расчет УМЗЧ. курсач-21.03. Содержание Введение Задание и исходные данные Составление структурной схемы усилителя Электрический расчет 1 Расчет выходного каскада 2 Расчет предоконечного

• Название: Содержание Введение Задание и исходные данные Составление структурной схемы усилителя Электрический расчет 1 Расчет выходного каскада 2 Расчет предоконечного
• Анкор: расчет УМЗЧ
• Дата: 30.03.2023
• Размер: 0.84 Mb.
• Имя файла: курсач-21.03.docx
• Тип: Реферат; #1026240
• страница: 4 из 4

2.3 Расчёт эмиттерного повторителя



Рис.6
1.Выберем транзистор по следующим критериям:
U_{кэ max}>27В. F_h21э >60кГц.

Таблица 4 - параметры биполярного транзистора BD536

Параметр	Ikmax,А	Uкэmax, В	h21Э	Tkmax, 0С	Fmax,МГц	Pkmax
Значение	4	60	25….100	175	3	50

2. Зададимся напряжением U_0kэ = 24В, током I_0к = 17.4мА. U_0бэ , если ток I_0б = I_0к/h_21э = 0,0174/50 = 0,0003 = 3мА, при h_21э = (h_21эmin * h_21эmax)^-1/2 = 50. U_0бэ = 0,8В. каскад усилитель транзистор радиоприемник

3. Вычислим сопротивления R_э и R_б для нашей схемы:



4. Входное сопротивление эмиттерного повторителя:


Где

.
5. Рассчитаем коэффициенты усиления по напряжению, току, мощности:





6. Найдём ёмкость на входе каскада

7. Рассчитаем коэффициент усиления по мощности для всего усилителя:

Полученный коэффициент приблизительно равен .

3.Регулировка усилителей звуковых частот

Для регулировки УЗЧ необходимы следующие приборы: звуковой генератор типа ГЗ-102, ГЗ-118, осциллограф ти­па С1-78, С1-83 или подобный, измеритель нелинейных искажений С6-5, универсальный вольтметр типа В7-27 или ему подобный, эквиваленты нагрузок 4, 8, 16 Ом соответ­ствующей мощности. В качестве эквивалентов можно ис­пользовать проволочные резисторы. Для поиска неисправностей в высококачественных УЗЧ и последующей их регулировки требуется звуковой генератор с прецизионной формой сигнала, низкочастотный анализатор спектра и измеритель ампли­тудно-частотных характеристик.

Существенно упрощается процесс контроля АЧХ уси­лителя при наличии измерителя частотных характеристик типа XI-49 или ему подобного. Подключив усилитель к из­мерителю, на его экране наблюдают амплитудно-частот­ную характеристику.

Если коэффициент гармоник меньше 0,1%, то его из­мерение сопряжено со значительными сложностями, так как промышленностью не выпускаются измерители нели­нейных искажений с такой разрешающей способностью.

 



Рис.7

Структурная схема подключения приборов для проведения измерений приведена на рисунке 7.

Перечень параметров, по которым производится регулировка, и методика измерений

Перечень параметров, по которым производится регулировка.

1. 
   Входная частота 20-20000 кГц.
   
2. 
   Коэффициент усиления К_у , не менее 40.
   
3. 
   Выходная мощность, Р_вых.
   
4. 
   Выходное сопротивление, R_вых.
   
5. 
   Коэффициент нелинейных искажений К_ни, не более 0,01%.
   
6. 
   Входное сопротивление, R_вх.
   
7. 
   Напряжение питания, U_пит , 220в ± 30.
   

Технология измерения параметров:

1. 
   Установить f = 10 кГц и подать сигнал U_вх = 100 мВ и установить регулятор усиления в максимальное положение.
   
2. 
   С помощью осциллографа проверить форму сигнала. Если нелинейное искажение превышает 5-7%, то провести диагностику усилителя.
   
3. 
   Уровень нелинейных искажений измерить с помощью ИНИ, их величины не должны превышать заданных.
   
