Расчет усилителя звуковой частоты

Размещено на http://allbest.ru

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА АЛМАТЫ

ГККП «АЛМАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Предметно-цикловая комиссия радиотехнических дисциплин

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: Расчет усилителя звуковой частоты

по специальности: 1310000 «Техническая эксплуатация транспортного радиоэлектронного оборудования»

по предмету: ''Электронные приборы и основы микроэлектроники”

Разработал обучающийся гр. РР-23: А.Бекасов

Руководитель, преподаватель радиотехнических

дисциплин: Г.Алишева

Алматы, 2014

Содержание

Введение

1.Структурная схема усилителя звуковой частоты

2. Резисторный каскад

3. Расчет резисторного каскада

3.1Выбор типа транзистора и режима работы по постоянному току

3.2 Определение элементов принципиальной схемы

3.3 Расчет результирующих показателей

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Усилитель звуковых частот (УЗЧ), усилитель низких частот (УНЧ), усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) -- приборы 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 кГц 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.

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. при подаче на вход УМ электрического сигнала малой мощности на нагрузке получается сигнал той же формы, но большей мощности. Для усиления сигнала используется энергия источника питания при помощи усилительных элементов.

Усилители звуковых частот делятся на две группы: усилители недетерминированных сигналов и усилители детерминированных сигналов.

1) усилители, работающие от звуковых сигналов после их преобразования в электрические.

2) усилители, входящие в состав устройств автоматического управления и контроля, а также усилители измерительных устройств.

1. Структурная схема усилителя звуковой частоты

Структурные схемы применяются для упрощённого изображения схем электронных устройств, в том числе и схем усилителей. Структурная схема состоит из прямоугольников, обозначающих основные узлы устройства. Структурные схемы называют также блок-схемой или функциональной схемой. Структурная схема разрабатываемого усилителя изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема усилителя звуковой частоты

Входное устройство служит для передачи сигнала от источника сигнала во входную цепь предварительного усилителя тогда, когда прямое подключение к источнику сигнала невозможно или нецелесообразно. В нашем случае это конденсатор, который предотвращает попадание постоянной составляющей на вход регулятора тембра.

Регулятор усиления используется для обеспечения желаемой мощности на выходе усилителя. Регулятор усиления может быть реализован в виде обычного делителя или выполнен по схеме с применением ООС ОУ. В разрабатываемой схеме регулятор усиления будет смонтирован в цепи обратной связи усилителя.

Предоконечный каскад используется для усиления напряжения, тока и мощности сигнала до величины необходимой для подачи на вход оконечного каскада мощности. Оконечный каскад предназначен для отдачи в нагрузку необходимой мощности сигнала. Блок питания предназначен для снабжения узловэлектрической энергией постоянного тока, а также преобразования сетевого напряжения до заданных значений.

Отрицательная обратная связь (ООС) охватывает усилитель и требуется для понижения нелинейных искажений усилителя, вносимых оконечным каскадом усилителя мощности и для повышения стабильности. Но при этом понижается коэффициент усиления каскадов охваченных ООС.

Выходное устройство служит для передачи усиленного сигнала из выходной цепи в нагрузку. Применяется когда непосредственное подключение нагрузки невозможно или нецелесообразно. Конденсатор используется для разделения постоянных составляющих тока и напряжения выходной цепи и нагрузки.

Источник питания используется для питания усилителя, его энергия преобразуется в энергию усиленного сигнала. В разрабатываемой схеме отсутствует входной каскад. Обоснованием сего служит стремление к удешевлению устройства, к тому же в качестве промежуточного каскада используем ОУ, с помощью которого обеспечим необходимый коэффициент усиления по напряжению всего усилителя. Регулировка усиления будет построена на этом же ОУ.

Можно сделать регулировку тембра активной, на этом же ОУ, однако, это чревато взаимным влиянием усиления на тембр, и к тому же расчет такой схемы слишком сложен. Поэтому сделаем ее пассивной, и поставим на входе устройства, а все потери в регуляторе скомпенсируем дополнительным увеличением коэффициента усиления ОУ. При этом несколько возрастут шумы усилителя, однако, так как ограничения в этой области в техническом задании не указаны, то учитывать шумы не будем.

