Główne elementy wzmacniacza napięcia o niskiej częstotliwości. Wzmacniacz niskiej częstotliwości - dokument. Zniekształcenie nieliniowe. KNI, KGI, TDH

Wzmacniacz- to urządzenie elektronicznektóry kontroluje przepływ energii z zasilacza do obciążenia. Ponadto moc wymagana do sterowania jest z reguły znacznie mniejsza niż moc dostarczana do obciążenia, a postacie sygnałów wejściowych (wzmocnionych) i wyjściowych (przy obciążeniu) pokrywają się (rys. 2.1).

Wszystkie wzmacniacze można sklasyfikować według następujących kryteriów:

● według częstotliwości wzmacnianego sygnału:

Wzmacniacze niskiej częstotliwości (ULF) do wzmacniania sygnałów od kilkudziesięciu do kilkudziesięciu lub setek kiloherców;

Wzmacniacze szerokopasmowe, które wzmacniają sygnały w jednostkach i dziesiątkach megaherców;

Wzmacniacze selektywne, które wzmacniają sygnały wąskopasmowe;

● ze względu na charakter wzmocnionego sygnału:

Wzmacniacze prądu stałego (DCA), wzmacniające sygnały elektryczne o częstotliwości zerowej Hz i wyższej;

Wzmacniacze prądu przemiennego, które wzmacniają sygnały elektryczne o częstotliwości innej niż zero;

● według celu funkcjonalnego:

Wzmacniacze napięcia, wzmacniacze prądu i wzmacniacze mocy, w zależności od tego, który z parametrów wzmacnia wzmacniacz. Głównym parametrem ilościowym wzmacniacza jest wzmocnienie. W zależności od przeznaczenia funkcjonalnego wzmacniacza rozróżnia się współczynniki wzmocnienia dla napięcia K U, prądu K i lub mocy

K R: K U \u003d U we / U wy K I \u003d I we / I wy K P \u003d P we / P wy, gdzie U we, I we są wartościami amplitudy składowych zmiennych napięcia i prądu na wejściu;

U out, I out - wartości amplitudy składowych zmiennych, odpowiednio, napięcia i prądu na wyjściu; P in, P out - moc sygnału odpowiednio na wejściu i wyjściu. Zyski są często wyrażane w jednostkach logarytmicznych - decybelach:

K U (dB) \u003d 20LgK u K I (dB) \u003d 20LgK i K P (dB) \u003d 10LgK p Wzmacniacz może składać się z jednego lub więcej stopni. W przypadku wzmacniaczy wielostopniowych jego wzmocnienie jest równe iloczynowi wzmocnień poszczególnych stopni: K \u003d K 1 K 2 ... K n

Jeżeli przyrosty poszczególnych etapów są wyrażone w decybelach, wówczas całkowity zysk jest równy sumie przyrostów poszczególnych etapów:

Ќ U \u003d K U · e jφ K U \u003d U out / U in gdzie K U jest modułem wzmocnienia; φ - przesunięcie fazowe między napięciem wejściowym i wyjściowym przy amplitudach U we i U na wyjściu.

Oprócz współczynnika wzmocnienia ważnym wskaźnikiem ilościowym jest wydajność:

η \u003d P out / P source, gdzie P source to moc pobierana przez wzmacniacz ze źródła zasilania. Rola tego wskaźnika wzrasta szczególnie w przypadku potężnych z reguły stopni wzmacniacza wyjściowego. Ilościowe wskaźniki wzmacniacza obejmują również wejście R in i wyjście R z rezystancji wzmacniacza:

R we \u003d U we / I we R wy \u003d | ∆ U wy | / | ∆ I out | gdzie U in i I in to wartości amplitudy napięcia i prądu na wejściu wzmacniacza;

∆U out i ∆I out to przyrosty wartości amplitudy napięcia i prądu na wyjściu wzmacniacza, spowodowane zmianą rezystancji obciążenia. Rozważmy teraz główne cechy wzmacniaczy.

Charakterystyka amplitudy

Charakterystyka amplitudy Jest zależnością od amplitudy sygnału wyjściowegopodkreśla (prąd) z amplitudy wejścianapięcie (prąd) (Rys.2.2).

Punkt 1 odpowiada napięciu szumu mierzonemu przy U inx \u003d 0, punkt 2 minimalnemu napięciu wejściowemu, przy którym można odróżnić sygnał na wyjściu wzmacniacza od szumu tła. Sekcja 2-3 to sekcja robocza, w której zachowana jest proporcjonalność między napięciem wejściowym i wyjściowym wzmacniacza. Po punkcie 3 obserwuje się nieliniowe zniekształcenia sygnału wejściowego. Stopień zniekształcenia nieliniowego jest szacowany na podstawie całkowitego zniekształcenia harmonicznego (lub zniekształcenia harmonicznego):

К Г \u003d √ (U 2 2 m + U 2 3 m +… + U 2 nm) / U lm gdzie U lm, U 2m, U 3m, U nm to amplitudy pierwszego (głównego), 2, 3 i n odpowiednio harmoniczne napięcia wyjściowego. Wartość D \u003d U w max / U w min charakteryzuje dynamiczny zakres wzmacniacza. Rozważmy przykład występowania zniekształceń nieliniowych (rys. 2.3).