4. 
   Измерить P_вых на частоте f = 10 кГц, P_вых должно быть не менее заданного.
   
5. 
   Установить частоту выходного сигнала f = 10 Гц и амплитуду U_вх = 100 мВ.
   
6. 
   Измерить выходную мощность Р_вых на частоте f=10Гц, её уровень должен быть не менее 0,7 по отношению к мощности на частоте f=10кГц,
   
7. 
   Провести измерение по пункту 6, установить частоту равную f=20 кГц и входное напряжение U_вх=100 мВ.
   
8. 
   При несоответствии указанных параметров ТУ провести вновь диагностику и устранить неисправность.
   

3.1 Методика испытаний УЗЧ

К числу основных электрических параметров УЗЧ относят: напряжение (уровень) собственных шумов, номинальное напряжение на входе и выходе усилителя, нелинейные искажения, номинальную выходную мощность, кпд, коэффициент усиления каскада, диапазон воспроизводимых частот и неравномерность частотной характеристики. Рассмотрим некоторые из них.

3.2 Измерение напряжения собственных шумов УЗЧ

Это напряжение определяют, измеряя электронным вольтметром напряжение на выходе УЗЧ при отключенном источнике сигнала (UBX = 0) и включенном параллельно входу резисторе, сопротивление которого равно номинальному входному сопротивлению усилителя. Обычно уровень собственных шумов оценивается коэффициентом D, характеризующим отношение номинального напряжения сигнала к напряжению собственных шумов на выходе УЗЧ.
 



 

 3.3 Измерение нелинейных искажений УЗЧ.

Нелинейными искажениями называют искажения формы выходного сигнала, обусловленные нелинейностью элементов схемы УЗЧ. Основная причина появления нелинейных искажений в УЗЧ — нелинейность входных и выходных характеристик усилительных приборов, трансформаторов и других элементов аппаратуры. В результате этого в спектре частот усиливаемого сигнала появляются гармонические составляющие, частоты которых в целое число раз выше основной частоты. Наличие напряжения этих частот приводит к искажениям звука, которые растут по мере увеличения подаваемого на вход УЗЧ уровня сигнала.

При малых нелинейных искажениях изменяется тембр звучания, затрудняется раздельное восприятие голосов и звуков инструментов, при сильных искажениях появляются неприятные хрипы и дребезжание звука.

На практике нелинейные искажения оцениваются коэффициентом нелинейных искажений у.
 



 

 Нелинейные искажения УЗЧ можно определить с помощью специального прибора — измерителя нелинейных искажений С6-1А. Допустимая величина нелинейных искажений определяется назначением УЗЧ. В УЗЧ среднего класса для воспроизведения речи и музыки допустимый коэффициент нелинейных искажений 5—7%, чем выше класс радиоаппаратуры, тем этот коэффициент должен быть меньше. Так, например, в УЗЧ II класса он не должен превышать 2% при номинальной выходной мощности.

3.4 Измерение номинальной выходной мощности 

Рном- Номинальная выходная мощность — это мощность, выраженная в ваттах, отдаваемая УЗЧ в нагрузку, при которой нелинейные искажения не превышают установленных норм.

 



 

 

Мощность, при которой нелинейные искажения достигают 10%, принято считать максимальной.

Номинальную мощность измеряют следующим образом. Изменяя на входе УЗЧ напряжение сигнала, подаваемого от генератора (см. рис. 65), измеряют нелинейные искажения на выходе УЗЧ прибором С6-1А. Регулятор громкости УЗЧ при этом должен быть установлен на максимальную громкость. Когда нелинейные искажения достигнут максимально допустимых значений, измеряют напряжение на выходе УЗЧ. По выходному напряжению и сопротивлению нагрузки рассчитывают номинальную выходную мощность (по вышеприведенной формуле). Значение Рном определяется конструкцией и режимом работы УЗЧ.
 определение кпд. Для УЗТ большой мощности.
3.5 Определение кпд.

