Підсилювач звукових частот

Зміст

• Вступ 2
• 1.Структурна схема підсилювача 5
• 2. Аналогові мікросхеми серії КР119 6
• 2.1 Склад серії. 6
• 2.2 Технічні характеристики та параметри ІМС КР119 у.е.1. 6
• 2.3 Схема включення ІМС КР119 у.е.1. 7
• 2.4 Корпус мікросхеми КР119 у.е.1 7
• 2.5 Схема електрична принципова мікросхеми КР119 у.е.1 8
• 3.Попередня розробка схеми електричної принципової двокаскадного підсилювача. 9
• 4. Електричні параметри та характеристики БТ К202Б 11
• 5. Розрахунок вихідного каскаду підсилювача 12
• 5.1 Вибір режиму роботи VT1 по постійному струму 13
• 5.2 Визначення елементів принципової схеми. 14
• 5.3 Розрахунок результуючих показників. 17
• 6. Розрахунок та вибір елементів блоку живлення для ІМС КР119 у.е.1 19
• 7. Вибір елементів підсилювача. 21
• 8. Висновок. 22
• Список літератури: 23

Вступ

підсилювач звукова частота мікросхема

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 навантаження і є заключним етапом ланцюга звуковідтворення.

Підсилювачі низької частоти найбільш широко застосовуються для підсилення сигналів, що несуть звукову інформацію, в цих випадках вони називаються, підсилювачами звукової частоти. Підсилювач звукових частот зазвичай складається з попереднього підсилювача і підсилювача потужності (ПП). Попередній підсилювач призначений для підвищення потужності і напруги і доведення їх до величин, потрібних для роботи кінцевого підсилювача потужності, часто включає в себе регулятори гучності, тембру або еквалайзер, іноді може бути конструктивно виконаний як окремий пристрій. Підсилювач потужності повинен віддавати в ланцюг навантаження (споживача) задану потужність електричних коливань. Його навантаженням можуть бути випромінювачі звуку: акустичні системи (АС), навушники. Підсилювач низьких частот є невід'ємною частиною всієї звуковідтворювальної, звукозаписувальної та апаратури.

Класифікація

За типом обробки вхідного сигналу і схемою побудови вихідного каскаду підсилювача:

· клас «A» — аналогова обробка сигналу, лінійний режим роботи підсилювального елемента

· клас «AB» — аналогова обробка сигналу, режим роботи з великим кутом відсічення (> 90 °)

· клас «B» — аналогова обробка сигналу, режим роботи з кутом відсічення рівним 90 °

· клас «C» — аналогова обробка сигналу, режим роботи з малим кутом відсічення (<90 °)

За типом застосування в конструкції підсилювача активних елементів:

· лампові - на електронних, електровакуумних лампах. Складали основу всього парку УНЧ до 70-х років. У 60-х роках випускалися лампові підсилювачі дуже великої потужності (до десятків кіловат). В даний час використовуються в якості інструментальних підсилювачів, а також до цих пір в якості звуковідтворювальних. У порівнянні з іншими типами підсилювачів лампові УЗЧ, як правило, мають підвищений рівень нелінійних спотворень і невисокі експлуатаційні характеристики.

· транзисторні - на біполярних або польових транзисторах. Така конструкція кінцевого каскаду підсилювача є досить популярною, завдяки своїй простоті і можливості досягнення великої вихідної потужності, хоча останнім часом активно витісняється інтегральними навіть у потужних підсилювачах.

· інтегральні - на інтегральних мікросхемах (ІМС). Існують мікросхеми, що містять на одному кристалі як попередні підсилювачі, так і кінцеві підсилювачі потужності, побудовані за різними схемами і працюють у різних класах. З переваг — мінімальна кількість елементів і, відповідно, малі габарити.

· гібридні - частина каскадів зібрана на напівпровідникових елементах, а частина на електронних лампах. Іноді гібридними також називають підсилювачі, які частково зібрані на інтегральних мікросхемах, а частково на транзисторах або електронних лампах.

По виду узгодження вихідного каскаду підсилювача з навантаженням:

· трансформаторні - в основному така схема узгодження застосовується у лампових підсилювача. Обумовлено це необхідністю погодження великого вихідного опору лампи з малим опором навантаження. Транзисторні підсилювачі високого класу також мають трансформаторне узгодження з навантаженням.

