Усилитель мощности звуковой частоты для автомагнитолы

Содержание

Введение

1. Перечень элементов схемы

2. Теоретические сведения об устройстве

3. Моделирование и анализ усилителя мощности

4. Подбор аналогов ЭРЭ и их параметры

5. Создание моделей транзисторов (в Model Maker)

6. Моделирование УМЗЧ

7. Исследование характеристик УМЗЧ

8. Нахождение рабочих точек транзисторов

9. Построение входных и выходных ВАХ

транзисторов

Заключение

Список литературы

Введение

В настоящее время в технике повсеместно используются разнообразные усилительные устройства. Куда мы не посмотрим - усилители повсюду окружают нас. В каждом радиоприёмнике, в каждом телевизоре, в компьютере и станке с числовым программным управлением есть усилительные каскады. Эти устройства, воистину, являются грандиознейшим изобретением человечества. В зависимости от типа усиливаемого параметра усилительные устройства делятся на усилители тока, напряжения и мощности. Усилитель мощности предназначен для передачи больших мощностей сигнала без искажений в низкоомную нагрузку. Обычно они являются выходными каскадами многокаскадных усилителей. Основной задачей усилителя мощности является выделение на нагрузке возможно большей мощности.

Усиление напряжения в усилителе мощности является второстепенным фактом. Для того чтобы усилитель отдавал в нагрузку максимальную мощность, необходимо выполнить условие RВЫХ=RН. Основными показателями усилителя мощности являются: отдаваемая в нагрузку полезная мощность PН, коэффициент полезного действия, коэффициент нелинейных искажений KГ и полоса пропускания АЧХ.

Режим работы оконечного каскада определяется режимом покоя (классом усиления) входящих в него комплементарных пар биполярных транзисторов. Существует пять классов усиления: А, В, АВ, С и D.

Режим класса А характеризуется низким уровнем нелинейных искажений (KГ = 1%) низким КПД (<0,4). На выходной вольтамперной характеристике (ВАХ) в режиме класса А рабочая точка (IК0 и UКЭ0) располагается на середине нагрузочной прямой так, чтобы амплитудные значения сигналов не выходили за те пределы нагрузочной прямой, где изменения тока коллектора прямо пропорциональны изменениям тока базы. При работе в режиме класса А транзистор всё время находится в открытом состоянии и потребление мощности происходит в любой момент. Режим усиления класса А применяется в тех случаях, когда необходимы минимальные искажения.

Режим класса В характеризуется большим уровнем нелинейных искажений (KГ=10%) и относительно высоким КПД (<0,7). Для этого класса характерен IБ0 = 0 ,то есть в режиме покоя транзистор закрыт и не потребляет мощности от источника питания. Режим В применяется в мощных выходных каскадах, когда не важен высокий уровень искажений.

Режим класса АВ занимает промежуточное положение между режимами классов А и В. Он применяется в двухтактных устройствах. В режиме покоя транзистор лишь немного приоткрыт, в нём протекает небольшой ток IБ0, выводящий основную часть рабочей полуволны Uвх на участок ВАХ с относительно малой нелинейностью. Так как IБ0 мал, то здесь выше, чем в классе А, но ниже, чем в классе В, так как всё же IБ0 > 0. Нелинейные искажения усилителя, работающего в режиме класса АВ, относительно невелики (KГ=3%) .

В работе содержатся краткие сведения о применении современных средств проектирования для анализа РЭС. В качестве примера использования таких средств, приведён анализ усилителя мощности звуковой частоты с малыми нелинейными искажениями.

Весь анализ выполнен в Multisim 2001 Pro.

Внедрение в современную инженерную практику различных методов автоматизированного проектирования позволило перейти от макетирования, традиционно проводившегося для разрабатываемой аппаратуры к ее моделированию с помощью ЭВМ. Кроме того, при помощи ПК возможно осуществление сквозного проектирования, включающего в себя:

синтез структуры и принципиальной схемы устройства;

анализ характеристик в различных режимах с учетом разброса параметров компонентов, наличия факторов дестабилизирующих работу устройства и параметрическую оптимизацию;

синтез топологии, включая размещение элементов на плате или кристалле и разводку меж соединений;

верификацию топологии;

выпуск конструкторской документации.