Przy zastosowaniu do bazy tranzystora względem napięcia emitera o kształcie sinusoidalnym u bs ze względu na nieliniowość charakterystyk wejściowych tranzystora i b \u003d fa(u be) prąd wejściowy tranzystora i b (a co za tym idzie prąd wyjściowy - prąd kolektora) jest inny niż sinusoida, to znaczy pojawia się w nim szereg wyższych harmonicznych.

Z podanego przykładu widać, że zniekształcenia nieliniowe zależą od amplitudy sygnału wejściowego oraz położenia punktu pracy tranzystora i nie są związane z częstotliwością sygnału wejściowego, tj. Aby zmniejszyć zniekształcenie przebiegu wyjściowego, wejście musi być niskopoziomowe. Dlatego we wzmacniaczach wielostopniowych zniekształcenia nieliniowe pojawiają się głównie w końcowych etapach, na których wejściu odbierane są sygnały o dużej amplitudzie.

Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa (AFC) i charakterystyka częstotliwościowo-fazowa (PFC) wzmacniacza.

Odpowiedź częstotliwościowa to zależność modułu wzmocnienia od częstotliwości, a odpowiedź fazowa to zależność kąta fazowego między napięciem wejściowym i wyjściowym od częstotliwości. Typową charakterystykę częstotliwościową przedstawiono na rys. 2.4.

Częstotliwości fn if in nazywane są dolnymi i górnymi częstotliwościami granicznymi, a ich różnica (fn - f in) to szerokość pasma wzmacniacza. Gdy sygnał harmoniczny jest wzmacniany z dostatecznie małą amplitudą, nie występuje żadne zniekształcenie wzmocnionego sygnału. Podczas wzmacniania złożonego sygnału wejściowego zawierającego szereg harmonicznych, te harmoniczne nie są wzmacniane równomiernie przez wzmacniacz, ponieważ reaktancje obwodu są różnie zależne od częstotliwości, w wyniku czego prowadzi to do zniekształcenia kształtu wzmocnionego sygnału. Takie zniekształcenia nazywane są zniekształceniami częstotliwościowymi i charakteryzują się współczynnikiem zniekształcenia częstotliwości: M \u003d K 0 / K f gdzie K f jest modułem wzmocnienia wzmacniacza przy danej częstotliwości.

Współczynniki zniekształcenia częstotliwości M H \u003d K 0 / K H i \u200b\u200bM B \u003d K 0 / K B nazywane są odpowiednio współczynnikami zniekształceń przy dolnej i górnej częstotliwości granicznej. Odpowiedź częstotliwościową można również wykreślić w skali logarytmicznej. W tym przypadku nazywa się to LFC (ryc. 2.5), wzmocnienie wzmacniacza jest wyrażone w decybelach, a częstotliwości są wykreślane wzdłuż osi odciętych po dekadzie (przedział częstotliwości między 10f a f).

Jako punkty odniesienia zwykle wybiera się częstotliwości odpowiadające f \u003d 10n. Krzywe LFC mają określone nachylenie w każdym obszarze częstotliwości. Jest mierzony w decybelach na dekadę. Typową odpowiedź fazową przedstawiono na rys. 2.6.

Można go również wykreślić w skali logarytmicznej. Na środku pasma dodatkowe zniekształcenia fazowe są minimalne. Charakterystyka fazowo-częstotliwościowa pozwala oszacować zniekształcenia fazowe powstające we wzmacniaczach z tych samych powodów, co częstotliwościowe. Przykład wystąpienia zniekształceń fazowych pokazano na rys. 2.7, na którym pokazano wzmocnienie sygnału wejściowego składającego się z dwóch harmonicznych (linia przerywana), które podczas wzmacniania ulegają przesunięciom fazowym.

Odpowiedź przejściowa wzmacniacza

Przejściowa odpowiedź wzmacniacza to zależność sygnału wyjściowego (prądu, napięcia) od czasu przy stopniowym działaniu wejściowym (rys. 2.8).

Charakterystyka częstotliwościowa, fazowa i przejściowa wzmacniacza są ze sobą jednoznacznie powiązane. Obszar wysokiej częstotliwości odpowiada przejściowej odpowiedzi w obszarze krótkiego czasu, obszar niskiej częstotliwości - przejściowej odpowiedzi w obszarze długiego czasu.

Wprowadzenie. 5

Wniosek. 47

Piśmiennictwo ... 48

Wprowadzenie

Cel pracy dyplomowej

Zrób wzmacniacz płytkowy;

Zasady projektowania wzmacniaczy

Podstawowe obwody wzmacniacza

W układach z elementami wzmacniającymi - triodami i tranzystorami - jedna z elektrod jest podłączona do źródła wzmacnianego sygnału, a druga do rezystancji obciążenia gn. Trzeci

Rysunek 2.1 - Schematy włączania lampy próżniowej i tranzystora

oh generale katoda (emiter), b - ze wspólną siatką (podstawą), c - ze wspólną anodą (kolektorem), elektroda jest wspólna dla sygnału wejściowego i obciążenia i jest do nich podłączona bezpośrednio lub przez dużą pojemność. Na rys. 111 pokazuje trzy możliwe sposoby włączenia lampy próżniowej i odpowiadające im trzy sposoby włączenia tranzystora: obwód ze wspólną katodą i odpowiedni obwód ze wspólnym emiterem, obwód ze wspólną siatką i odpowiadający obwód ze wspólną podstawą, obwód ze wspólną anodą i odpowiedni obwód ze wspólną kolektor.