· без трансформаторних — найбільш поширена схема узгодження для транзисторних і інтегральних підсилювачів, тому що транзисторний каскад має малий вихідний опір, добре узгоджується з низкоомне навантаження.

Спотворення сигналу — зміни сигналу, викликані розбіжністю ідеальних і реальних характеристик системи його обробки і передачі.

Види спотворень

· Нелінійні спотворення викликані нелінійністю системи обробки і передачі сигналу. Ці спотворення викликають появу в частотному спектрі вихідного сигналу складових, відсутніх у вхідному сигналі. Нелінійні спотворення представляють собою зміни форми коливань, що проходять через електричне коло (наприклад, через підсилювач або трансформатор), викликані порушеннями пропорційності між миттєвими значеннями напруги на вході цього ланцюга і на її виході. Це відбувається, коли характеристика вихідної напруги нелінійно залежить від вхідної. Кількісно нелінійні спотворення оцінюються коефіцієнтом нелінійних спотворень або коефіцієнтом гармонік. Частотні спотворення викликані неідеальною амплітудно-частотною характеристикою системи обробки і передачі сигналу.

· Частотні спотворення викликані не ідеальністю амплітудно-частотної характеристики системи обробки і передачі сигналу. Показником ступеня частотних спотворень, що виникають в будь-якому пристрої, служить нерівномірність його амплітудно-частотної характеристики, кількісним показником на якій-небудь конкретній частоті спектра сигналу є коефіцієнт частотних спотворень.

· Динамічні спотворення викликані не ідеальність динамічних характеристик (швидкодія, пере регулювання і т. д.) системи обробки і передачі сигналу. Спотворення форми сигналу через обмежену швидкості наростання вихідної напруги при швидких змінах вхідної напруги.

1.Структурна схема підсилювача

Структурна схема двокаскадного підсилювача звукової частоти (рис. 1.1) має наступний склад:

Рисунок 1.1 Структурна схема двокаскадного підсилювача звукових частот.

Двокаскадний підсилювач має в своєму складі перший (вхідний) каскад, який виконаний на інтегральній мікросхемі (ІМС) та другий (вихідний) каскад побудований на БТ.

ІМС типу КР119 у.е.1 — емітерний повторювач. Емітерний повторювач (ЕП) використовують, якщо треба відокремити джерело вхідного сигналу від навантаження, яке може змінюватись по величині, або має малий опір. ЕП значною мірою усуває нелінійні та частотні спотворення сигналу. Тому після ЕП форма вихідної напруги залишається незмінною відносно входу, а АЧХ рівномірна в широкому діапазоні частот. Вхідний опір ЕП значний, що позитивно впливає на характеристики підсилювача.

Для даної схеминавантаженням емітерного повторювача є вихідний каскад, який виконаний на БТ, зі спільним емітером. Вихідний каскад побудований на дискретних елементах. Це резистивний каскад що має призначення підсилити сигнал до рівня необхідної потужності.

Для роботи підсилювача потрібно мати джерело живлення, що забезпечує роботу всіх активних елементів.

2. Аналогові мікросхеми серії КР119

2.1 Склад серії.

КР119УН1 — вхідний підсилювач НЧ

КР119УН2 — підсилювач НЧ

КР119УТ1 — підсилювач постійного струму

КР119УИ1 — відео підсилювач

КР119 у.е.1 — емітерний повторювач

КР119ДА1 — детектор АРУ

КР119МА1 — регулюючий елемент

КР119ПП1 — діодний міст

КР119СВ1 — лінійний пропускач

КР119СС1А, КР119СС1Б, КР119СС2 — активні елементи частотної селекції

КР119АГ1 — елемент ждущего блокінг-генератора

КР119ГГ1 — мультивібратор с самозбудженням

КР119КП1 — комутатор

КР119ТЛ1 — тригер Шмідта

2.2 Технічні характеристики та параметри ІМС КР119 у.е.1.

Таблиця 2.2.1 Електричні параметри ІМС КР119 у.е.1.

2.3 Схема включення ІМС КР119 у.е.1.

Рисунок 2.3.1Схема включення ІМС КР119 у.е.1.

2.4 Корпус мікросхеми КР119 у.е.1

Рисунок 2.4.1Корпус мікросхеми КР119 у.е.1

2.5 Схема електрична принципова мікросхеми КР119 у.е.1

Рисунок 2.5.1Схема електрична принципова мікросхеми КР119 у.е.1

3.Попередня розробка схеми електричної принципової двокаскадного підсилювача

Рисунок 3.1 Схема електрична принципова двокаскадного ПЗЧ.