Целью данной курсовой работы по курсу “Микросхемотехника” является моделирование схемы усилителя мощности звуковой частоты для автомобильной звуковоспроизводящей аппаратуры. В ходе выполнения необходимо найти аналоги для отечественных транзисторов и диодов, используемых в данной схеме, построить заданную схему в Multisim 2001 Pro, создать на основе аналогов модели отечественных транзисторов и диодов, построить схему в Multisim 2001 Pro. И промоделировать эти схемы, получив на выходе АЧХ, ФЧХ, коэффициент нелинейных искажений и коэффициент гармоник, а также исследовав работу транзисторов путем построения входных и выходных вольтамперных характеристик транзисторов.

1. Перечень элементов схемы

В приложении лист 1 приведена принципиальная схема усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ). Схема состоит из следующих элементов:

Транзисторы

VT1 КТ3102Г;

VT2 КТ315Б;

VT3 КТ973А;

VT4 КТ973А;

VT5 КТ972А;

VT6 КТ972А;

VT7 КТ829Г;

VT8 КТ837К;

VT9 КТ829Г;

VT10 КТ837К.

Диоды

VD1 КД503А;

VD2 КД503А;

VD3 КД503А;

VD4 КД503А.

Конденсаторы

C1 = 2,2 мкФ×16В;

C2 = 68 мкФ×16В;

C3 = 0,47 мкФ;

C4 = 0,47 мкФ;

C5 = 68 мкФ×16В;

C6 = 68 мкФ×16В;

C7 = 47 мкФ×16В;

C8 = 100 пФ;

C9 = 68 мкФ×16В;

C10 = 47 мкФ×16В;

C11 = 100 пФ;

C12 = 2200 мкФ×16В;

C13 = 0,1 мкФ.

Резисторы

R1 = 200 кОм;

R2 = 100 кОм;

R3 = 6,8 кОм;

R4 = 6,8 кОм;

R5 = 470 Ом;

R6 = 10 кОм (подстроечный);

R7 = 91 кОм;

R8 = 91 кОм;

R9 = 4,7 кОм;

R10 = 470 Ом;

R11 = 470 Ом;

R12 = 3,3 кОм;

R13 = 910 Ом;

R14 = 4,7 кОм;

R15 = 470 Ом;

R16 = 470 Ом;

R17 = 3,3 кОм;

R18 = 910 Ом;

R19 = 3,3 кОм (подстроечный);

R20 = 3,3 кОм;

R = 4 Ом.

2. Теоретические сведения об устройстве

Усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ), принципиальная схема которого представлена в приложении лист 1, предназначен для автомобильной звуковоспроизводящей аппаратуры. Большое внимание при его создании было уделено надежности. В этом отношении самым уязвимым звеном УМЗЧ являются транзисторы оконечного каскада. В усилителях с низковольтным питанием, к числу которых относится и данный УМЗЧ, указанные транзисторы выходят из строя чаще всего из-за теплового пробоя и при коротком замыкании в нагрузке. Тепловой пробой может возникнуть вследствие недостаточной стабильности тока покоя (для выходных каскадов, работающих в режиме АВ) и самовозбуждения на высших звуковых частотах. Здесь перечислены только те причины пробоя, защиту от которых можно реализовать схемотехнически. Так, недостаточность стабильности тока покоя устранена, благодаря работе транзисторов оконечного каскада VT5, VT6, и VT9, VT10 УМЗЧ в режиме В, который не требует стабилизации тока покоя. Приняты меры по устранению самовозбуждения на высоких и инфранизких частотах. С этой целью в усилитель введены два развязывающих фильтра по питанию: пассивный C2R5 и активный - VT2R9C5. Те же задачи решают и конденсаторы C12, C13. Короткое замыкание в нагрузке, как известно, приводит к превышению максимально допустимого значения коллекторного тока выходных транзисторов. Чтобы не допустить его увеличения до опасного значения, полосовой провод питания УМЗЧ должен быть подключен к выходу источника питания через плавкий предохранитель, рассчитанный на ток 4А.

 Скачать реферат