Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «цифровые радиотехнические системы»

Усилитель звуковой частоты

Пояснительная записка к курсовой работе

по курсу СХЕМОТЕХНИКА

210402.2011.616.07.ПЗ

Нормоконтролер Руководитель

Митяев А.Н. Митяев А.Н.

«___»__________2011г. «___»__________2011г.

Выполнил

студент группы ПС-375

Конаныхин А.А.

«___»__________2011г.

Работа защищена

с оценкой

«___»__________2011г.

Челябинск

2011

Министерство образования Российской федерации

Южно-Уральский государственный университет

Факультет: ПС

Кафедра: ЦРТС

ЗАДАНИЕ

по курсовой работе

студенту группы ПС-375 Конаныхину А. А.

1 Тема работы: «Усилитель звуковой частоты»

2 Срок сдачи работы: 14 декабря 2011 г.

3 Исходные данные к работе:

Рабочий диапазон частот fН, Гц fВ, кГц	100 35
Частотные искажения на краях полосы МН, дБ МВ, дБ	0,4 0,9
Сопротивление нагрузки, Ом	8
Мощность в нагрузке, Вт	25
Нелинейные искажения,%	1
ЭДС источника сигнала, мВ	50
Внутреннее сопротивление источника сигнал, Ом	1000
Рабочий диапазон температур, 0С	-20…+50
Динамический диапазон входных сигналов, дБ	15
Регулировка тембра Нч, дБ Вч, дБ	±15 ±15
Соотношение сигнал/шум	15

4 Содержание расчетно-пояснительной записки:

• анализ технического задания;

• выбор и обоснование структурной схемы проектируемого устройства;

• выбор, обоснование и электрический расчёт каскадов и узлов устройства;

• выбор и обоснование конструктивного построения устройств;

• полная принципиальная электрическая схема.

5 Дата выдачи задания: 1 октября 2011г

Руководитель: Митяев А.Н.

Задание принял к исполнению: 1 октября 2011г.

Подпись студента: .

АННОТАЦИЯ

Конаныхин А.А. Усилитель звуковой частоты.– Челябинск: ЮУрГУ, ПС, 2011. 56 с., 24 ил, 2 чертежа Библиография литературы – 9 наименований.

Целью данной работы является посторенние и расчет усилителя звуковой частоты (УЗЧ) по заданным параметрам технического задания. В данном курсовом проекте решается задача по разработке усилителя звуковой частоты. В работе производится электрический расчет элементов и каскадов, а также осуществляется подбор номиналов элементов из стандартных рядов номиналов и выбор компонентов. Работа содержит схемы отдельных каскадов, соответствующие электрические вычисления, а также полную принципиальную схему рассчитанного УЗЧ с соответствующей спецификацией используемых элементов, их номиналов и допустимого разброса параметров.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………….……5

1 Эскизный расчет усилителя………………………………………………..…6

2 Электрический расчет оконечного каскада…………………………..…..….8

2.1 Расчет режима оконечного каскада…………………………………..…….8

2.2 Расчет термостабильности оконечного каскада…………………….….…16

2.3 Нелинейные искажения……………………………………….…………….25

3 Электрический расчет промежуточных каскадов……………….……….….29

3.1 Расчет предоконечного каскада……………………………….……….…...30

3.2 Расчет второго промежуточного каскада……………………….….………33

3.3 Расчет регулятора тембра…………………………………………….…..…36

3.4 Расчет третьего промежуточного каскада…………………………………39

3.5 Расчет входного каскада и регулятора усиления……………………...…..41

4 Требование к источнику питания и расчет вспомогательных фильтров.….46

4.1 Требование к источнику питания………………………………………..…46

4.2 Расчет развязывающих фильтров…………………………………….…….47

4.3 Расчет шумов усилителя…………………………………………………….50

5 Конструкция усилителя…………………………………………….…………52

5.1 Описание конструкции…………………………………………….………..52

5.2 Выбор элементов схемы……………………………………………….……53

Заключение……………………………………………………………………….55

Литература…………………………………………………………………….…56

Введение

Современный электронный усилитель звуковой частоты представляет собой в общем случае, каскадное соединение нескольких четырехполюсников, каждый из которых выполняет свою функцию. При этом необходимо согласование всех каскадов между собой, а также с источником сигнала и нагрузкой усилителя. Каждый каскад должен работать так, чтобы передать сигнал другому каскаду с максимально возможным коэффициентом передачи при минимальных искажениях формы сигнала. В данной работе производится расчет многокаскадного УЗЧ, удовлетворяющего всем требованиям поставленного технического задания.