Призначення елементів

Елементи вхідного каскаду:

· R5— резистор, призначений для зменшення напруги живлення інтегральної мікросхеми;

Вхідний каскад виконано на інтегральній мікросхемі типу КР119 у.е.1, схема включення якого приведена у розділі 2(рис. 2.1).

Елементи вихідного каскаду:

· VT1-БТ типу КТ202Б, який призначається для підсилення вихідного електричного сигналу;

· R1, R2 — резистори базового дільника, які призначаються для забезпечення необхідного базового потенціалу транзистора;

· R3 — колекторний опір навантаження по постійному струму;

· R4 — резистор в ланцюгу емітера, який призначається для стабілізації початкового режиму транзистора при зміні температурного режиму;

· С1, С3 -розділовіконденсатори для проходження змінної складової струму;

· С2 — конденсатор фільтру джерела живлення,

· С4 — ємність, яка шунтує емітерний резистор і призначена для підвищеннякоефіцієнта підсилення каскаду в області низьких частот.

Для усунення взаємного впливу вхідного та вихідного каскадів по ланцюгу живлення від змінної складової струму передбачено R_фС_ф— фільтр.

4. Електричні параметри та характеристики БТ КТ202Б

Електричні параметри транзистора КТ202Б

Таблиця 4.1 Електричні параметри транзистора КТ202Б

Гранично допустимі данні транзистора КТ202Б

Таблиця 4.2 Гранично допустимі данні транзистора КТ202Б

5. Розрахунок вихідного каскаду підсилювача

Рисунок 5.1 Схема електрична принципова вхідного каскаду підсилювача зі спільним емітером

Для відокремлення дії змінного струму вихідного каскаду від джерела живлення використовую фільтрацію Rф, Cф (на схемі (рис. 5.1) R6, C5 та C2 відповідно). Приймаю що на резисторі Rф падає напруга (В). 1(В), тоді:

.

Для забезпечення більшого коефіцієнта підсилення за потужністю —, обираю опір резистора Rк (на схемі (рис. 5.1) R3 відповідно) за рекомендацією:

де — вихідні дані завдання.

=1,1 (кОм).

Приймаю значення, згідно стандартному ряду Е24 значень постійних резисторів, =1,1 (кОм)

Визначаю по формулі:

? табл., тому залишаю обране значення .

5.1 Вибір режиму роботи VT1 по постійному струму

Для вибору режиму роботи транзистора по постійному струму використовую графоаналітичний метод знаходження положення робочої точки Р на характеристиках транзистора.

На графіку сім'ї статичних вихідних характеристик (рис. 4.2) будую навантажувальну пряму по двом точкам використовуючи значення та .

1-а точка — ;

2-а точка -;

Положення робочої точки Р, як точки спокою є на перехрещенні навантажувальної прямої з однією із вихідних статичних характеристик.

Слідкую за тим, щоб відповідна напруга для точки «Р» знаходилась згідно рекомендації:

Приймаю

Знаходжу на графіку вихідних характеристик (рис. 4.2) відповідні точці Р величини вихідного струму та вхідного струму .

Записую координати точки спокою Р:

;

;

На графіку вхідних статичних характеристик транзистора (рис. 4.1) визначаю напругу зміщення, завдяки якій буде протікати струм при визначеній раніше напрузі (рис. 4.2)

В)

Скориставшись графічним методом я отримав дані режиму спокою:

(В)

5.2 Визначення елементів принципової схеми

Для розрахунку опору (на схемі (рис. 5.1) R4) приймаю, що величина напруги на резисторі в колі емітера не повинна перебільшувати значення .

тоді (В).

Приймаю (В).

де

Приймаю значення (на схемі (рис. 5.1) R4), згідно стандартному ряду Е24 значень постійних резисторів, =160 (Ом).

Для отримання фіксованої напруги зміщення на базі, використовую схему дільника напруги. Опори дільника визначаю за співвідношенням:

Приймаю

Приймаю значення та, згідно стандартному ряду Е24 значень постійних резисторів, =18(кОм) та 3,9 (кОм).