2. Резисторный каскад

Основным каскадом усиления в предварительных усилителях является резисторный каскад, так как он содержит минимальное число реактивных элементов и может обеспечить при определенных условиях достаточно большой коэффициент усиления. Своеуказаниение каскад получил по нагрузке по постоянному току в цепи коллектора - резистору R_к. Резистор R_к определяет нагрузку каскада по постоянному току. Через него напряжение источника Е_кпоступает на коллектор.

Резисторы R_д1, R_д2, R_э обеспечивают заданное напряжение смещения на эмиттерном переходе и температурную стабилизацию токов транзистора. С_р1,С_р - разделительные конденсаторы: С_р1 отделяет источник сигнала от попадания на него постоянного напряжения, С_р2защищает вход транзистораVT2от постоянного напряжения, благодаря чему на вход следующего каскада попадает только переменная составляющая сигнала.

Таким образом, в схеме имеются усилительный элемент, его нагрузка по постоянному и переменному току, а также цепи межкаскадной связи, подачи смещения и эмиттерной стабилизации. На вход первого каскада поступают от источника сигнал, который необходимо усилить, и напряжение смещения для выбора точки покоя. Усиленный сигнал через разделительный конденсатор С_рподается на вход второго каскада.

Выводы. 1. Каскады предварительного усиления должны обеспечить усиление входного сигнала до уровня, который необходимо подать на вход оконечного каскада. 2. К каскадам предварительного усиленияпредъявляют следующие основные требования: получение максимального усиления от отдельного каскада; получение минимальных частотных, фазовых, переходных и нелинейных искажений сигнала. 3. Основным каскадом предварительного усиления.

усилитель звуковой транзистор

3. Расчёт резисторного каскада

Расчеты электронных схем имеют свою структуру, которые определяютпоследовательность действий. Каждый расчет должен содержать техническое задание, в которое входят исходные данные для расчета и перечень того, что надо получить в результате расчета.

Исходные данные: полоса усиливаемых частот f_н . . . f_в, допустимые частотные искажения на верхних и нижних частотах M_н. . . M_в, требуемый коэффициент усиления по току K_i, напряжение источника питания - Е_к, входное сопротивление следующего каскада R_вхсл, емкость С_бэсл, эквивалентное сопротивление делителя для подачи смещения в цепи входа следующего каскада R_{д сл}.

Таким образом, в соответствии с заданием определяется последовательность расчета: выбор типа транзистора и его режим по постоянному току, определение элементов принципиальной схемы, расчет результирующих показателей. Расчет ведется по схеме с ОЭ, в режиме А.

На рисунке 2 изображена принципиальная электрическая схема резисторного каскада

Рисунок 2. Принципиальная электрическая схема резисторного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ

3.1 Выбор типа транзистора и режима работы по постоянному току

1. Транзистор выбираем по предельной частоте и по требуемому усилению по :

(3.1)

где - частота, Гц

= = =32,08к Гц

(3.2)

- требуемый статический коэффициент передачи тока.

4,85 = 1,5 4,85 ? 7,28

Выбор производим среди маломощных транзисторов, предпочтительнее кремниевые, этим требованиям соответствует транзистор КТ301В, параметры которого указаны в таблице 1.

Таблица 1. Параметры транзистора КТ301В

кГц			Ом	В	мА	мВт	См
500	20	60	1130	20	10	150	13*10-6

2. Определяем коллекторный ток в точке покоя :

= (1.2…1.5) (3.3)

где - коллекторный ток, мА.

= 1,2 6,44 = 7,7 мА

3. Находим напряжение в точке покоя :

= (0,4…0,5) (3.4)

где - точка покоя, В.

= = 0,5 12 = 6 В

4. На семействе статических выходных характеристик выбранного транзистора определяем положение точки покоя и ток базы в этой точке

= 0,175 мА

5. Переносим точку покоя на входную характеристику, и находим напряжение в точке покоя = 0,6 В (Приложение B)

3.2 Определение элементов принципиальной схемы

6. Выбираем эмиттерную стабилизацию точки покоя. Задаёмся падениями напряжения на сопротивлении

= (0,2…0,3) (3.5)

где - напряжение на сопротивлении.

