Файл: 1Усилитель звуковой частоты 7 Принципиальная электрическая схема каскада 13.docx

Содержание

Введение

Актуальность темы курсового проекта обусловлена тем, что владение навыками расчёта и анализа схем усилительных каскадов, необходима специалистам чья профессиональная деятельность связана с обслуживаем эксплуатации и ремонтом аппаратуры звукоусиления.

Цель курсового проекта – выполнить расчёт схемы усилительного каскада, включённого с общим эмиттером.

В ходе работы над проектом необходимо было решить следующие задачи:

1. 
   Изучить методику расчёта электрических схем усилительных каскадов.
   
2. 
   Закрепить навыки работы со специальной и справочной литературой.
   
3. 
   Исследовать влияние параметров элементов схемы на её усилительные свойства.
   

Гипотеза

В результате расчёта получить рабочую схему усилительного каскада с максимальными возможностями коэффициентами усилителя.

При написании работы мною были применены следующие методы:

1. 
   Метод анализа литературы и нормативно – технической документации по теме курсового проекта.
   
2. 
   Метод сравнения и метод обобщения.
   

Практическое применение

Возможность применения в дальнейшей профессиональной деятельности полученных в ходе выполнения курсового проекта навыков расчета и анализа схем усилительных каскадов звуковой частоты.

1. Усилитель звуковой частоты

Рисунок 1.1. -Структурная схема усилителя звуковой частоты

Усилители звуковой частоты (УЗЧ), применяются в каналах записи и воспроизведения звука. Они являются усилителями мощности. Основное назначение усилителей мощности - это усиление сигнала, т. е. при подаче на вход усилителя мощности электрического сигнала малой величины на нагрузке получается сигнал той же формы, но большей мощности. Для усиления сигналов используется энергия источника питания при помощи усилительных элементов.

---

Источник питания ЕК служит для питания схем всех каскадов заданным напряжением c малыми пульсациями. В качестве источник сигнала служит электродинамический микрофон.
Входной каскад выполнен по схеме ОЭ. Данный каскад обеспечивает усиление сигнала по току, напряжению и мощности.
Предварительный каскад усилителя звуковой частоты выполнен по схеме ОЭ, так как он обеспечивает значительное усиление сигнала по току и напряжению и даёт максимальное усиление сигнала по мощности. Также данный каскад выполняет функцию согласования нагрузки по выходной цепи входного каскада с предоконечным каскадом усиления. С учётом нагрузочной способности этого каскада для его реализации выбирают более мощный транзистор.
Предоконечный каскад УЗЧ может быть выполнен по схеме ОЭ и также обеспечивает значительное усиление сигнала по току и напряжению и даёт максимальное усиление по мощности. Данный каскад выполняет функцию согласования нагрузки предварительного каскада с оконечным каскадом усиления.
Оконечным называется каскад, с выхода которого сигнал, усиленный до заданной мощности или напряжения, поступает в нагрузку усилителя. Все предыдущие каскады по сравнению с оконечным являются маломощными. (Именно он определяет КПД всего усилителя, а также требуемые напряжение и мощность источника питания)
При усилении электрических сигналов могут возникнутьискажения:

• 
  нелинейные,
  
• 
  частотные
  
• 
  фазовые
  

Нелинейные искажения представляют собой изменение формы кривой усиливаемых колебаний, вызванное нелинейными свойствами цепи, через которую эти колебания проходят.
Основной причиной появления нелинейных искажений в усилителе является нелинейность характеристик усилительных элементов, а также характеристик намагничивания трансформаторов или дросселей с сердечниками.
Из-за нелинейности входной характеристики транзистора. Попадая на нелинейный участок входной характеристики транзистора, этот сигнал вызывает изменения входного тока, форма которого отличается от синусоидальной. В связи с этим и выходной ток, а значит, и выходное напряжение изменят свою форму по сравнению с входным сигналом.
Чем больше нелинейность усилителя, тем сильнее искажается им синусоидальное напряжение, подаваемое на вход. Известно (теорема Фурье), что всякая несинусоидальная периодическая кривая может быть представлена суммой гармонических колебаний и высших гармоник.

---

Таким образом, в результате нелинейных искажений на выходе усилителя появляются высшие гармоники, т.е. совершенно новые колебания, которых не было на входе, где сумма электрических мощностей, выделяемых на нагрузке гармониками, появившимися в результате нелинейного усиления электрическая мощность первой гармоники.
В тех случаях, когда сопротивление нагрузки имеет одну и ту же величину для всех гармонических составляющих усиленного сигнала, коэффициент гармоник определяется по формуле, где действующие или амплитудные значения первой, второй, третьей и т.д. гармоник тока на выходе, и т.д. действующие или амплитудные значения гармоник выходного напряжения.
Коэффициент гармоник обычно выражают в процентах, поэтому найденное по формулам значение следует умножить на 100% . Общая величина нелинейных искажений, возникающих на выходе усилителя и созданных отдельными каскадами этого усилителя, определяется по приближенной формуле, где нелинейные искажения, вносимые каждым каскадом усилителя.
Допустимая величина коэффициента гармоник всецело зависит, от назначения усилителя. В усилителях контрольно-измерительной аппаратуры допустимое значение коэффициента гармоник составляет десятые доли процента.
Частотными называются искажения, обусловленные изменением величины коэффициента усиления на различных частотах. Причиной частотных искажений является присутствие в схеме реактивных элементов, конденсаторов, катушек индуктивности, междуэлектродных емкостей усилительных элементов, емкости монтажа и т.д.
Зависимость величины реактивного сопротивления от частоты не позволяет получить постоянный коэффициент усиления в широкой полосе частот. Частотные искажения, вносимые усилителем, оценивают по его амплитудно-частотной характеристике, представляющей собой зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала.
При построении амплитудно-частотных характеристик частоту по оси абсцисс удобнее откладывать не в линейном, а в логарифмическом масштабе. Для каждой частоты фактически по оси откладывается величина lgf, а подписывается значение частоты.
Степень искажений на отдельных частотах выражается коэффициентом частотных искажений М, равным отношению коэффициента усиления на данной частоте. Обычно наибольшие частотные искажения возникают на границах диапазона частот fн и fв.