Для визначення потреби використання у схемі зворотного зв’язку розраховую вхідний опір транзистора по вхідній статичній характеристиці, де — вхідний опір транзистора зі спільним емітером

— приріст напруги

— приріст струму

більше ніж 500 Ом, тому я не використовую негативний зворотний зв’язок (НЗЗ).

Визначаю опір фільтру

де

Приймаю значення (на схемі (рис. 5.1) R6), згідно стандартному ряду Е24 значень постійних резисторів, .

Визначаю ємність, що шунтує .

Приймаю стандартне значення згідно стандартному ряду значень ємностей .

Визначаю розділові ємності на вході та виході каскаду:

де — вхідний опір вихідного каскаду

де

Приймаю стандартне значення згідно стандартному ряду значень ємностей .

Приймаю стандартне значення згідно стандартному ряду Е6 значень ємностей .

Розрахункова ємності фільтру:

Приймаю стандартне значення згідно стандартному ряду Е6 значень ємностей .

5.3 Розрахунок результуючих показників

Коефіцієнт підсилення за струмом

Коефіцієнт підсилення за напругою

— опір колекторного ланцюга змінного струму.

Коефіцієнт підсилення за потужністю

6. Розрахунок та вибір елементів блоку живлення для ІМС КР119 у.е.1

Для забезпечення двополярного джерела живлення використовую схему з двома стабілітронами, яку я розробив у розділі 3.

Рисунок 6.1 Схема електрична принципова двополярного джерела живлення

Треба отримати дві напруги 3 В та 3 В. Вихідні дані мають іншу напругу, тому схема має додатковий резистор (на схемі (рис. 6.1) R5),на якому залишається частина напруги після падіння на VD1 таVD2.

Використовую стабілітрони КС133А з параметрами:

)

при

Приймаю, що напруга для двох стабілітронів дорівнює:

Визначаю напругу, яка падає на :

Струм, який протікає через резистор визначаю, як суму струмів:

)

)

Визначаю (на схемі (рис. 6.1) R5):

Приймаю значення, згідно стандартному ряду Е24 значень постійних резисторів,

7. Вибір елементів підсилювача

В підсилювачах використовують постійні резистори, не дротяні, які розрізняються за опором та потужністю.

Потужність, що розсіюється резистором розраховується по формулі:

(Вт).

Розраховую потужність для найбільш навантажених резисторів:

(Вт).

(Вт).

(Вт).

Найбільша потужність розсіюється резистором і досягає 0,09 Вт.

Приймаю резистори типу C2−23−0,125 Вт

Вибираю тип конденсаторів

Мінімальна та максимальна ємності, що використовуються у схемі:

…робоча напруга яких має бути не менше ніж 13 (В)

Приймаю значення робочої напруги ємностей 25 (В).

Виходячи з цих даних вибираю тип конденсаторів К50−16, К50−29.

Висновок

Розроблено двокаскадний підсилювач, який має в своєму складі активні елементи — вхідний каскад, виконаний на інтегральній мікросхемі КР119 у.е.1, та вихідний каскад побудований на біполярному транзисторі типу КТ104 В. В якості пасивних елементів схеми використовувалися резистори типу С2−23−0,125 Вт, та конденсатори типу К50−16, та К50−29. Елементи підсилювача змонтовані на односторонній друкованій платі. Живиться підсилювач від зовнішнього джерела живлення.

Підсилювач має такі характеристики:

· Коефіцієнт підсилення за струмом -21,25;

· Коефіцієнт підсилення за напругою — 11,7;

· Коефіцієнт підсилення за потужністю — 248,6;

· Вихідний опір підсилювача — 2400 Ом;

· Напруга живлення — 24 В;

· Струм живлення — 5,5 мА;

Розроблений підсилювач звукових частот відповідає вимогам завдання.

Список літератури

1. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя / Р. М. Терещук, К. М. Терещук, С. А. Седов. — 4-е изд., стер.-Киев: Наук. Думка, 1989. ISBN 5−12−305−2

2. Усилительные устройства на транзисторах (проектирование). Мигулин И. Н., Чаповский М. З. «Техніка», 1971, 324стр.

3. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Под общ.ред. Н. Н. Горюнова. Изд. 3-е, переработ. и доп. М., «Энергия», 1972.

4. Интегральные микросхемы: Справочник / Б. В. Тарабарин, Л. Ф. Лунин, Ю. Н. Смирнов и др.; Под ред. Б. В. Тарабарина. — М.: Радио и связь, 1983. — 528 с., ил.