистора в режиме В

Pkmax=E2/40Rн=30.6 Вт

Предельная частотаоконечного транзистора

fh21э=(2..3)fв=36 кГц


По рассчитанным даннымвыберем транзисторы (VT10,VT11). Это будут транзисторы КТ818А и КТ819соответственно.

Далее расчет будемпроводить графическим методом (см. приложение)

Uкm= 33.25 В; Ikm=8.2 A; Pфак=136Вт; Iбm=Ikm/h21э=0.41 А

Рассмотрим теперь выборпредоконечных транзисторов VT8 и VT9 и расчет их режимов работы.

Расчет амплитудыколлекторного тока

I`km=7IБm=2.87 A

Расчет допустимойвеличины тока покоя

I`0k=0.05 I`km=0.287 A

Расчет сопротивлениярезисторов R21 и R22

R21=R22=0.4/I`0k=1.39 Ом

Уточнение амплитудыколлекторного тока

I`km=Iбm+Uбэm/R21=1.9 А

Расчет рассеиваемоймощности на каждом предоконечном транзисторе при отсутствии сигнала

Pрас= I`0kЕ/2=10 Вт

Расчет максимальнойвеличины рассеиваемой мощности

P`kmax=I`0kЕ/2+0.3Pн/h21э=11.8 Вт

По рассчитанным даннымвыберем транзисторы VT8 и VT9. Это будут транзисторы КТ816А и КТ817Асоответственно.

Далее расчет будемпроводить графическим методом (см. приложение)

U`кэmax= 70 В; I`km=0.98A; I`бm=Ikm/h21э=0.14 А; I`Б0= I`0k/h21э=11 мА;

Uсм=U`бэ08+UR1+U`бэ09=1.6 B; Iсм≥(2..3)I`бm=0.35 A

3. Расчет нелинейныхискажений

Для определениянелинейных искажений оконечного каскада необходимо построить сквознуюдинамическую характеристику, устанавливающую зависимость тока Iк в нагрузке Rнот входного напряжения каскада U1.

Для построения сквознойхарактеристики одного плеча достаточно трех точек.

1) Ik=Ikm=7.725 A тогдаU1max=U`бэm+Uбэm+Uнm= 32.37 B

2) Ik=0.5Ikm=3.86 A тогдаUбэ=0.73 В; I`k= Iб+Uбэ/R21=0.73 A;

I`б=29 мА; Uбэ=0.6 В; U1=U`бэ+Uбэ+IkRн=16.7 В

3) Ik=0 А тогда U1min=1.2В

Построенную сквозную характеристикусм. в приложении.

Примем коэффициентасимметрии b=0.2

Основным инженернымметодом расчета коэффициента гармоник явдяется метод пяти ординат.

Imax=Ikm(1+b)=9.27 A

I1=Ik1(1+b)=4.632 A

I0=Iok(1+b)-Iok(1-b)=2bIok=0.11A

I2= -Ik1(1-b)= -3 A

Imin= — Ikm(1-b)= -6.18 A

Метод пяти ординатоснован на разложении искаженной кривой тока в ряж Фурье при его ограничениичленом, соответствующим 4-й гармонике. При этом сопротивление цепи, в которойпротекает рассматриваемый ток, предполагается чисто активным, в результате чегоначальные фазы гармоник оказываются равными 0 или π. Средние значения токаи амплитуды токов гармоник получаются из следующих выражений:

Icp=(Imax+Imin+2(I1+I2))/6=1.059A

I1m=(Imax-Imin+I1+I2)/3=7.694A

I2m=(Imax+Imin-2I0)/4=0.7A

I3m=(Imax-Imin-2(I1-I2))/6=- 0.031 A

I4m=(Imax+Imin-4(I1+I2)+6I0)/12=- 0.23 A

Проверка:Icp+I1m+I2m+I3m+I4m=Imax (верно)

4) расчет коэффициентагармоник

Кг = ((√(I22m+I23m+ I24m)/I1m)100%=9.5%

Обычно Кг расч > Кгзад. В этом случае необходимо принять меры по снижению Кг. Для этого оконечныйкаскад совместно с промежуточным каскадом охватывают ООС.