Obwód ze wspólnym emiterem dla tranzystora n-p-n pokazano na rysunku 2.2

Rysunek 2.2 - Schemat połączeń tranzystora n-p-n ze wspólnym emiterem

Emiter jest wspólny dla wejścia i wyjścia. Aby wstępnie oszacować wartości rezystancji i pojemności bez obliczeń, można przyjąć, że wartość rezystancji w obwodzie kolektora wynosi kilka kΩ, a rezystancja w obwodzie podstawowym jest od 30 do 50 razy większa. Aby wzmacniacz pracował w trybie liniowym konieczne jest, aby punkt pracy znajdował się na liniowym odcinku charakterystyki prądowo-napięciowej (najlepiej w środku odcinka liniowego). Aby to zrobić, przesunięcie do podstawy musi być ustawione tak, aby napięcie kolektora było o połowę mniejsze niż napięcie zasilania. Wartości kondensatorów blokujących to 100 pF - 10 μF i zależą od zakresu częstotliwości (im niższa częstotliwość, tym większa pojemność). Wzmocnienie tego obwodu wynosi ponad 10-100, a prąd jest również wzmacniany, tj. Przyrost mocy jest około 10000 razy. Dostępny tranzystor bipolarny o strukturze n-p-n to KT315.

Schemat połączeń z OE tranzystor pnp strukturę przedstawiono na rysunku 2.3.

Rysunek 2.3 - Schemat z OE dla tranzystora struktury p-n-p

Wzmocnienie napięcia można z grubsza oszacować jako stosunek rezystancji w obwodzie podstawy i kolektora.

Obwód ze wspólnym kolektorem pokazano na rysunku 2.4.

Rysunek 2.4 - Schemat ze wspólnym kolektorem

Ten schemat połączenia jest również nazywany wtórnikiem emitera i służy do dopasowania wysokiej impedancji wyjściowej źródła sygnału do niskiej impedancji wejściowej obciążenia. Wzmocnienie napięcia dla tego obwodu wynosi 1, a wzmocnienie prądu około 100. Impedancja wejściowa obwodu jest wysoka (co oznacza, że \u200b\u200bw obwodzie podstawowym musi być umieszczona duża rezystancja), a impedancja wyjściowa jest niska, dzięki czemu można podłączyć obciążenie o niskiej impedancji.

Schemat ze wspólną podstawą pokazano na rysunku 2.5.

Rysunek 2.5 - Schemat ze wspólną podstawą

Wspólne obwody bazowe są używane do budowy wzmacniaczy wysokiej częstotliwości (o niskiej impedancji wejściowej). W literaturze wskazuje się, że rezystancja R2 ma opór rzędu kilku kΩ, jednak podczas symulacji obwód zaczyna wzmacniać sygnał przy rezystancji R2 o wartości setek MΩ. Rezystancja R3 może być zmieniona z 100 omów na kilka kOhm.

Istnieje kilka trybów działania tranzystorów. Nasycenie - tranzystor otwarty, napięcie na złączu K - E jest minimalne, prąd płynący przez złącza jest maksymalny. Kształt sinusoidy jest zniekształcony, wierzchołki sinusoidy są odcięte. Cutoff - tranzystor zamknięty, napięcie jest włączone przejście K-E maksimum, prąd płynący przez skrzyżowania jest minimalny. Aktywny - pośredni między tymi trybami. To właśnie ten tryb służy do wzmacniania sygnałów.

Stopień tranzystora wzmacniacza jest zwykle nazywany tranzystorem z rezystorami, kondensatorami i innymi częściami, które zapewniają mu warunki do pracy jako wzmacniacz. W celu głośnej reprodukcji oscylacji częstotliwości dźwięku wzmacniacz tranzystorowy musi być co najmniej dwu- do trzystopniowy. We wzmacniaczach zawierających kilka stopni rozróżnia się stopnie przedwzmacniacza i stopnie wyjściowe lub końcowe. . Ostatni stopień wzmacniacza, który działa na telefonach lub dynamicznej głowicy głośnika, nazywany jest stopniem wyjściowym, a wszystkie stopnie przed nim nazywane są stopniami wstępnymi. Zadaniem jednego lub większej liczby stopni przedwzmacniacza jest zwiększenie napięcia częstotliwości dźwięku do wartości wymaganej do działania tranzystora stopnia wyjściowego. Z tranzystora stopnia wyjściowego wymagany jest wzrost mocy oscylacji częstotliwości dźwięku do poziomu niezbędnego do działania głowicy dynamicznej. W przypadku stopni wyjściowych najprostszych wzmacniaczy tranzystorowych radioamatorzy często używają niewiele potężne tranzystorysą takie same jak na etapach przedwzmacniacza. Tłumaczy się to chęcią uczynienia wzmacniaczy bardziej ekonomicznymi, co jest szczególnie ważne w przypadku przenośnych konstrukcji zasilanych bateryjnie. moc wyjściowa takie wzmacniacze są małe - od kilkudziesięciu do 100 - 150 mW, ale wystarcza też do obsługi telefonów lub głowic dynamicznych małej mocy. Jeśli kwestia oszczędzania energii źródeł zasilania nie jest tak istotna, na przykład przy zasilaniu wzmacniaczy z elektrycznej sieci oświetleniowej, w stopniach wyjściowych stosowane są potężne tranzystory. Jaka jest zasada działania wzmacniacza wielostopniowego?