для УЗЧ большой мощности важным фактором является кпд. Он определяется отношением мощности сигнала, отдаваемой УЗЧ в нагрузку Рн, к суммарной мощности, потребляемой от источника питания Ро.



Измерение коэффициента усиления каскада. Коэффициентом усиления К называют отношение выходного напряжения сигнала Uвых к входному Uвх.

K= Uвых/ Uвх

Коэффициент усиления выражается в отвлеченных единицах. Однако удобнее коэффициент усиления выражать в логарифмических единицах — децибелах (дБ). В зависимости от назначения усилителя различают коэффициенты усиления по току K₁, напряжению Кu и мощности Кр. K₁=20lgK_1, Ku=20lgKu, Кp=101gkp.

В многокаскадных УЗЧ общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления всех каскадов: Кобщ = K₁ K_2……K_n

Общий коэффициент усиления, выраженный в децибелах: Кобщ = K₁₊ K_2+……+ K_n

 Для измерения К по напряжению на вход УЗЧ подается сигнал с частотой 1000 Гц (частота устанавливается в соответствии с ТУ на усилитель). Регуляторы усиления в испытываемом УЗЧ устанавливаются в положение максимального усиления. Изменением входного напряжения добиваются на выходе УЗЧ напряжения, соответствующего нормальной мощности, т. е. 0,1 от номинальной. Имея значения входного и выходного напряжения, можно вычислить величину общего коэффициента усиления. Коэффициент усиления чаще всего определяют при двух крайних значениях регулятора громкости, что соответствует максимальному и минимальному усилению.

Ниже приводится перевод значений коэффициента усиления из относительных единиц в децибелы:

К	1,12	1,25	2,0	3,16	4,0	10	31,6	100	1000	10000
К, дБ	1	2	6	10	12	20	30	40	60	80

Коэффициент усиления УЗЧ не может быть бесконечным. При увеличении напряжения сигнала на входе УЗЧ выходное напряжение вначале будет расти пропорционально входному, повторяя форму подаваемого на вход сигнала. При дальнейшем увеличении уровня входного сигнала выходное напряжение будет заметно искажаться. Это связано с нелинейными искажениями в усилительном тракте.

Для определения области линейного режима работы УЗЧ снимается амплитудная характеристика, представляющая собой зависимость выходного напряжения от входного. Обычно амплитудные характеристики УЗЧ снимаются на частоте 1000 Гц, так как в этой точке усиливаемого диапазона частот коэффициент усиления максимальный.

Для снятия амплитудной характеристики на вход УЗЧ подают напряжение различной амплитуды и измеряют выходное напряжение с помощью электронного вольтметра или градуированного осциллографа. Входное напряжение увеличивают до получения на выходе усилителя напряжения, в 1,5 раза превышающего номинальное значение, или до того момента, при котором напряжение на выходе перестанет увеличиваться.

 



Рис.8

 

Амплитудная характеристика показана на рис.8. Прямолинейная часть (участок АБ) этой характеристики представляет собой рабочий участок, соответствующий минимальным нелинейным искажениям. Загиб амплитудной характеристики (точка Б) объясняется тем, что амплитуда входного сигнала, начиная с некоторой величины, превышает значение соответствующее линейному участку характеристики усилителя, т. е. за линейной частью амплитудной характеристики увеличение напряжения сигнала UBx не приводит к линейному увеличению выходного напряжения Uвых.

После того как амплитудная характеристика УЗЧ построена, можно определить амплитуду входного напряжения, при которой

следует производить измерения остальных параметров УЗЧ. Значение входного напряжения на графике будет соответствовать середине линейного участка амплитудной характеристики.
  

 Амплитудно-частотная характеристика УЗЧ при различной ширине полосы пропускания (по звуковому давлению) показана на рис.9.



Рис.9



3.6 Определение диапазона воспроизводимых частот.