Коэффициенты частотных искажений в этом случае равны, где Кн и Кв соответственно коэффициенты усиления на нижних и верхних частотах диапазона.

---

Для усилителей низкой частоты идеальной частотной характеристикой является горизонтальная прямая линия, где Кн и Кв соответственно коэффициенты усиления на нижних и верхних частотах диапазона. Из определения коэффициента частотных искажений следует, что если М > 1, то частотная характеристика в области данной частоты имеет завал, а если М < 1, то подъем. Для усилителя низкой частоты идеальной частотной характеристикой является горизонтальная прямая.
Коэффициент частотных искажений многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов частотных искажений отдельных каскадов.
М = М1 М2 М3...Мn.
Следовательно, частотные искажения, возникающие в одном каскаде усилителя, могут быть скомпенсированы в другом, чтобы общий коэффициент частотных искажений не выходил за пределы заданного.
Коэффициент частотных искажений, так же, как и коэффициент усиления, удобно выражать в децибелах:
МДБ = 20lgМ.
В случае многокаскадного усилителя:
МДБ = М1ДБ+ М2ДБ + М3ДБ +…+ МnДБ
Допустимая величина частотных искажений зависит от назначения усилителя. Для усилителей контрольно-измерительной аппаратуры, например, допустимые искажения определяются требуемой точностью измерения и могут составлять десятые и даже сотые доли децибела.
Следует иметь в виду, что частотные искажения в усилителе всегда сопровождаются появлением сдвига фаз между входным и выходным сигналами, т. е. фазовыми искажениями. При этом под фазовыми искажениями обычно подразумевают лишь сдвиги, создаваемые реактивными элементами усилителя, а поворот фазы самим усилительным элементом во внимание не принимается.
Фазовые искажения, вносимые усилителем, оцениваются по его фазо-частотной характеристике, представляющей собой график зависимости угла сдвига фазы φ между входным и выходным напряжениями усилителя от частоты. Фазовые искажения в усилителе отсутствуют, когда фазовый сдвиг линейно зависит от частоты. Идеальной фазо-частотной характеристикой является прямая, начинающаяся в начале координат.

2. 
   Расчет схемы предварительного каскада усиления с общим эмиттером.
   

1. 
   Исходные данные для расчета.
   

Таблица 1- исходные данные для расчета

Вариант№	Марка транзистора	Ек, В	Iк0,мА	Uкэ0,В	Rн,кОм	Тип транзистора
11	ГТ122А	15	8	8	1	n-p-n

---

Рабочий диапазон частот:

fн = 80 Гц;

fв = 10 кГц

Коэффициент частотных искажений:

Мн = Мв = 1 дБ

2. Принципиальная электрическая схема каскада

Рисунок 2.1- Схема резисторного каскада с общим эмиттером
Для предварительного усиления применяют усилители с ОЭ. В качестве активного элемента используют маломощный транзистор  n-p-n типа.
Расчет каскада предварительного усиления с ОЭ является основной частью работы при проектировании УНЧ. При ее выполнении рассчитывают параметры элементов каждого каскада, цепей межкаскадных связей, режимы работы транзисторов. Исходя из условия обеспечения однотипности, каскады предварительного усиления выполняют одинаковыми. Поэтому расчет обычно сводится к расчету одного каскада.
Требования предъявляемые к каскадам усилителя:
Основное требование к каскадам предварительного усиления (КПУ) - наибольший коэффициент усиления при заданной частотной, фазовой или переходной характеристиках, благодаря чему можно сократить количество каскадов. В этом случае в КПУ используют усилительные элементы с маленькой мощностью и высоким коэффициентом усиления, при этом выбирают режим их работы, способ включения и детали схемы так, чтобы получить большее усиление сигнала при небольшом расходе питания. n-p-n
Назначения элементов схемы, следующие, где:

• 
  R1 и R2 – делитель напряжения создает смещение на базе транзистора. Их используют для того, чтобы получить заданное выходное напряжение из большего входного (постоянного или переменного) напряжения.
  
• 
  Сэ – конденсатор цепи эмиттерной стабилизации. Он требуется для предотвращения уменьшения усиления сигнала переменного тока.
  
• 
  Сф - конденсатор фильтра
  
• 
  Rк – коллекторная нагрузка.
  
• 
  С2 - разделительный конденсатор на выходе.
  
• 
  Rф – сопротивление резистора фильтра
  
• 
  VT – транзистор
  
• 
  Rэ – резистор эмиттерной стабилизации – признак автоматического смещения напряжением базы. За счет него создается отрицательная обратная связь по постоянному току для стабилизации напряжения.
  
• 
  Rн – сопротивление нагрузки
  
• 
  Ек – напряжение питания
  
• 
  С1 – разделительный конденсатор на входе. Нужен для того, чтобы не пропускать постоянную составляющую от источника сигнала на базу транзистора.
  

---