Schemat prostego, dwustopniowego wzmacniacza tranzystorowego LF pokazano na rysunku 2.6. W pierwszym stopniu wzmacniacza pracuje tranzystor V1, w drugim tranzystor V2. Tutaj pierwszy stopień to stopień przedwzmacniacza, drugi to stopień wyjściowy. Pomiędzy nimi znajduje się kondensator oddzielający C2.

Zasada działania dowolnego ze stopni tego wzmacniacza jest taka sama i podobna do znanej zasady działania wzmacniacza jednostopniowego. Jedyna różnica tkwi w szczegółach: obciążenie tranzystora V1 pierwszego stopnia to rezystor R2, a obciążenie tranzystora V2 stopnia wyjściowego to telefony B1 (lub, jeśli sygnał wyjściowy jest wystarczająco silny, głowica głośnika). Odchylenie do bazy tranzystora pierwszego stopnia jest podawane przez rezystor R1, a do bazy tranzystora drugiego stopnia przez rezystor R3. Obie kaskady zasilane są ze wspólnego źródła Ui.p., którym może być bateria ogniw galwanicznych lub prostownik. Tryby pracy tranzystorów ustawia się, wybierając rezystory R1 i R3, co jest wskazane na schemacie gwiazdkami.

Rysunek 2.6 - Dwustopniowy wzmacniacz tranzystorowy.

Ogólny efekt działania wzmacniacza jest następujący. Sygnał elektryczny dostarczany przez kondensator C1 na wejście pierwszego stopnia i wzmacniany przez tranzystor V1, z rezystora obciążającego R2 przez kondensator blokujący C2, jest podawany na wejście drugiego stopnia. Tutaj jest wzmacniany przez tranzystor V2, a telefony B1 zawarte w obwodzie kolektora tranzystora są zamieniane na dźwięk. Jaka jest rola kondensatora C1 na wejściu wzmacniacza? Wykonuje dwa zadania: swobodnie przekazuje przemienne napięcie sygnału do tranzystora i zapobiega zamknięciu bazy do emitera przez źródło sygnału. Wyobraź sobie, że w obwodzie wejściowym takiego kondensatora nie ma, a źródłem wzmacnianego sygnału jest mikrofon elektrodynamiczny o małej rezystancji wewnętrznej. Co się dzieje? Podstawa tranzystora zostanie połączona z emiterem poprzez mikrofon o niskiej rezystancji. Tranzystor zamknie się, ponieważ będzie działał bez początkowego napięcia polaryzacji. Otworzy się tylko przy ujemnych półcyklach napięcia sygnału. A dodatnie półokresy, które dodatkowo pokrywają tranzystor, zostaną przez niego „odcięte”. W rezultacie tranzystor zniekształci wzmocniony sygnał.

Kondensator C2 łączy stopnie wzmacniacza za pomocą prądu przemiennego. Powinien dobrze przepuszczać składową AC wzmocnionego sygnału i opóźniać składową stałą obwodu kolektora tranzystora pierwszego stopnia. Jeśli wraz ze składową zmienną kondensator przewodzi również prąd stały, tryb pracy tranzystora stopnia wyjściowego zostanie zakłócony, a dźwięk zostanie zniekształcony lub całkowicie zniknie. Kondensatory spełniające takie funkcje nazywane są kondensatorami sprzęgającymi, przejściowymi lub izolującymi.

Kondensatory wejściowe i przejściowe muszą dobrze przepuszczać całe pasmo częstotliwości wzmacnianego sygnału - od najniższego do najwyższego. Wymóg ten spełniają kondensatory o pojemności co najmniej 5 μF. Zastosowanie kondensatorów sprzęgających o dużej pojemności we wzmacniaczach tranzystorowych jest wyjaśnione przez stosunkowo niskie impedancje wejściowe tranzystorów.

Kondensator sprzęgający zapewnia prąd przemienny o rezystancji pojemnościowej, która będzie mniejsza, im większa będzie jego pojemność. A jeśli okaże się, że jest większy niż rezystancja wejściowa tranzystora, spadnie na niego część napięcia przemiennego, która jest większa niż rezystancja wejściowa tranzystora, co spowoduje utratę wzmocnienia. Pojemność kondensatora sprzęgającego powinna być co najmniej 3 do 5 razy mniejsza niż rezystancja wejściowa tranzystora. Dlatego na wejściu umieszczono duże kondensatory, a także do komunikacji między stopniami tranzystora. Zwykle stosuje się tutaj małe kondensatory elektrolityczne z obowiązkowym przestrzeganiem biegunowości ich włączenia. To jest najwięcej cechy elementy dwustopniowego wzmacniacza tranzystorowego LF.