Он определяется формой амплитудно-частотной характеристики УЗЧ, в пределах которой коэффициент усиления изменяется не больше, чем это допустимо ТУ. Если на вход УЗЧ подавать переменное напряжение сигнала с постоянным уровнем и менять только его частоту колебаний, в идеальном случае усиленное выходное напряжение должно быть одинаковым на всех участках диапазона.

Если по оси абсцисс в логарифмическом масштабе отложить частоту, а по оси ординат — коэффициент усиления, графически такая идеальная амплитудно-частотная характеристика усилителя представляет собой прямую линию 1 (рис.9). Однако вследствие того, что в схемах УЗЧ могут быть индуктивности обмоток трансформаторов и конденсаторы, сопротивление которых меняется при изменении частоты, в реальных условиях амплитудно-частотная характеристика во всем звуковом диапазоне частот не будет равномерной. Для оценки качества звучания УЗЧ и их сравнения снимают частотную характеристику УЗЧ при выходной мощности, значительно меньшей номинальной. Это достигается подачей на вход УЗЧ уровня сигнала в 3—10 раз ниже расчетного. Такой режим работы УЗЧ устанавливается для того, чтобы возможные завалы и подъемы частотной характеристики не были сглажены появлением его нелинейных искажений. Для большинства УЗЧ при воспроизведении грамзаписи входное напряжение равно 100— 250 мВ, а с микрофонного входа УЗЧ— 1—2 мВ. Для снятия амплитудно-частотной характеристики УЗЧ можно использовать схему, показанную на рис.2.3.
 



 Рис.10

Структурная схема настройки и регулировки УЗЧ:
1 — измерительный генератор звуковой частоты, 2—переключатель, 3 — резистор, 4 — УЗЧ, 5 — нагрузка, 6 — электронный вольтметр, 7 — осциллограф, 8 — измеритель нелинейных искажений, 9— амперметр, 10 — вольтметр, —источник питания
 

На входе УЗЧ от звукового генератора ГЗ-102 подается напряжение сигнала на частоте 1000 Гц. Регулятор громкости при этом должен находиться в крайнем правом положении, т. е. на максимуме, а регуляторы тембра — в среднем; во время снятия частотной характеристики их положения не меняют.

Поддерживая на входе УЗЧ постоянный уровень сигнала, изменяют частоту генератора в обе стороны от контрольной частоты 1000 Гц. В сторону низких частот берут контрольные точки сначала через 100, а затем через 50 и 25 Гц. В сторону высоких частот контрольные частоты берут через 2,5—5 кГц, усиление на частотах 25 Гц и 20 кГц проверяют только для высококачественных усилителей. Одновременно измеряют выходное напряжение на каждой из этих частот. По полученным результатам измерения строят амплитудно-частотную характеристику УЗЧ.

Реальная частотная характеристика УЗЧ с учетом акустических систем имеет вид кривой 4 (см. рис. 2.2), из которой видно, что усиление меньше на низких и высоких частотах по сравнению с усилением на средних частотах.

Допустимая величина частотных искажений зависит от назначения УЗЧ и характеризуется коэффициентом частотных искажений М. Этот коэффициент представляет собой отношение коэффициента усиления на средних частотах Ко (обычно частота берется 1000 Гц) к коэффициенту усиления на крайних частотах (Ка и Кв) рабочего диапазона:

 
Ма=Кн/Ко; Мв=Кв/Ко.

Амплитудно-частотная характеристика и допустимые частотные искажения определяют полосу частот УЗЧ. Например, для сетевых радиоприемников II класса полоса частот от 100 до 10 000 Гц, а УЗЧ малогабаритных транзисторных приемников —• от 200 до 3500 Гц. Чем выше класс радиоприемника, тем шире полоса усиливаемых частот УЗЧ. Если усиление на каком-либо участке диапазона частот больше, чем на средних частотах, амплитудно-частотная характеристика имеет подъем.

Посмотрим, как влияет форма амплитудно-частотной характеристики на качество воспроизведения звуковых сигналов.

