38

ВСТУП

Мало не щодня постає потреба в покращенні апаратури зв’язку та обробки сигналів, так як весь час піднімаються вимоги до якості та швидкості передавання даних. Крім того, якісні системи зв’язку та обробки звукової інформації стали невід’ємною складовою теле- та радіомовлення, телефонії, студій звукозапису. Особливе місце займають підсилювачі звукових частот (ПЗЧ). Необхідність їх застосування очевидна і випливає з назви. ПЗЧ застосовуються як у побутовій апаратурі, так і у військовій, а також космічній техніці.

Зараз, в століття інтегральних технологій габарити пристроїв знизилися на стільки, що повністю готовий пристрій можна розмістити на долоні. Не обійшло стороною це і ПЗЧ. Зараз легко придбати досить компактну мікросхему підсилювача потрібної потужності і, доповнивши її деякими стандартними навісними елементами, отримати готовий прилад. Однак, за габарити мікросхем, в деякій мірі, потрібно "платити". Справа в тому, що багато мікросхеми вимагають досить громіздкі радіатори, тому в потужних підсилювачах, а точніше в їх вихідних каскадах застосовують в основному транзистори. Мікросхеми (наприклад, операційний підсилювач) дають дуже великий коефіцієнт посилення по напрузі, однак, для того щоб розвинути у навантаженні необхідну потужність потрібно ще й посилення по струму. Транзистори є приладами, які працюють з великими струмами, і, до того ж вони не дуже високочастотні, тобто вони відмінно підходять для ПЗЧ. У проміжних і вхідних каскадах частіше використовують все-таки мікросхеми. Таким чином, в сучасній апаратурі з успіхом застосовуються як транзистори, так і аналогові мікросхеми.

У даній курсовій роботі проводиться дослідження підсилювача потужності звукової частоти (ППЗЧ).

ППЗЧ мають широке застосування. Якість даних пристроїв характеризується наступними основними показниками: лінійні спотворення (нерівномірність амплітудно - і фазо - частотної характеристик), нелінійні спотворення і паразитна модуляція (поява нових складових у частотному спектрі сигналу, варіації рівня і частоти переданого сигналу - детонація), відносний рівень завад (відношення сигнал/шум). Тенденції розвитку ППЗЧ спрямовані на покращення цих параметрів.

Метою дослідження є розрахунок параметрів елементів, розробка друкованої плати, а також моделювання і проведення різних аналізів отриманої схеми за допомогою ЕОМ. Тому дослідження даного пристрою є актуальним.

1 Технічне обгрунтування доцільності розробки

Підсилювачі потужності призначені для збільшення високої вихідної потужності звукових сигналів. Принцип роботи підсилювачів потужності полягає в тому, що вони перетворюють підведену до них від джерела живлення потужність постійного струму в змінний струм, причому форма сигналу на виході підсилювача повністю повторює сигнал на вході. Підсилювачі потужності повинні володіти невеликими спотвореннями і високим ККД (відношення потужностей змінного струму на виході і постійного струму, що підводиться від джерела живлення).

Підсилювачі потужності, як правило, складаються з декількох каскадів: попереднього, проміжного і кінцевого підсилення. Різниця лише в тому, що вхідні та проміжні підсилювальні каскади працюють в режимі великого підсилення по струму або напрузі, а вихідні каскади при коефіцієнті підсилення Ku ≈1.

Вхідні каскади зазвичай реалізуються за диференціальною схемою. Їх властивості (зокрема, динамічний діапазон) визначаються в основному сильносигнальними властивостями всього підсилювача на високих частотах (максимально допустима швидкість наростання сигналу).

Проміжний каскад є другим каскадом підсилення напруги. Він же служить джерелом напруги зміщення робочої точки для кінцевого каскаду ΔU. Основну проблему у схемах, де проміжний каскад є джерелом напруги зміщення ΔU для крайових каскадів, представляє завдання забезпечення термічної стабільності біполярних транзисторів у вихідних каскадах. Від постійної напруги зміщення ΔU температурна залежність напруги переходу база-емітер тягне за собою дуже небажаний термічний позитивний зворотній зв'язок.

Вихідний каскад служить підсилювачем струму і в загальному вигляді може розглядатися як перетворювач імпедансів, що погоджує низькоомний вихід каскаду з навантажувальним опором (повторювач напруги з коефіцієнтом посилення Ku = 1). Потужність вихідних каскадів лежить зазвичай в межах від 50 мВт до 100 Вт і більше, тому при розрахунку підсилювачів завжди слід враховувати розсіюючу транзисторами потужність. Застосовувати лінійні еквівалентні схеми заміщення для аналізу таких схем можна лише дуже умовно, оскільки параметри транзисторів залежать від струму.

Основні технічні характеристики підсилювача потужності звукових сигналів:

• номінальна вхідна напруга – 1 В;

• номінальний опір навантаження – 4; 8 Ом;

• вихідна потужність при опорі навантаження 4 Ом – 50 Вт;

• коефіцієнт гармонік:

  • при Р_вих=40 ВТ, R_н=4 Ом, не більше – 0,02%;

  • при Р_вих=20 ВТ, R_н=8 Ом, не більше – 0,016%;

• рівень шума (з фільтром МЕК-А) – -101 дБн.

Таким чином, умови застосування транзисторних підсилювачів в різних електронних пристроях намічають певну спрямованість в зміні властивостей самих підсилювачів. Ці завдання ускладнюються вимогами збереження працездатності підсилювача в широкому температурному діапазоні навколишнього середовища і значним технічним розкидом параметрів транзисторів.

Оптимізація вибору складових компонентів полягає в тому, що при проектуванні підсилювача слід використовувати такі елементи, щоб їх параметри забезпечували максимальну ефективність пристрою згідно заданих характеристик, а також його економічність з погляду витрати енергії живлення і собівартості компонентів які до нього входять.

Отже, дослідження даного пристрою є доцільним, так як запропонований підхід реалізації підсилювача значно покращує довготривалість його роботи.

2 АНАЛІЗ ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ ТА МОДЕЛЮВАННЯ РЕЖИМІВ РОБОТИ

2.1 Галузь використання приладу і мета роботи

Підсилювач звукових частот — електронний підсилювач, що підсилює малопотужні електричні сигнали частотою від 20 Гц до 22 кГц (що відповідає діапазону акустичних коливань) до рівня, необхідного для роботи гучномовців і є заключним етапом ланцюга звуковідтворення.

Підсилювачі сигналів знаходять широке застосування в багатьох галузях науки і техніки. Вони використовуються в радіомовленні, радіозв'язку, телебаченні, телекомунікації по проводах, радіолокації, радіонавігації, вимірювальної, обчислювальної техніки і так далі.

Для підсилення низькочастотних сигналів використовуються підсилювачі низької частоти, інакше звані аперіодичними підсилювачами; відповідно до цього підсилювачі високої частоти, інакше виборчі підсилювачі, застосовуються для підсилення високочастотних сигналів.

До підсилювачів низької частоти відносяться підсилювачі постійного струму, підсилювачі звукової частоти, підсилювачі телевізійних сигналів, що отримали назву відеопідсилювачів, та інші.

Метою роботи є дослідження ППЗЧ, його режимів роботи, моделювання режимів роботи, проведення трасування та компонування друкованої плати.