Koszty wynagrodzeń

З п \u003d t * З t (4,2)

Tabela 3 Obliczanie wynagrodzeń za czas

Płaca czasowa wynosi 379,9 rubli.

З п \u003d t * З t (4,2)

gdzie: З п - wynagrodzenie za wszystkie operacje (ruble);

t to czas spędzony na operacji;

З t - płace czasowe (ruble).

Koszty energii elektrycznej

Tabela 4 - koszty energii elektrycznej

Koszty energii elektrycznej wyniosły 9,36 rubla.

З e \u003d t * 1 kW / godzinę (4,3)

gdzie: З e - koszty energii elektrycznej (ruble);

t - czas pracy nad operacjami;

1 kW / godzinę - 2,08 rubla.

Główny koszt stworzenia wszystkich generatorów wyniósł 772,04 rubli.

C \u003d Ts e + Z p + Z p + Z e (4.4)

gdzie: С to koszt produktu (ruble);

Ts e - cena elementu (ruble);

З р - koszty materiałów (ruble);

З п - wynagrodzenie za wszystkie operacje (ruble);

З e - koszty energii elektrycznej (ruble).

C \u003d 6,93 + 375,95 + 379,9 + 13,8 \u003d 776,58 rubla

Średnia cena wzmacniacza audio (800 Hz) w regionie wynosi 1500 (rub)

Wniosek

Tematem pracy magisterskiej jest opracowanie wzmacniacza niskiej częstotliwości. O aktualności tego tematu decyduje powszechny rozwój masowej dystrybucji filmów i sprzętu audio. Wzmacniacze częstotliwości audio są szeroko stosowane w inżynierii dźwięku. Ostatnio były wykonywane głównie na mikroukładach. Ale bez znajomości działania tranzystorów nie można uzyskać dobrej jakości wzmocnienia. Dlatego badanie podstawowych obwodów wzmacniacza jest pilnym zadaniem o praktycznym znaczeniu.

Celem projektu była analiza wzmacniaczy niskich częstotliwości, dobór i rozbudowa układu wzmacniacza.

Aby rozwiązać ten cel, konieczne jest rozwiązanie następujących zadań:

Przeanalizuj literaturę dotyczącą zasad budowy wzmacniaczy niskich częstotliwości;

Przeprowadź symulację komputerową różnych obwodów wzmacniacza, aby wybrać najlepszą opcję;

Zrób wzmacniacz płytkowy;

Przeglądaj i porównuj wyniki symulacji z pomiarami na modelach;

Oblicz koszt wytworzenia obwodu wzmacniacza;

W pracy dyplomowej dokonano analizy danych literaturowych dotyczących zasad konstruowania wzmacniaczy, dobrano obwód wzmacniacza, przeprowadzono jego obliczenia, wykonano obwód wzmacniacza oraz przeprowadzono jego badania.

W części ekonomicznej projektu przeprowadzono kalkulację kosztu wytworzenia wzmacniacza.

W ten sposób cele postawione w pracy zostały osiągnięte.

Bibliografia

1. Afanasyev A.P., Samokhin V.P. Domowe magnetowidy. M .: radio i komunikacja, 1989.

2. Golub VS Generatory oscylacji harmonicznych. Moskiewska „Energia”. 1980

3. Vinogradov V.A. Zagraniczne telewizory kolorowe. SONY. Urządzenie, serwis, naprawa. SPb .: „Druk korony”, 1999.

4. Golovin OV Odbiorniki radiowe: podręcznik dla szkół technicznych - M .: Hot line - Telecom, 2002.

5. Gonenko A.P .; Y. Milovanov; Lapsar M.I. Rejestracja materiałów tekstowych i graficznych w przygotowaniu prac dyplomowych, zajęć i egzaminów pisemnych (wymagania ESKD): Podręcznik. od początku. prof. edukacja: podręcznik. dla środowisk. prof. edukacja - M .: Ośrodek Wydawniczy "Akademia", 2005. - 366.

6. Ershov K.G. Dementiev S.B. Sprzęt wideo. Instrukcja obsługi... SPb .: Lenizdat, 1993.

7. Zaitsev A.A., Mirkin A.I., Mokryakov V.V ..: wyd. Golomedova A.V. „Urządzenia półprzewodnikowe. Tranzystory małej mocy "M .: Radio and communication, KUBK-a 1995.- 384s.

8. Izyumov N.M., Linde D.P. Podstawy inżynierii radiowej. - M .: Radio i komunikacja, 1983.

9. Izyumov N.M., Linde D.P. Podstawy inżynierii radiowej. - 4 wyd. Praca wstępna. i dodaj. - M .: Radio i komunikacja, 1983.

