Курсовая работа: Мощный стереофонический усилитель

Введение

Стереофонический усилитель является неотъемлемым элементом аудиосистем любых классов сложности. К числу основных электрических параметров и характеристик усилителей, определяющих их работу и эксплуатационные свойства, относятся: коэффициент усиления; динамическая, частотная, фазовая (частотно-фазовая) и амплитудная характеристики; уровень линейных и нелинейных искажений; коэффициент полезного действия; входные параметры (входные сопротивление, напряжение, ток и мощность, сопротивление источника сигнала); выходные данные (выходные мощность, ток, напряжение, сопротивление нагрузки): динамический диапазон: собственный уровень шумов и предельно допустимые режимы. Одним из основных параметров мощных стереофонических усилителей является коэффициент усиления (по мощности, по току или напряжению – в зависимости от назначения).

Коэффициент усиления по напряжению (A_u ) определяется как отношение между полезным выходным и приложенным к входу напряжением (током, мощностью). Он может быть представлен как в прямом отношении (V/mV). так и в децибелах. Коэффициент усиления зависит от параметров внешних элементов, в частности от сопротивления внешней нагрузки R_L и входного сопротивления R_IN , а также от изменения напряжения питания V_CC , частоты и температуры.

Динамическая характеристика определяет зависимость выходного напряжения от входного; в идеальном случае эта зависимость линейная.

Частотная характеристика выражает зависимость коэффициента усиления от частоты, а фазовая – зависимость сдвига фазы между выходным и входным напряжениями от частоты.

Частотно-фазовая характеристика объединяет две последние при изменении частоты от 0 до F_h . Все эти характеристики, а также амплитудная (зависимость выходного напряжения от входного), определяют частотные и фазовые, то есть линейные и нелинейные, искажения по сравнению с идеальными характеристиками в пределах диапазона рабочих частот.

Нелинейные искажения в усилителях обусловлены нелинейностью динамической характеристики их полное отсутствие принципиально невозможно вследствие нелинейности реальных характеристик активных элементов (обычно из-за нелинейной входной характеристики и зависимости коэффициентов усиления транзисторов от тока). На такие искажения оказывает влияние схема построения и режим работы усилителя.

Количественно степень нелинейных искажений оценивается коэффициентом гармоник K_d , который определяет относительную интенсивность гармоник. Допустимое значение THD различается в зависимости от типа усилителей; для измерительных оно составляет сотые доли процента и менее, для акустических – десятые доли процента (при THD равном 0.2 – 0.3% для широкого диапазона частот нелинейные искажения почти не ощущаются на слух). При повышении уровня входного (Uin) сигнала увеличиваются выходные мощность (Р_OUT ), ток (Iout) и напряжение (U_OUT ), но возрастaeт и уровень нелинейных искажений. Такого рода искажения можно уменьшить, снизив снимаемую выходную мощность по сравнению с той, которую можно было бы получить от данного усилителя.

Искажения менее 0.1% для определенной мощности на выходе считаются небольшими и вполне допустимыми для качественного воспроизведения звука. Для мощных стереофонических усилителей в интегральном исполнении используются как пластмассовые корпуса типа DI L, DIP (в последнее время – малогабаритные корпуса типа SO для поверхностного монтажа (SMD), так и корпуса с основанием из металлической пластины (SIP, TABS) или металлические – типа ТО‑3, ТО‑5.

К схеме усилителей низкой частоты предъявляются также требования хорошего сглаживания пульсаций напряжений, то есть часто приводится значение коэффициента подавления пульсации.

Я выбрал эту тему поскольку не могу поверить, что при такой маленькой элементной базе, на двух микросхемах можно раскачать мощность 200 Вт, и хочу проверить на практике его работоспособность.

1. Технологическая часть

1.1. Структурная схема и ее описание

Структурная схема представлена на рисунке 1.

Выходной каскад

Каскад предварительного усиления

Блок защиты от КЗ

Сглаживающий фильтр -Uпит

220 В

Рис. 1. Структурная схема усилителя низкой частоты

Входной каскад собран на биполярных транзисторах. Каскад предварительного усиления и выходной каскад собран на мощных полевых транзисторах. Основная задача выходного каскада – обеспечение минимального коэффициента гармоник во всем диапазоне частот при максимальной выходной мощности и минимальном потреблении. Приведенная схема, включающая линеаризующий дифференциальный усилитель, успешно справляется с поставленными требованиями. Значительное снижение уровня нелинейных искажений достигается за счет компенсационной схемы, использующей прямую связь через емкость Миллера оконечного каскада, которая играет роль местной обратной связи по переменному току.

Благодаря отсутствию эффекта вторичного пробоя, область безопасной работы для силового каскада ограничена только величиной максимальной рассеиваемой мощности. Это значительно упрощает построение схемы защиты. Схема защиты, примененная в TDA7294, объединяет традиционную схему ограничения тока с устройством тепловой защиты, настроенной на 145 °С в рабочем режиме и на 150 °С в дежурном режиме.

В микросхеме предусмотрена также защита от воздействия статического электричества по каждому выводу. В схеме присутствует звено отрицательной обратной связи и емкость, обеспечивающая управление верхним транзистором выходного каскада. Заряжается она во время отрицательной полуволны выходного сигнала.

1.2 Схема электрическая принципиальная и ее описание

Принципиальная электрическая схема стереофонического усилителя низкой частоты представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема электрическая принципиальная усилителя низкой частоты

Сегодня российским радиолюбителям доступны интегральные микросхемы, изготовленные в зарубежных странах. Некоторые из этих изделий позволяют без особых проблем (в частности, с минимумом дополнительных деталей) изготовить высококачественный стереофонический усилитель.

Интегральная микросхема TDA7294 фирмы SGS-THOMSON MICROELECTRONICS предназначена для работы в звуковоспроизводящих системах в качестве усилителя мощности.

Микросхема выпускается в пластмассовых корпусах с металлической подложкой и с формовкой выводов для вертикального («Multiwatt 15V») и горизонтального («Multiwatt 15Н») монтажа на печатных платах. Каждый корпус имеет 15 жестких выводов, их внешний вид представлен на рисунке 3.

Выводы 5, 11, 12 не используются. К выводу 6 подключается цепь ООС, к выводу 9 – цепи управления блокировкой выходного каскада, а к выводу 10 – цепи управления блокировкой входного каскада, причем в последнем случае предусмотрено управление только для не инвертирующего входа.

Рис. 3. Внешний вид и расположение выводов микросхемы

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--