1 Эскизное проектирование

Оконечный каскад. Выберем оконечный каскад, руководствуясь значениями нагрузки (ее сопротивления) и величиной мощности на нагрузке с учетом заданных частотных свойств.

По ТЗ сопротивление нагрузки R_н=8Ом. Это является низкоомной нагрузкой, поэтому целесообразно в качестве оконечного каскада использовать повторитель.

По ТЗ мощность в нагрузке составляет Р_вых = 25Вт, поэтому выгодно применить двухтактный выходной каскад. При этом будем использовать режим АВ как позволяющий получить относительно небольшие нелинейные искажения. Таким образом, будем использовать двухтактный эмиттерный повторитель, работающий в экономичном режиме АВ.

Входной каскад. Входной каскад сильно влияет на шумовые свойства усилителя и вместе с внутренним сопротивлением источника сигнала определяет коэффициент передачи его входной цепи. Внутреннее сопротивление источника сигнала R_и= 1кОм (ТЗ), то с целью повышения коэффициента передачи входной цепи будем применять в качестве входного каскада эмиттерный повторитель, так как он имеет много большее, по сравнению с другими схемами, входное сопротивление. Режим работы входного каскада – режим класса А, так как уровень входных сигналов мал.

После входного каскада поставим регулятор громкости для перекрытия всего динамического диапазона входных сигналов (15дБ). Требуемый регулятор тембра расположим между промежуточными каскадами.

Определим ориентировочно число каскадов усилителя. При выборе оконечного и входного каскадов по схеме повторителей на этапе эскизного расчета их коэффициенты передачи зададим величиной 0.9. Тогда, полагая, что коэффициент входной цепи (источник сигнала нагружен большим входным сопротивлением повторителя) близок к единице, так как входной каскад есть эмиттерный повторитель, определим усиление промежуточных каскадов по формуле:

Где - коэффициент передачи промежуточных каскадов;

- ЭДС источника сигнала;

- учитывает, что в ТЗ задано действующие напряжение.

- коэффициент передачи входного каскада;

- коэффициент передачи выходного каскада.

Считая

Получим:

Определим уровень сигнала на выходе:

Где P_Н - мощность в нагрузке,

R_Н - сопротивление нагрузки.

Тогда:

В формуле 1.5 – коэффициент запаса по усилению.

Учтем, что регулятор тембра является пассивным, то примем на этапе эскизного проектирования, что его коэффициент равен К_рт=0.12.

Получаем:

Предварительно выберем коэффициент усиления одного каскада K= 20. Определим число промежуточных каскадов:

Где - число промежуточных каскадов,

- коэффициент усиления одного каскада.

Получаем

Таким образом, возьмем 3 промежуточных каскада, в этом случае К_пк = 8000 (достаточное усиление).

Окончательная блок-схема УЗЧ представлена на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. - Блок-схема УЗЧ

Теперь можем распределить искажения.

Нелинейные искажения. Поскольку каскады предварительного усиления обычно работают в режиме малого сигнала, то принимаем, что их коэффициент нелинейных искажений равен нулю. Таким образом, все нелинейные искажения вносятся каскадами, работающими с большими сигналами, т.е. это обычно оконечный и предоконечный каскады. Кроме того, учитывая, что повторитель имеет очень глубокую отрицательную обратную связь, большую часть нелинейных искажений будет определять предоконечный каскад.

Распределим линейные искажения на нижних частотах. В выходном каскаде все связи гальванические, так мы используем двухполярный источник питания, поэтому он не создает искажений на НЧ. Распределим все искажения поровну между промежуточными, входным и предоконечным каскадом– 1/4 = 0.25 дБ.

Распределим искажения на верхних частотах. Входной и выходной каскады построены по схеме повторителей, поэтому можно считать, что они практически не вносят искажений на ВЧ. Наибольшие искажения на «верхах» будут создавать каскады и цепи с большой постоянной времени τ_в. Так как в качестве предварительных усилителей используются каскады на ОУ, то ориентировочно распределим поровну 2/3 = 0,66 дБ между этими каскадами.