10. Kaganov VI Urządzenia nadawcze: Podręcznik dla SPO - M: IRPO: Ośrodek Wydawniczy "Akademia", 2002 - 288 str.

11. Kalikhman S.G., Shekhtman B.I. Obwody cyfrowe w odbiornikach nadawczych. - M .: Radio i komunikacja, 1982.

12. Kaplun V.A., Brammer S.P. Radiotechniczne urządzenia i elementy systemów radiowych: Podręcznik - M .: Higher school, 2002.

13. Kolontaevsky Yu.F. Inżynieria radiowa: Podręcznik do SPTU-M: wyższy. Shk., 1988-304 str.: Chory.

14. Mikroukłady, diody, tranzystory: Podręcznik - M .: mechanika, 1994 - 368s.

15. Przyrządy półprzewodnikowe. Tranzystory średniej i dużej mocy: Podręcznik - wyd. 3, Stereotyp. - / A.A. Zajcew, A.I. Mirkin, V.V. Mokryakov i inni; Ed. A.V. Golomiedowa. M.: KUBK - a, 1995-640 str.: Chory.

16. Przyrządy półprzewodnikowe: diody wysokiej częstotliwości. Diody pulsacyjne. Urządzenia optoelektroniczne. Podręcznik: wyd. A.V. Golomiedowa. - M .: KUBK - a, 1996;

17. Praktyczny przewodnik po obliczaniu obwodów w elektronice: Podręcznik. W 2 tomach Tom 1: na. z angielskiego / wyd. FN Pokrovsky. - M .: Energoatoliudat, 1991. - 368 str.: Chory.

18. Pryanishnikov V.A. Electronics. Kurs wykładowy. Podręcznik dla szkół wyższych i średnich instytucje edukacyjne... Druk korony, 1998

19. Rezonatory piezoelektryczne. Informator. Ed. P. Kandyba i P. Pozdnyakov. Moskwa, „Radio i komunikacja”, 1992.

20. Sprzęt i urządzenia elektroniczne: Regulacja instalacji: Podręcznik na początek. prof. Edukacja / Galina Vladimirovna Yarochkina. - Wydanie drugie, usunięte. - M.: Centrum Wydawnicze "Academy", 2004. - 240 str.

21. Sigova A.S. Wydawnictwo "Electroradioizmereniya" FORUM-INFRA-M Moskwa 2004.

22. Podręcznik radiowych urządzeń pomiarowych: W 3 tomach; Ed. V.S. Nasonova - M.: Owls. radio, 1979.

23. Technika filmowa i telewizyjna, 1998.

24. Khotuntsev Yu.L., Lobarev A.S. Podstawy elektroniki radiowej. Przewodnik dla studentów. M .: Agar, 2000. - 288p., Ill.

25. Shustov M.A. Praktyczne obwody. Księga 1. 450 przydatnych schematów dla radioamatorów. 2nd ed. - M .: Wydawnictwo "Dodeka - XX1", "Altex", 2007.

Wprowadzenie. 5

1 Stosowanie wzmacniaczy niskiej częstotliwości ... 6

2 Zasady budowy wzmacniaczy. jedenaście

2.1 Podstawowe obwody wzmacniacza. jedenaście

2.2 Podstawowe parametry wzmacniaczy. 21

3 Obwód wzmacniacza niskiej częstotliwości .. 24

4 Kalkulacja kosztu wytworzenia wzmacniacza. 40

4.1 Koszty zakupionych przedmiotów ... 40

4.2 Koszty materiałów eksploatacyjnych ... 41

4.3 Koszty wynagrodzenia. 41

4.4 Koszty energii ... 42

5 Środki ostrożności podczas pracy ze sprzętem elektronicznym. 44

Wniosek. 47

Piśmiennictwo ... 48

Wprowadzenie

Tematem pracy magisterskiej jest opracowanie wzmacniacza niskiej częstotliwości. O aktualności tego tematu decyduje szeroki rozwój technologii wzmacniających w elektronice radiowej oraz wysokie wymagania co do ich jakości. Wzmacniacze niskich częstotliwości są szczególnie istotne, dlatego to one są badane w projekcie dyplomowym. Wzmacniacze niskiej częstotliwości są najczęściej używane do wzmacniania sygnałów przenoszących informacje audio, w takich przypadkach nazywane są również wzmacniaczami częstotliwości audio, ponadto ULF są używane do wzmacniania sygnału informacyjnego w różnych dziedzinach: technologii pomiarowej i wykrywaniu wad; automatyzacja, telemechanika i obliczenia analogowe; w innych branżach elektroniki. Dlatego badanie podstawowych obwodów wzmacniacza jest pilnym zadaniem o praktycznym znaczeniu.

Cel pracy dyplomowej: Przeanalizuj wzmacniacze niskiej częstotliwości, wybierz i zaprojektuj obwód wzmacniacza.

