Міністерство освіти Російської Федерації
Уральський державний технічний університет - УПІ
Кафедра В«Радіоелектроніки інформаційних системВ»
Оцінка проекту
Члени комісії
Пояснювальна записка
до курсового проекту
Підсилювач потужності звукової частоти
По предмету В«Схемотехніка аналогових електронних пристроївВ»
Дата: 31.05.2023
Група: Р - 304
Керівники: В. Г. Важенін
Консультант: С. В. Гриньков
Студент: І. В. Колтишев
Єкатеринбург 2002
Зміст
Введення
1. Теоретичні основи про проектування УМЗЧ
2. Розробка принципової схеми
2.1 Вихідні параметри
2.2 Вихідний каскад
2.3 Проміжний каскад
2.4 Вхідний каскад
3. Дослідження УМЗЧ з допомогу ЕОМ
Висновок
Бібліографічний список
Додатка
Введення
В даному курсовому проекті нам було запропоновано спроектувати підсилювачі потужності звукової частоти (УМЗЧ).
УМЗЧ мають широке застосування. Якість даних пристроїв характеризується наступними основними показниками: лінійні спотворення (нерівномірність амплітудно - і фазо - частотной характеристик), нелінійні спотворення і паразитна модуляція (поява нових складових у частотному спектрі сигналу, варіації рівня і частоти переданого сигналу - детонація), відносний рівень перешкод (відношення сигнал/шум). Тенденції розвитку УМЗЧ спрямовані на покращення цих параметрів. Нам же пропонується спроектувати відносно простий підсилювач.
Метою проектування є розробка підсилювача в відповідності з технічним завданням, вибір його принципової схеми, розрахунок параметрів елементів схем, розробка друкованої плати, а так само тестування і проведення різних аналізів отриманої схеми з допомогою ЕОМ з мета її доопрацювання і визначенням характеристик.
У результаті ми повинні представити всю необхідну технічну документацію, що відносяться до роботи: схема проектованого пристрою, друкована плата, різні графіки, характеризують його параметри і т. д.
1. Теоретичні основи про проектуванні УМЗЧ
Підсилювачі потужності призначені для збільшення високої вихідної потужності звукових сигналів. Принцип роботи підсилювачів потужності полягає в тому, що вони перетворять подводимую до них від джерела живлення потужність постійного струму в змінний струм, причому форма сигналу на виході підсилювача повністю повторює сигнал на вході. Підсилювачі потужності повинні володіти невеликими спотвореннями і високим ККД (відношення потужностей змінного струму на виході і постійного струму, що підводиться від джерела живлення).
Підсилювачі потужності, як правило, складаються з декількох каскадів. Попереднього, проміжного і кінцевого посилення. Різниця лише в тому, що вхідні та проміжні підсилювальні каскади працюють в режимі великого посилення по струму або напрузі, а вихідні каскади при коефіцієнтах посилення Ku1.
Вхідні каскади зазвичай реалізуються з диференціальної схемою. Їх властивості (зокрема, динамічний діапазон) визначаються в основному сільносігнальнимі властивостями всього підсилювача на високих частотах (максимально допустима швидкість наростання сигналу). В даному курсовому проектується УМЗЧ по бруківці схемою, вхідний каскад якого здійснює посилення вхідної напруги, а наступні каскади - посилення по току.
Проміжний каскад є другим каскадом підсилення напруги. Він же служить джерелом напруги зміщення робочої точки для кінцевого каскаду О”U. Основну проблему в схемах, де проміжний каскад є джерелом напруги зсуву О”U для кінцевих каскадів, являє задача забезпечення термічної стабільності біполярних транзисторів у вихідних каскадах. При постійній напрузі зміщення О”U температурна залежність напруги переходу база-емітер тягне за собою вельми небажану термічну позитивний зворотний зв'язок. Необхідно відзначити, що польові транзистори мають властивість самостабілізації.
