Курсовая работа: Моделирование и анализ электронных схем на ЭВМ

20000 0,08

Входное сопротивление, кОм 47

Cкорость нарастания выходного напряжения , В/мкс, не менее 3

Отношение сигнал/шум (невзвешенное), дБ 80

Отношение сигнал/фон , дБ 70

Ток покоя , мА , при напряжении источника питания ,

13,2 B 50

Коэффициент полезного действия при номинальной

Выходной мощности , % 47

2. Основная часть

2.1 Анализ технического задания

При разработке данного усилителя мощности ЗЧ для автомобильных и переносных радиокомплексов было проанализировано и проверено экспериментально большое число схемотехнических решений усилителей аналогичного назначения. Цель исследований – определение схемотехнического решения усилителя ЗЧ ,позволяющего получить наилучшие технические характеристики при наименьшем числе деталей , небольшой трудоемкости изготовления и простоте настройки.

Как выяснилось , полнее всего этим требованиям удовлетворяет усилитель мощности на базе “параллельного” усилителя. Однако двуполярное питание и относительно большой уровень нелинейных искажений вследствие использования диодного коммутатора не позволили воспользоваться этой оригинальной схемой применительно к автомобильной радиоаппаратуре с низковольтным питанием. Поэтому была проведена соответствующая доработка данного усилителя, в результате которой удалось создать УМЗЧ, питающийся от однополярного низковольтного источника и обладающий высокой линейностью.

Работоспособность усилителя сохраняется при изменении напряжения источника питания от 6 до 16В и колебаниях температуры окружающей среды от –40 до +60 ^о С.

Принципиальная схема усилителя приведена в приложении 1. Он состоит из фазоинверторного каскада на транзисторе VT1 и двухканального усилителя мощности на ОУ DA1,DA2 и транзисторах VT3,VT5,VT7,VT8 и VT4,VT6,VT9,VT10, включенных по мостовой схеме. Входной сигнал поступает на инвертирующие входы ОУ, неинвертирующие же входы подключены к делителю напряжения, образованному переменным резистором R8, в результате чего мост оказывается сбалансированным по постоянному току в широком диапазоне напряжений источника питания. В среднем положении движка резистора R8 постоянное напряжение на эмиттерах транзисторов VT7,VT8,VT9 и VT10 примерно равно половине напряжения источника питания.

Идентичность каналов УМЗЧ, а также наличие возможности регулирования напряжения смещения на выходе ОУ DA2 резистором R14, позволили ограничить постоянное напряжение на выходе усилителя очень небольшой величиной (единицы милливольт), которое к тому же практически не меняется в широком диапазоне температуры окружающей среды и питающего напряжения. Включенный в цепь ООС R15C7R9C3 подстроечный резистор R13 обеспечивает возможность установки одинаковых уровней противофазных напряжений на выходах каналов и получение максимально возможной при данном напряжении питания выходной мощности УМЗЧ.

Отсутствие в усилителе разделительных электролитических конденсаторов большой емкости исключает перегрузку громкоговорителя, вследствие переходных процессов в момент включения и выключения питания, а также подключения к аккумулятору мощных потребителей электроэнергии (стартера, указателей поворотов, электродвигателя вентилятора системы охлаждения) в случае эксплуатации конструкции в работающем автомобиле.

2.2 Выбор проектных процедур анализа

Исходя из ТЗ будем выполнять следующие процедуры:

· анализ режима цепи по постоянному току;

· анализ режима цепи по переменному току;

· анализ переходных процессов при воздействии синусоидального сигнала;

· анализ частотных характеристик;

· анализ спектральной плотности внутреннего шума;

· анализ Фурье гармоник отклика цепи на синусоидальный сигнал;

· анализ характеристик на влияния температуры;

· анализ характеристик при применении процедуры WCASE

2.3 Анализ схемы по постоянному току

При анализе режима цепи по постоянному току настраивается рабочая точка УМЗЧ. При расширенном анализе на постоянном токе проводится исследование чувствительности рабочей точки. Анализ переходных процессов при воздействии различных сигналов, а также анализ Фурье гармоник отклика цепи на синусоидальный сигнал проводится для определения уровня номинальной и максимальной выходной мощности, а также уровня нелинейных искажений при номинальном входном напряжении.

2.4 Анализ схемы по переменному току

В данной части работы проводился анализ изменения токов и напряжений во времени, прослеживалось прохождение полезного сигнала от входа до выхода при подаче на вход синусоидального сигнала с частотой 1кГц. По виду выходного напряжения и тока видно, что сигнал подаваемый на вход проходит через усилитель без искажений. Коэффициент нелинейных искажений составил 0,023%.

2.5 Анализ переходных процессов

В данной части работы проводился анализ переходных процессов при воздействии прямоугольного импульса с целью измерения скорости нарастания выходного напряжения. Для этого на вход схемы подавался импульсный сигнал и строилась зависимость производной напряжения на выходе от времени в режиме Transient анализа. Из полученных результатов видно, что скорость нарастания выходного напряжения составляет около 0,5 В/мкс.

2.6 Анализ частотных свойств

В данной части работы проводилась проверка удовлетворения требований УМ по номинальному диапазону частот и необходимой равномерности АЧХ в рабочей полосе частот. Кроме того, проводился анализ спектральной плотности внутреннего шума УМ, при котором определяется относительный уровень шумов. По АЧХ видно, что полоса пропускания получилась больше, чем в описании.

2.7 Анализ спектральной плотности внутреннего шума

Анализ спектральной плотности внутреннего шума позволяет оценить относительный уровень внутренних шумов усилителя. Резисторы и объёмные сопротивления транзисторов являются источниками теплового шума; кроме того, полупроводниковые приборы имеют дробовый шум и Фликкер-шум.

2.8 Анализ Фурье гармоник

В данной части работы проводились исследования, целью которых была оценка уровня нелинейных искажений, методом анализа Фурье гармоник отклика цепи на синусоидальный сигнал.

2.9 Анализ влияния температуры на характеристики

В данной части работы проводились исследования, целью которых была оценка влияния температуры и разброса параметров применяемых элементов на основные характеристики УМЗЧ.

Анализ работы схемы при различных значениях температуры окружающей среды показал, что усилитель сохраняет работоспособность при повышенных и пониженных температурах.