Aby rozwiązać ten cel, konieczne jest rozwiązanie następujących zadań:

Przeanalizuj literaturę dotyczącą zasad budowy wzmacniaczy niskich częstotliwości;

Przeprowadź symulację komputerową różnych obwodów wzmacniacza, aby wybrać najlepszą opcję;

Zrób wzmacniacz płytkowy;

Przeglądaj i porównuj wyniki symulacji z pomiarami na modelach;

Oblicz koszt wytworzenia obwodu wzmacniacza;

Korzystanie ze wzmacniaczy niskiej częstotliwości

Wzmacniacze niskiej częstotliwości są najczęściej używane do wzmacniania sygnałów przenoszących informacje audio, w takich przypadkach nazywane są również wzmacniaczami częstotliwości audio, ponadto ULF są używane do wzmacniania sygnału informacyjnego w różnych dziedzinach: technologii pomiarowej i wykrywaniu wad; automatyzacja, telemechanika i obliczenia analogowe; w innych branżach elektroniki. Wzmacniacz częstotliwości dźwięku zwykle składa się z przedwzmacniacza i wzmacniacza mocy (PA). Przedwzmacniacz przeznaczony jest do zwiększania mocy i napięcia oraz doprowadzania ich do wartości wymaganych do pracy końcowej końcówki mocy, często zawiera regulację głośności, barwę lub korektor, czasami można go konstrukcyjnie wykonać jako osobne urządzenie. Wzmacniacz mocy musi dostarczać określoną moc oscylacji elektrycznych do obwodu obciążenia (odbiornika). Jego obciążeniem mogą być emitery dźwięku: systemy akustyczne (głośniki), słuchawki (słuchawki); sieć transmisji radiowej lub modulator nadajnika radiowego. Wzmacniacz niskie częstotliwości jest integralną częścią wszystkich urządzeń do odtwarzania dźwięku, nagrywania dźwięku i nadawania programów radiowych.

Wzmacniacze dzielą się na:

Zgodnie z topologią stopnia wyjściowego.

stopień wyjściowy single-ended

stopień wyjściowy przeciwsobny

Według trybu pracy stopnia wyjściowego

W zależności od trybu pracy stopnia wyjściowego, wzmacniacze dzielą się na:

klasa, czyli tryb „A” - tryb pracy, w którym każde urządzenie aktywne (lampa lub tranzystor) stopnia wyjściowego zawsze pracuje w trybie liniowym. Podczas odtwarzania sygnałów harmonicznych kąt odcięcia aktywnego urządzenia wynosi 360 °: urządzenie nigdy się nie zamyka i z reguły nigdy nie przechodzi w tryb nasycenia lub ograniczenia prądu. Wszystkie liniowe wzmacniacze single-ended działają w trybie A.

klasa „AB” - tryb pracy kaskady przeciwsobnej, pośredni pomiędzy trybami A i B. Kąt wyłączenia każdego aktywnego urządzenia jest znacznie większy niż 180 °, ale mniejszy niż 360 °.

klasa „B” - tryb pracy stopnia przeciwsobnego, w którym każde urządzenie aktywne odtwarza z minimalnymi zniekształceniami sygnał o jednej polaryzacji (tylko dodatnie lub tylko ujemne wartości napięcia wejściowego). Podczas odtwarzania sygnałów harmonicznych kąt odcięcia aktywnego urządzenia wynosi 180 ° lub nieznacznie przekracza tę wartość. Aby zmniejszyć zniekształcenia harmoniczne, gdy sygnał przekracza zero, lampy wyjściowe lub tranzystory pracują z niewielkimi, ale nie zerowymi prądami spoczynkowymi. Ustawienie zerowego prądu spoczynkowego przenosi etap z trybu B do trybu C: kąt odcięcia zmniejsza się do mniej niż 180 °, podczas przekraczania zera oba ramiona obwód przeciwsobny są na granicy. Tryb C nie jest używany w technologii dźwięku ze względu na niedopuszczalnie wysokie zniekształcenia.

klasa „D” - tryb pracy kaskady, w którym urządzenie aktywne pracuje w trybie klucza. Obwód sterujący przetwarza analogowy sygnał wejściowy na sekwencję impulsów z modulacją szerokości (PWM), które napędzają potężne przełączniki wyjściowe. Wyjściowy filtr LC, podłączony między przełącznikami a obciążeniem, demoduluje impulsy prądu wyjściowego.

Mod A charakteryzuje się najlepszą liniowością przy największych stratach energii, mod D - najmniejszą stratą przy zadowalającej liniowości. Ulepszenia podstawowych obwodów w trybach A, AB, B i D spowodowały powstanie wielu nowych „klas”, od „klasy AA” do „klasy Z”. Niektóre z nich, na przykład podobne konstrukcyjnie wzmacniacze częstotliwości audio „klasy S” i „klasy AA”, są szczegółowo opisane w literaturze, inne („klasa W”, „klasa Z”) znane są tylko z reklam producentów.

Cechy konstrukcyjne:

Układ scalony do użytku we wzmacniaczach mocy

Według rodzaju zastosowania w budowie wzmacniacza elementów aktywnych:

Lampy lampowe - na lampach elektronicznych. Stanowili podstawę całego parku ULF do lat 70. W latach 60. wyprodukowano wzmacniacze lampowe o bardzo dużej mocy (do kilkudziesięciu kilowatów). Obecnie używany jako wzmacniacze instrumentalne i wzmacniacze do odtwarzania dźwięku. To lwia część wyposażenia klasy HI-END. Zajmują również duży udział w rynku profesjonalnych i półprofesjonalnych urządzeń wzmacniających gitarę.

