Реферат: Усилитель мощности на дискретных элементах

В зависимости от способа получения сигнала различают обратную вязь по напряжению, когда снимаемый сигнал ОС пропорционален напряжению выходной цепи; обратную связь по току, когда снимаемый сигнал ОС пропорционален току выходной цепи; комбинированную ОС, когда снимаемый сигнал пропорционален как и напряжению, так и току выходной цепи.

По способу внедрения во входную цепь сигнала обратной связи различают: последовательную схему введения ОС, когда напряжение гнала суммируется с входным напряжением; параллельную схему введения ОС, когда ток цепи суммируется с током входного сигнала; смешанную схему введения ОС, когда с входным сигналом суммируются ток и напряжение цепи ОС.

Введение

Электронные усилители низкой частоты (УНЧ) предназначены для усиления сигналов переменного тока, частоты которых лежат в интервале от низкой частоты fн до какой-то частоты fв. Они используются в разнообразнейших по назначению, технических устройствах, различающихся по полосе рабочих частот, по характеру нагрузки, по условиям применения.

Особенности УНЧ, требования к их показателям во многом определяются характером нагрузки и условиями их применения. Нагрузка в подавляющем большинстве случаев носит комплексный характер, являясь электромагнитным или электростатическим устройством. Условия применения УНЧ определяют диапазон изменений температур окружающей среды, в котором усилитель должен сохранять полную работоспособность, вид механических воздействий, требования к весовым и энергетическими показателями.

Круг требований к УНЧ с довольно широкой полосой рабочих частот связан, в основном, с интервалом рабочих частот, в пределах которого полезный сигнал должен усиливаться с допустимыми частотными и нелинейными искажениями. УНЧ с узкой или фиксированной рабочей частотой предназначены, в основном, для работы на демодуляторы или двухфазные индукционные двигатели. Основные требования к таким усилителям связаны с фазо-частотной характеристикой. Однако отмеченные особенности УНЧ не исключают общего подхода к проектированию.

Рассмотренные усилители характеризуются различными конструктивными и энергетическими показателями. К первым можно отнести вес и габариты, выделение тепла, стойкость к механическим воздействиям и прочим. К энергетическим следует отнести показатели, характеризующие режим работы транзисторов, свойства усилителей по отношению к сигналу переменного тока. Важнейшими из них являются коэффициент усиления по напряжению (току, мощности), его стабильность, полоса рабочих частот, коэффициент частотных искажений, угол сдвига фазы между входным и выходным сигналом, входное и выходное сопротивление, коэффициент нелинейных искажений. О таких показателях УНЧ можно сказать следующее. Если в усилителе не предусмотрены специальные меры стабилизации, то его коэффициент усиления может измениться в широких пределах из-за большого технического разброса параметров транзистора.

Транзисторные усилители имеют сравнительно небольшую верхнюю граничную частоту усиления, если в оконечном каскаде использован мощный транзистор. Вместе комплексными цепями связи это приводит к значительным частотным искажениям усиливаемого сигнала. Нелинейность вольтамперных характеристик транзистора является источником больших нелинейных искажений на выходе усилителя. Физические свойства транзистора как усилительного элемента определяют низкое входное и высокое (при работе транзистора в активной области) выходное сопротивление усилительного каскада.

Для оценки возможности использования таких транзисторных усилителей сопоставим основные параметры с требованиями, которые к ним часто предъявляются. Усилитель связан входной цепью с источником сигнала, не допускающим, как правило, сколько-нибудь значительных нагрузок по току. Это заставляет искать пути увеличения входного сопротивления транзистора в десятки, сотни и тысячи раз. Входная цепь усилителя передает усиленный сигнал в нагрузку. Во многих случаях удобно подавать питание в нагрузку либо от источника тока (внутреннее сопротивление усилителя стремиться к бесконечности), либо от источника напряжения (внутреннее сопротивление усилителя близко к нулю). Иначе говоря, одной из практических задач при проектировании усилителя является изменения его входного сопротивления. Требования повышения точности работы системы в различных климатических устройствах вынуждают стабилизировать коэффициент усиления. В усилителях, работающих в радиотехнических системах, всегда жесткие требования предъявляются к частотным искажениям, а в усилителях системы автоматики, управляющих двигателями переменного тока, к уменьшению фазового сдвига. Обычно, без специальных мер, транзисторные усилители не удовлетворяют этим требованиям.

Таким образом, условия применения транзисторных усилителей в различных электронных устройствах намечают определенную направленность в изменении свойств УНЧ. Эти задачи усложняются требованиями сохранения работоспособности Усилителя в широком температурном диапазоне окружающей среды и значительным техническим разбросам параметров транзисторов.

1. Предварительный расчет УНЧ

Определение амплитуды тока Iн_m и напряжения Uн_m на нагрузке:

, где Pн_max – мощность нагрузки, Rн – сопротивление нагрузки.

Определение входного сопротивления УНЧ.

Обычно величину входного сопротивления определяют из условия:

. Исходя из худшего случая, входное сопротивление УНЧ берется равным Rг: Rвх=Rг.

Определение необходимого коэффициента усиления по ЭДС Ke и коэффициент усиления по напряжению Ku:

Расчет количества каскадов предварительного усиления (КПУ) также следует производить, ориентируясь на худший случай, т.е. при расчете надо принимать наименьший коэффициент усиления по напряжению, обеспечиваемый схемами ОЭ и ОИ: Ku_min = 10. Тогда, учитывая, что Rвх = Rг, количество каскадов КПУ n вычисляется по формуле:

.

Учитывая, что для заведения отрицательной обратной связи (ООС) разность фаз между входным и выходным сигналом должна быть кратна , где k – целое число, округляем n до ближайшего целого нечетного числа (в большую сторону).

Определение напряжения питания УНЧ Eп.

Напряжение питания УНЧ определяется по следующей формуле:

,

где - падение напряжения на переходе коллектор – эмиттер выходного транзистора в режиме насыщения, В;

- падение напряжение на резисторе, установленном на эмиттерной цепи выходного транзистора, В.

Ориентировочно принимаем = 1В, = 0.7В. Тогда Eп = 28.54В. Полученную величину округляем к ближайшему целому числу, а затем принимаем из стандартного ряда.

Eп = 30В