3.4. Выбор, обоснование и расчет электрической структурной схемы
Этап составления структурной схемы является важным для успешного выполнения курсового проекта и обеспечения всех требований ТЗ.
В
общем виде структурная схема любого
усилительного устройства может быть
приведена к виду, представленному на
рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Обобщенная структурная схема усилительного устройства
На приведенной схеме штрихпунктирной линией обведены блоки, подлежащие проработке и детальному расчету в пояснительной записке.
Источник сигнала определяет входное напряжение, подаваемое на усилительное устройство.
Предварительный усилитель осуществляет предварительную обработку входного сигнала, усиливая его по напряжению до требуемого для усилителя мощности уровня. Кроме того, предварительный усилитель обеспечивает заданное входное сопротивление усилительного устройства в целом.
Усилитель мощности (УМ) дает основное усиление сигнала по току, обеспечивая требуемую техническим заданием мощность в нагрузке.
Нагрузка задается своим сопротивлением и определяет схему построения усилителя мощности.
Источник питания обеспечивает необходимые питающие напряжения для предварительного усилителя и усилителя мощности. В курсовом проекте он не разрабатывается, однако при расчете принципиальной схемы необходимо описать требования, предъявляемые к источнику питания, соединительным шинам и разъемам, допустимые отклонения питающих напряжений и т.д.
Расчет структурной схемы сводится к обоснованному распределению параметров ТЗ между ее блоками. Результаты распределения сводятся в таблицу. Пример такой таблицы для двухкаскадного усилителя, состоящего из предварительного усилителя и усилителя мощности, приведен ниже.
Таблица 3.2 – Распределение параметров ТЗ между блоками схемы электрической структурной двухкаскадного усилителя
Параметр |
Требования ТЗ |
Предварительный усилитель |
Усилитель мощности |
fн, Гц |
20 |
20 |
20 |
fв, кГц |
20 |
20 |
20 |
Мн |
1,41 |
1,41 |
1 |
Мв |
1,41 |
1,41 |
1 |
KU |
20·103 |
20·103 |
1 |
KI |
103 |
10 |
102 |
Rвх, кОм |
15 |
15 |
2 |
Rн, Ом |
4 |
≥2·103 |
4 |
… |
… |
… |
… |
Кг, % |
3 |
0 |
3 |
При выборе классов активных приборов и обосновании схем включения каскадов структурной схемы руководствуются следующими положениями [2, 3].
1. При низкоомной нагрузке усилитель мощности строится на дискретных транзисторах соответствующей мощности, причем для обеспечения высокого КПД и линейности характеристик используются двухтактные схемы включения, в том числе на составных транзисторах.
2. Предварительный усилитель может быть выполнен на транзисторах, либо, для достижения высокого входного сопротивления и требуемого коэффициента усиления по напряжению, – на операционных усилителях или интегральных усилителях мощности низкой частоты с использованием типовых схем включения. Сказанное относится также и к усилителю мощности, если при этом выполняются все требования ТЗ.
3. Эффективным методом улучшения характеристик АЭУ является введение местной или общей отрицательной обратной связи (ООС).
4. При невозможности обеспечения параметров однокаскадным предварительным усилителем, последний может содержать два и более каскадов. В записке обосновать выбор числа каскадов.
5. Формирование частотного диапазона (обеспечение заданных частотных искажений Мн и Мв на нижней fн и верхней fв частотах) целесообразно возложить на предварительный усилитель. В записке необходимо обосновать такое решение.