Tranzystor - bipolarny lub tranzystory polowe... Taka konstrukcja końcowego stopnia wzmacniacza jest dość popularna ze względu na swoją prostotę i możliwość uzyskania dużej mocy wyjściowej, choć ostatnio została aktywnie zastąpiona wzmacniaczami opartymi na układach scalonych.

integralny - na zintegrowanych mikroukładach (IC). Istnieją mikroukłady zawierające na jednym krysztale oba przedwzmacniaczeoraz wzmacniacze mocy zbudowane według różnych obwodów i działające w różnych klasach. Zalety to minimalna liczba elementów i odpowiednio małe wymiary.

Hybryda - część stopni zmontowana jest na elementach półprzewodnikowych, a część na lampach elektronicznych. Czasami nazywane są również wzmacniacze hybrydowe, które są częściowo zmontowane na układach scalonych, a częściowo na tranzystorach lub lampach próżniowych.

na wzmacniaczach magnetycznych. Jako wzmacniacze częstotliwości dźwięku o dużej mocy były proponowane jako alternatywa dla lamp próżniowych w latach 30. i 50. przez inżynierów amerykańskich i niemieckich. Obecnie są technologią „zapomnianą”.

Według rodzaju dopasowania stopnia wyjściowego do obciążenia:

Załaduj transformator dopasowujący

Ze względu na rodzaj dopasowania stopnia wyjściowego wzmacniacza do obciążenia można je podzielić na dwa główne typy:

transformator - w zasadzie ten schemat dopasowania jest stosowany we wzmacniaczach lampowych. Wynika to z konieczności dopasowania dużej rezystancji wyjściowej lampy przy niskiej rezystancji obciążenia, a także z potrzeby izolacji galwanicznej lamp wyjściowych i obciążenia. Trochę wzmacniacze tranzystorowe (Na przykład wzmacniacze rozgłoszeniowe obsługujące abonencką sieć głośnikową, niektóre wzmacniacze audio Hi-End) są również dopasowane transformatorem do obciążenia.

beztransformatorowe - ze względu na niski koszt, niewielką wagę i duże pasmo częstotliwości wzmacniacze beztransformatorowe otrzymał największą dystrybucję. Obwody beztransformatorowe można łatwo zaimplementować za pomocą tranzystorów. Wynika to z niskiej rezystancji wyjściowej tranzystorów w obwodzie wtórnym emitera (źródła), możliwości zastosowania komplementarnych par tranzystorów. Trudniej jest wdrożyć obwody beztransformatorowe na lampach, są to albo obwody pracujące pod obciążeniem o wysokiej rezystancji, albo złożone obwody z dużą liczbą równoległych lamp wyjściowych.

Według rodzaju dopasowania stopnia wyjściowego do obciążenia.

Dopasowanie napięcia - rezystancja wyjściowa PA jest znacznie mniejsza niż rezystancja omowa obciążenia. Obecnie jest to najczęściej. Pozwala przenieść przebieg napięcia na obciążenie z minimalnymi zniekształceniami i uzyskać dobrą charakterystykę częstotliwościową, jednak generuje silne zniekształcenia nieliniowe (intermodulację) w przetwornikach głośnikowych. UMZCH dobrze tłumi rezonans głośników o niskiej częstotliwości i dobrze współpracuje z pasywnymi filtrami zwrotnicy wielopasmowej systemy akustyczneprzeznaczony do źródła sygnału o zerowej impedancji wyjściowej. Obecnie jest szeroko stosowany.

Dopasowanie mocy - impedancja wyjściowa PA jest równa lub bliska impedancji obciążenia. Pozwala na przeniesienie maksymalnej mocy ze wzmacniacza na obciążenie, dlatego w przeszłości było to bardzo powszechne w prostych urządzeniach małej mocy. Teraz jest to główny typ technologii lampowej, który w pierwszej kolejności wyjaśnia specyfikę brzmienia systemów lampowych. W porównaniu z poprzednim typem zapewnia nieco mniejsze zniekształcenie kształtu prądu w cewkach prądu przemiennego silnika głównego i mniej zniekształceń nieliniowych w silniku głównym, ale pogarsza pasmo przenoszenia.

Dopasowanie prądu - rezystancja wyjściowa PA jest znacznie wyższa niż rezystancja obciążenia. Zgodność ta opiera się na konsekwencjach prawa Lorentza, zgodnie z którym ciśnienie akustyczne jest proporcjonalne do prądu w cewce GD. Pozwala znacznie (o dwa rzędy wielkości) zmniejszyć zniekształcenia intermodulacyjne w silniku głównym i ich opóźnienie grupowe (opóźnienie grupowe). UMZCH słabo tłumi rezonans głośników niskotonowych i nie działa dobrze z pasywnymi filtrami zwrotnicy wielopasmowych systemów głośnikowych, które są zwykle zaprojektowane dla źródła sygnału o zerowej impedancji wyjściowej. Obecnie używany niezwykle rzadko.