Вихідний каскад служить підсилювачем струму і в загальному вигляді може розглядатися як перетворювач імпедансів, узгоджувальний низькоомний вихід каскаду з опором навантаження (Повторювач напруги з коефіцієнтом посилення Ku = 1). Потужність вихідних каскадів лежить зазвичай в межах від 50 мВт до 100 Вт і більше, тому при розрахунку підсилювачів завжди слід враховувати рассеиваемую транзисторами потужність. Застосовувати лінійні еквівалентні схеми заміщення для аналізу таких схем можна лише дуже умовно, оскільки параметри транзисторів залежать від струму.
2. Розробка принципової схеми
Зробимо розрахунок всіх каскадів принципової схеми, керуючись характеристиками УМЗЧ з технічного завдання [1]:
2.1 Вихідні параметри
Максимальна напруга і максимальний струм на виході розраховуються за вихідної потужності Pвихмакс = 150 Вт і опору навантаження Rн = 4 Ом? А так само обчислимо номінальні значення цих величин:
2.2 Вихідний каскад
Необхідна напруга харчування Uпит визначається по максимальному вихідному напрузі Uвихмакс, падінню напруги Uгст на джерелі струму проміжного каскаду, напрузі база-емітер Uq3, Uq5 транзисторів Q3 і Q5, і падіння напруги на опорах R7 і R8. Максимальна напруга живлення Uпіт_max отримують з урахуванням запасу на коливання напруги в мережі живлення:
Вибираємо напруга харчування Uпит = 33 В.
Напруга пробою вихідних транзисторів Q4, Q5 має бути:
Максимальна потужність розсіювання цих транзисторів при активному навантаженні і гармонійному сигналі на вході:
Сумарне теплове опір R транзисторів Q4 і Q5 (включаючи радіатори) визначають, прийнявши максимальну температуру кристала Тj = 175 В° С, а максимальну температуру навколишнього середовища Тu = 55 В° С:
Нехай на радіатори доводиться Rth_l = 1,5 К/Вт Тоді на самі транзистори залишається Rth_g = 2.908 К/Вт Цій вимозі може задовольнити транзистор, у якого при Тu = 25 В° С потужність розсіювання:
За довідковими даними визначаємо, що такий потужністю розсіювання, а так само задовольняють відповідним параметрам характеристик, обчислених вище, володіють транзистори КТ818Г І КТ819Г в корпусі типу КТ-25.
2.3 Проміжний каскад
За максимальному вихідному струму і мінімального посиленню по струму ОІ = 30 вибраного типу транзисторів для вихідного каскаду Q4 і Q5 розраховується струм колектора транзисторів Q1 і Q3:
Оскільки зі збільшенням частоти посилення по струму вихідних транзисторів зменшується (тобто при швидких змінах сигналу транзистор проміжного каскаду віддає більше струму), отримана величина струму завбачливо збільшується в 10 разів:
Струм спокою транзисторів Q1 і Q3 вибирається по мінімуму перехідних нелінійних спотворень величиною Iпок = 30 мА, при цьому падіння напруги на R7 буде близько 0.7 В:
Для обчислення О”U нам необхідно знати напруга база - емітер (Ube_q1q3) транзисторів Q1 і Q3, яке обчислюється за довідником при відповідному Ibo:
Далі знаходимо напруга зміщення О”U:
Потужність розсіювання транзисторів проміжного каскаду:
в стані спокою
З запасом приймається
Знаючи максимальний струм колектора транзисторів цього каскаду можна розрахувати їх максимальний базовий струм:
Виходячи з проведених вище розрахунків, за довідником, вибираємо транзистори КТ817Б і КТ816Б.
Для забезпечення необхідного напруги зсуву О”U = 3.08 В використовуємо 4 діода 2Д104А. Переймаючись потрібним падінням напруги на діодах, за довідником знаходимо струм, відповідний даному падінню напруги:
...
