Курсовая работа: Усилитель мощности звуковой частоты

В данной работе, с помощью современных средств проектирования и разработки электронных схем, промоделирована работа схемы усилителя мощности звуковой частоты на зарубежных аналогах отечественных элементов, а также на созданных в процессе работы моделях отечественных активных элементах. Для данной схемы были получены ее основные характеристики (АЧХ, ФЧХ, коэффициент искажений, переходная характеристика и другие), а также зависимость амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик от температуры и параметра регулировочного элемента (резистора, определяющего ток покоя транзисторов выходного каскада). Перечисленные анализы были проведены как для схемы на импортных аналогах, так и на отечественных моделях. Для сравнительного анализа характеристик импортных и отечественных транзисторов и диодов были построены их вольт-амперные характеристики с помощью программы PSpice. В качестве среды для моделирования работы схемы применялась программа Electronics Workbench Multisim8.

Теоретические сведения об устройстве

К достоинствам описываемых усилителей можно отнести низкий коэффициент гармонических искажений во всей полосе рабочих частот, плавное ограничение максимальных уровней сигнала. Высокое выходное сопротивление одного из усилителей способствует уменьшению интермодуляционных искажений головок в средне- и высокочастотной полосе. Низкое выходное сопротивление другого демпфирует громкоговоритель в широкой полосе частот.

Исходя из перечисленных особенностей работы усилителя и громкоговорителя, было разработано два усилителя. В первом из них (его схема на рис. 1) имеются две петли общей ООС: по переменному току — через R5, С6 и по постоянному напряжению — через интегратор на DA1. Применение интегратора исключает постоянную составляющую на выходе усилителя даже при ее наличии на входе, например, из-за утечки переходного конденсатора на выходе темброблока или линейного усилителя. Такое решение благоприятно сказывается и на демпфировании громкоговорителя. Усилитель имеет практически нулевое выходное сопротивление на инфранизких частотах и на постоянном токе, что эквивалентно демпфированию громкоговорителя вторичной обмоткой трансформаторного УМЗЧ на лампах. При этом исключаются возникающие с некоторыми транзисторными УМЗЧ инфранизкоча-стотные колебания низкочастотной головки.

В выходном каскаде в двухступенчатом усилителе тока применены БСИТ. Такие транзисторы отличаются высокой крутизной, малым остаточным напряжением насыщения, быстрым переключением и относительно высоким коэффициентом передачи по току в линейном режиме.

Используемые в усилителе дифференциальные каскады с местной ООС, как известно, отличаются повышенной перегрузочной способностью, а искажения в них в значительной степени компенсируются.

Диодами VD3—VD6 достигаются необходимые сдвиги уровня для обеспечения режима транзисторов VT10, VT12. Суммирование сигналов с повторителей на VT7, VT9 и VT8, VT13 происходит соответственно на транзисторах VT10 и VT12. Резисторы R20. R21 являются, с одной стороны, местной ОС для VT10, VT12, с другой — нагрузкой эмиттерных повторителей на транзисторах VT9, VT13.

Ограничение сигнала на выходе второго каскада, а соответственно и усилителя в целом, происходит раньше, чем в обычных усилителях, примерно на 3 В (за счет падения напряжения на транзисторах VT9, VT13). При этом с дальнейшим ростом входного напряжения не происходит жесткого ограничения сигнала, так как транзисторы VT10, VT12 переходят в режим плавного насыщения. Таким образом, амплитудное значение сигнала на выходе усилителя такое же, как в обычном усилителе, но без жесткого ограничения. Это схемотехническое решение позволяет получить характер искажений при перегрузке, подобный ламповым усилителям.

Термостабилизацию каскада обеспечивает транзистор VT14. Ток покоя каждого из выходных транзисторов VT17—VT20 на уровне около 80 мА устанавливают резистором R24.

При исправных деталях налаживание усилителя сводится к установке тока покоя каждого из выходных транзисторов в пределах 60... 100 мА.

Выходные каскады усилителя с низким выходным сопротивлением, более подходящего для громкоговорителя НЧ, выполнены на более доступной элементной базе (рис. 2). Остальная часть схемы практически аналогична рассмотренной ранее (на рис. 1 она отделена штрихпунктирной линией).

Двухтактный выходной каскад на VT15—VT18 выполнен по схеме ОЭ-ОЭ с глубокой ООС. Цепь смещения на диодах VD9, VD10 дополнена резисторами R23, R24, которые обеспечивают малые изменения входного сопротивления каскада и тока через диоды VD9, VD10 даже при отсечке тока в противоположном плече каскада.

Защита от короткого замыкания в нагрузке выполнена на диодах VD11, VD12.

В качестве VT7, VT9, VT13 можно использовать транзисторы типа КТ3102 с любым буквенным индексом. При напряжении питания до ±30 В в качестве VT11, VT16 подойдут транзисторы типа КТ626В. a VT12, VT15 — КТ646А. Транзисторы VT15, VT16 снабжены небольшими пластинками — теплоотводами. Для дополнительной термостабилизации диоды VD16, VD17 монтируют вместе с резисторами R33, R34 непосредственно на выводах выходных транзисторов. При использовании в позициях VT11. VT12, VT15, VT16 транзисторов серий КТ850, КТ851 емкость конденсаторов СЮ, С11 можно уменьшить до 150 пф, а С12, С13 — до 39 пФ. Для повышения устойчивости усилителя желательно включить в базы транзисторов VT10, VT12 (см. рис. 1) и VT10—VT13 (рис. 2) резисторы сопротивлением 50—100 Ом, что позволит уменьшить емкости конденсатеров СЮ—С13 или даже отказаться от них.

При налаживании усилителя (сначала без мощных транзисторов VT17, VT18, см. рис. 2) его включают и, подав сигнал от генератора, убеждаются в работоспособности устройства без нагрузки. Затем, подключив выходные транзисторы, проверяют его под резистивной нагрузкой как с помощью синусоидального сигнала, так и сигнала "меандр" до частоты 20 кГц. Выходной сигнал должен быть чистым, без какого-либо выброса или "звона". Особое внимание следует обратить на форму выходного сигнала при выходе усилителя из перегрузки по напряжению. На синусоидальном сигнале не должно быть никаких признаков даже кратковременного возбуждения.

Параметры усилителя, показанного на рис. 2, можно улучшить, применив в качестве выходных транзисторов более высокочастотные составные транзисторы или отдельные транзисторы с частотой единичного усиления не ниже 20 МГц.

Основные технические характеристики УМЗЧ

Цепи ООС (R5, С6) и С1 отключены;

R= 4 Ом

Коэффициент усиления,

не менее1000

Коэффициент гармоник, % ,

не более, на частоте

1000 Гц 0,5

10 кГц 0,6

20 кГц 0,9

Полоса пропускания, кГц 110