Частотные искажения в области высоких и низких звуковых частот субъективно воспринимаются на слух как ухудшение качества звучания: завалы на частотах 2—3 кГц и выше делают звучание тусклым, ухудшают разборчивость речи, излишнее усиление высоких частот приводит к подчеркиванию шипящих и свистящих звуков и неестественно резкому звучанию музыки, раздражающему •слух. Частотные искажения в области частот 100—200 Гц и ниже

нарушают красоту тембра, а чрезмерное их усиление вызывает ощущение неприятного бубнящего звучания.

Высококачественные УЗЧ кроме регулировки громкости имеют раздельную регулировку тембра по низким и высоким частотам. Амплитудно-частотную характеристику таких УЗЧ снимают не менее трех раз. Сначала регуляторы тембра устанавливают в положение, соответствующее наибольшему завалу крайних высоких и низких частот.

Полученная амплитудно-частотная характеристика имеет вид кривой 2 (см. рис. 9) — «Узкая полоса». Затем оба резистора устанавливают в положение «Широкой полосы», т. е. УЗЧ имеет максимальное усиление на низких и высоких частотах. Амплитудно-частотная характеристика в этом случае (кривая 3) имеет подъем на низких и высоких частотах.
Вывод
В ходе проделанной курсовой работы мы составили структурную схему усилителя низких частот, собрали принципиальную схему выходного каскада (двухтактный усилительный каскад с трансформатором и нагрузкой на выходе), произвели полный расчёт. В процессе составления схемы выходного каскада мы учитывали предельные эксплуатационные параметры, такие как температура, предельное напряжение на коллектор-эмиттере транзисторов, и выходная мощность. Затем мы собрали принципиальную схему предоконечного, фазоинверсного каскада, также в процессе выполнения курсовой полностью его рассчитали. На вход нашего усилителя мы поставили эмиттерный повторитель, предназначенный для повторения напряжения, т.е напряжение на входе усилителя передаётся на вход предоконечного каскада с коэффициентом, меньше единицы. После того, как был произведён полный расчёт усилителя, мы сравнили требуемый коэффициент усиления по мощности с получившимся. Они получились приблизительно равны.
Список использованных источников

1. 
   Батушев В.А Электронные приборы: Учебное пособие для учащихся вузов. М.: Высшая школа, 1980
   
2. 
   Верховцев О.Г. Практические советы мастеру - любителю/ Верховцев О.Г. - Ленинград, 1987;
   
3. 
   Мисюль П.И. Техническое обслуживание и ремонт бытовой радиоаппаратуры: Спецтехнология: Учеб. пособие/ П.И. Мисюль. - Мн.: Выш. Шк., 2002
   
4. 
   Цыкин, Г. С. Усилительные устройства / Г. С. Цыкин. – М.: Связь, 1971. – 366 с.
   
5. 
   Мамонкин, И. Г. Усилительные устройства / И. Г. Мамонкин. – М.: Связь, 1977. – 360 с.
   
6. 
   Проектирование транзисторных усилителей звуковых частот / Н. Л. Безладнов, Б. Я. Герценштейн, В. К. Кожанов; под ред.
   
7. 
   Н. Л. Безладнова. – М.: Связь, 1978. – 368 с.
   
8. 
   Саулов А.Ю. Ремонт: Журнал / Саулов А.Ю. / Солон-пресс, 2009, №118.
   
9. 
   Интернет ресурс: http://www.ddrservice.info/catalog/
   
10. 
    Интернет ресурс: http://radiojurnals.xan.su/rs/rs.htm
    
11. 
    Войшвилло, Г. В. Усилительные устройства / Г. В. Войшвилло. – М.: Связь, 1977. – 384 с.
    
12. 
    Абраменко С.Н. Электронные приборы: Учебный Методический Комплекс. - Новополоцк: Полоцкий Государственный Университет, 2008. - 359с.
    
13. 
    Усов, В.С. Транзисторные усилители, ключи, импульсные устройства / Б.А. Мартынов, Ю.Н Новиков, В.С. Усов - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2005. - 56 с.