F=Кграсч/Кг зад= 13.5

β= (F-1)/K0=12.5

4. Расчетпредоконечного каскада УЗЧ

Расчет элементов СхЭкаскада с ПОС по питанию на транзисторе VT7 расчет амплитуды переменнойсоставляющей тока коллектора VT7

Ik7=1.3Iб8=182 мА

расчет тока коллектора вточке покоя

Ik07=1.3 Ik7=236 мА

расчет максимальныхзначений

Ikmax=2 Ik07=472 мА

Ukmax=Eп=70 В

Рkmax=0.75Ik07Eп=24.7 Вт

выбор транзистора

fh21э≥ 10Ffв=4.5МГц; Iкдоп=1.1Iкmax=519 мА; Uкэдоп=77 В; Ркдоп≥Ркmax=24.7 Вт

Под данные параметрыподходит транзистор КТ915Г

расчет величины R19

R19=Eп/2Ik07=148 Ом

расчет тока покоя базы

Iб07=Ik07/h21э7=15.7 мА

расчет входногосопротивления VT7

h11э7=rб+(1+h21э7)*2610-3/Iko7=1667 Ом

расчет нагрузки попеременному току

RНТП=(h11эR8+R8Rнh21э)/(R8+h11э+h21эRн)= 136 Ом

расчет сопротивления R20

R20=0.2R8=14.8 Ом

расчет элементов ПОС: R18и C9

R18=37.4 Ом

С9=1/(2πfн(R7+Rн)√(1/M2н-1))=34мкФ

расчет коэффициентаусиления каскада на транзисторе VT7

KVT7=SVT7RНТП/(1+ SVT7R20)=1.18

SVT7=0.01 А/В

Расчет входногосопротивления каскада на транзисторе VT7

Rвх7=h11э7+(1+h21э7)R20=1.9 кОм

Расчет ДК (VT3 и VT4) cактивной нагрузкой в виде зеркала тока (VT5 и VT6)

Выбор транзистора fh21э≥10fв=270 кГц

UкэДОП=1.2Eп=84 В

В качестве активныхэлементов выберем транзисторные сборки КТС394А (VT3, VT6) и КТС622Б(VT2,VT5,VT1,VT4)

2) расчет токозадающегорезистора R11

R11=0.5Eп/(IНh21э5)=222Ом

расчет величинысопротивления R13=R12=(F-1)/S=100 Ом

расчет коэффициентаусиления ДК

КДУ=SVT3Rвх7(1+ SVT3R12)=38

расчет элементов цепи ООС(R16,R14)

К0=КVT7KДУ=44

R16>>Rн= 400 Ом

R14=βR6/(1-β)=100Ом

RвхДУ=h11э4+(1+h21э4)R4=2.1 кОм

Расчет С1,R9

R9=R14=100 Ом

С1=1/(2πfнR9√(1/М2н-1))=1.7мкФ


5. Расчет регуляторатембра

Необходимо рассчитатьпассивный темброблок согласно следующим исходным данным:

Δb=+-11 дБ, начастотах fн=25 Гц, fв=18 кГц. Поскольку не заданы частоты f2 и f3, то примемf2=f3=1 кГц. При этом считаем, что fн=f1=25 Гц и fв=f4=18 кГц. Выбираемкоэффициенты нагрузки ǽ1=ǽ2=5. Rист=100 Ом

Регулятор тембра НЧ:

Определение коэффициентакоррекции для αн=f1/f2=0.025. mн=3.3

Сопротивление регуляторатембра

R10=m ǽ1Rист/(m+1)=383Ом

Постоянная временирегулятора

τ=x`/2πf`= 0.8мс

Емкость регулятора

С= 106τ /R= 2 мкФ

Затухание, вносимоерегулятором в полосе равномерно усиливаемых частот:

b0= 20 lg(1+m)=10.3 дБ

R6=R=368 Ом

R7=mR=1.2 кОм

R8=R/m=111 Ом

C5=C= 2 мкФ

C6=mC=6.6 мкФ

Необходимое входноесопротивление следующего за темброблоком каскада Rвх=(m+1) ǽ1R=8.2 кОм