= = 0,3 12 = 3,6 В

и находим = (3.6)

= = 457,14Ом

где = + (3.7)

 = + = 7,7 + 0,175=7,875 мА

7. Определяем ток в цепи делителя смещения

= (3…10) (3.8)

где - ток в цепи делителя смещения, мА.

= = 10 0,175 = 1,75 мА

8. Определяем сопротивления резисторов делителя:

== =4,052 кОм (3.9)

где , - сопротивлениепервого резистора делителя, кОм.

= (3.10)

где - сопротивление второго резистора делителя, кОм.

= = = 24 кОм

Здесь же определяем мощность резисторов делителя:

= ( + )І Ч (3.11)

где - мощность первого резистора делителя, Вт.

= (+ * = 4,052 = 15,02 Вт

= Ч (3.12)

где - мощность второго резистора делителя , Вт.

= Ч = 73,5 Вт

9. Общее сопротивление делителя:

= (3.13)

где - общее сопротивление резисторов делителя, кОм.

= = = 3,467 кОм

10. Опрделяем ёмкость

= (3.14)

где - емкость, мкФ.

= = = 8,71мкФ

11. Определяем сопротивление резистора коллекторной цепи

= (3.15)

где - сопротивление резистора коллекторной цепи, Ом.

= = 312 Ом

Здесь же определяем мощность резистора коллекторной цепи:

= Ч (3.16)

= = 312 = 18,4 мВт

12. Определяем емкость разделительного конденсатора, исходя из заданных частотных искажений на нижних частотах:

 = (3.17)

где - емкость разделительного конденсатора, мкФ.

= = = 0,7мкФ

при = (3.18)

= = = 356.3 Ом

= 310,7 Ом

3.3 Расчёт результирующих показателей

13. Определяем коэффициент усиления по току:

= (3.19)

где - коэффициент усиления по току

= =18,67

14. Определяем коэффициент усиления по напряжению:

K = (3.20)

где K - коэффициент усиления по напряжению.

K ==4

 при = (3.21)

15. Проверяем частотные искажения на верхних частотах:

= І І (3.22)

где- частотные искажения на верхних частотах.

=

где = (3.23)

= ? 113 Ом

при (3.24)

16. Строим амплитудно-частотную характеристику каскада при значениях данных в таблице 2.(Приложение Г)

Таблица 2. Результаты зависимости допустимых частотных искажений М от частоты (Гц)

f, Гц	40	80	160	7,7	15,4	30,8
Мн	0,555	1,11	2,22	0,555	1,11	2,22

Заключение

В данной курсовой работе было рассмотрено устрйство для усиления звуковых частот, удовлетворяющее техническому заданию. Данный усилитель получился достаточно простым и дешевым, что удовлетворяет серийность производства. К достоинствам этого аппарата можно отнести его компактность, и малый коэффициент гармоники. Недостатками данного усилителя является не проконтролированный уровень шумов и довольно невысокое входное сопротивление.

Все усилители мощности звуковой частоты предназначены для решения одной задачи - повысить уровень поступающих на них электрических сигналов до величины, обеспечивающей нормальную работу громкоговорителей. В нашем современном мире усилитель звуковой частоты можно встретить во всей технике: в телевизорах, музыкальных центрах, радиоприёмниках, радиопередатчиках, радиотрансляционных сетях, телефонах, мобильных телефонах и т. д. Для меня выбранная курсовая работа оказалось достаточно интересной и познавательной.

Список использованной литературы

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

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

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

4. Мигулин И. Н., Чаповский И. З. Усилительные устройства на транзисторах (проектирование). Киев: Техника, 1971. 324 с.

5. Справочная книга радиолюбителя- конструктора. Под ред. Н.И. Чичтякова М.: Радио и связь, 1990. 624 с.

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

Размещено на Allbest.ru

...