Регулятор тембра ВЧ:

1) Определениекоэффициента коррекции mв= 5.5 для αв=f4/f3=18

2) Сопротивлениерегулятора

R=(m+1) ǽ1Rист=3.2кОм


Постоянное времярегулятора

τ=x`/2πf`= 80мкс

Емкость регулятора

С= 106τ /R= 25 нФ

5) Затухание, вносимоерегулятором в полосе равномерно усиливаемых частот:

b0= 20 lg(1+m)=16 дБ

6) R9=R=3.2 кОм

R10=R=3.2 кОм

С7=С=25 нФ

С8=mC=137 нФ

Необходимое входноесопротивление следующего за темброблоком каскада Rвх=(m+1) ǽ2R/m=18.2 кОм

6. Расчет регулировкиусиления

каскадчастота транзистор тембр

Dmax=20lg(Rp/R2) Rp=1600Ом

Rp/R2=31

R2=51.6 Ом

Rр=R1+R2

R1=1500 Ом

7. Расчет каскадапредварительного усиления

При построениипредварительного усилителя целесообразно использовать линейные ИМС. В даннойкурсовой работе такой ИМС является ОУ КР1407(ее параметры см. в приложении). Исходяиз коэффициента усиления ОУ, рассчитаем резисторы R5 и R4. Положим R5=20 кОм.R4= R5/(K-1)=20 Ом. Исходя из условия R5||R4=Rp||R3 найдем R3. R3=20 Ом. Длятого, чтобы работал ОУ необходимо напряжение +-12 В. Для этого поставимстабилитроны VD1 и VD2. Рассчитаем емкость С1=0.159/(fHRu√(1-M2H))= 56мкФ. Рассчитаем резистор: R17= (Eп-Ucn)/(IR11+Iо.у.))=1 кОм. Рассчитаем С4.40R17C4=Tн. С4=1 мкФ.


Заключение

В данной работе быласпроектирована схема усилителя звуковой частоты. По результатам расчетов УЗЧотдает в нагрузку требуемую мощность, при уровне линейных и нелинейныхискажений не выше заданных. Снижение уровня нелинейных искажений удалосьдобиться за счет введения глубокой ООС в оконечном и предоконечном каскадах.Отношение сигнал-шум всего усилителя определяется ОУ предварительногоусилителя. Для питания всей схемы необходим двуполярный стабилизированныйисточник питания величиной 70 В.


Список использованныхисточников

1. Аналоговыеэлектронные устройства: Методические указания к курсовой работе / РГРТА; Сост.Д.И. Попов. Рязань, 1992. — 32 с.

2. Регуляторытембра: Методические указания к курсовой работе / РГРТА; Сост. В.С. Осокин.Рязань, 1993. — 24 с.

3. Регуляторыусиления: Методические указания к курсовой работе / РГРТА; Сост. В.С. Осокин.Рязань, 1990. — 28 с.

4. Справочная книгарадиолюбителя-конструктора. Под ред. Н.И. Чичтякова М.: Радио и связь, 1990. — 624с.

5. Проектированиетранзисторных усилителей звуковых частот / Н.Л. Безладнов, Б.Я. Герценштейн, В.К.Кожанов и др.; под ред. Н.Л. Безладнова. М.: Связь, 1979. — 368 с.

6. Интегральныемикросхемы: Справочник / Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лукин, Ю.Н. Смирнов и др.; Подред. Б.В. Тарабрина. М., 1984. — 528 с.

7. Транзисторы дляаппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гатман, Т.И.Давыдова и др.; Под ред. Б.Л. Перельмана. М.: Радио и связь, 1981. — 656 с.

еще рефераты
Еще работы по коммуникациям и связям