Сдавалось в: << смотреть
Номер записи: 12090
Хочешь скидку? Узнай как получить
К этой записи 0 комментария (-ев)

Курсовой на тему Проектирования бестрансформаторного усилителя звуковых частот

Цена: 100.00руб.

Выберите нужный вариант - отобразится его стоимость - нажмите Купить:

Очистить

Содержание

#СибГУТИ Курсовой «Проектирование бестрансформаторного усилителя звуковых частот» по курсу  “Схемотехника телекоммуникационных устройств” (СТУ).

  • 1.Техническое задание
  • 2.Выбор схемы и её обоснование
  • 3.Расчёт схемы усилителя
  • 3.1 Расчёт выходного двухтактного бестрансформаторного каскада на комплементарных транзисторах в режиме «В»
  • 3.2. Расчёт предвыходного однотактного каскада в режиме «А» с резисторной связью с выходным каскадом
  • 3.3. Расчёт элементов схемы смещения и стабилизации выходного и предвыходного каскадов
  • 3.4. Расчёт требуемой глубины общей отрицательной обратной связи УМЗЧ для обеспечения заданного коэффициента гармоник
  • 3.5. Расчёт коэффициентов частотных искажений с учётом общей отрицательной обратной связи УМЗЧ
  • 3.6. Расчёт цепей общей отрицательной обратной связи в двухкаскадном УМЗЧ
  • 3.7.Расчёт необходимого усиления и количества предварительных каскадов бестрансформаторных усилителей звуковых частот
    3.8. Расчёт схемы предварительного каскада бестрансформаторного усилителя звуковых частот
  • 3.9. Расчёт ёмкостей переходных конденсаторов Ср.вых. и Ср.вх. и блокировочного конденсатора
  • Заключение
  • Список используемой литературы

Вариант 04

Курсовой на тему Проектирования бестрансформаторного усилителя звуковых частот

Введение

Настоящие методические указания предназначены для студентов вузов и факультетов связи, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров 550 400 Телекоммуникации и направлению подготовки дипломированных специалистов 654 400 Телекоммуникации.

Целью методических указаний является оказание помощи студентам в изучении важной общетехнической дисциплины “Основы схемотехники”.

1. Oбщие сведения

Целью дисциплины “Основы схемотехники” является изучение студентами особенностей построения и работы схем в аналоговых электронных устройствах, осуществляющих усиление, фильтрацию, генерацию и обработку сигналов, а также аналого-цифровых и цифро-аналоговых устройств.

Это первая общетехническая дисциплина, находящаяся на стыке основополагающих дисциплин (ТЭЦ, ТЭС, ЭП, основы микроэлектроники, высшая математика) и специальных дисциплин по изучению разнообразной и сложной телекоммуникационной аппаратуры.

Знания и навыки, приобретенные студентами при изучении дисциплины “Основы схемотехники” имеют не только самостоятельное значение, но и обеспечивают необходимую базовую подготовку для успешного усвоения целого ряда последующих специальных схемотехнических дисциплин. Эти знания и навыки необходимы для грамотной эксплуатации телекоммуникационной аппаратуры и для разработки устройств, связанных с формированием, усилением, передачей, приемом и обработкой аналоговых сигналов.

Здесь следует особо подчеркнуть, что центральное место в дисциплине “Основы схемотеники” отводится устройствам усиления электрических сигналов: усиление является фундаментальным свойством всей аппаратуры обработки сигналов, а усилительные устройства – основой построения телекоммуникационной аппаратуры.

В результате изучения дисциплины “Основы схемотехники” студенты должны:

  • знать и уметь применять на практике метод исследования аналоговых электронных устройств, работающих в режиме малых сигналов, основанный на использовании эквивалентных схем по переменному току (по сигналу) этих устройств (аналитический метод);
  • знать и уметь применять на практике метод анализа аналоговых электронных устройств, работающих в режиме большого сигнала, основанный на использовании вольтамперных характеристик (ВАХ) усилительных элементов (графоаналитический метод);
  • знать сущность отрицательной и положительной обратной связи (ОС) в электронных устройствах и принципы построения схем электронных устройств с ОС, понимать причины влияния ОС на основные показатели изучаемых электронных устройств и причины возможной неустойчивой работы усилителей с отрицательной ОС, знать способы оценки устойчивости работы электронных устройств с внешними цепями ОС, уметь строить цепи ОС для улучшения качественных показателей и получения необходимых характеристик аналоговых электронных устройств;
  • уметь выполнять расчеты по обеспечению требуемого режима работы и показателей изучаемых электронных устройств;
  • приобрести навыки практической работы с лабораторными макетами изучаемых электронных устройств и с применяемой измерительной аппаратурой;
  • иметь представление о компьютерном моделировании, проектировании и оптимизации аналоговых электронных устройств.

По дисциплине “Основы схемотехники” предусмотрены лекции, лабораторно-практические занятия, контрольные и курсовые работы, зачет по лабораторно-пракическим занятиям и экзамен.

Бюджет времени для изучения дисциплины-102ч

При изучении дисциплины рекомендуется отвечать на вопросы для самопроверки по каждому разделу дисциплины, указанные в [2].

2. ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ “ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ” И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ ПО НИМ

Таблица

3. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ИЗУЧЕНИЮ

3.1 Введение

Определение, классификация и области применения аналоговых, аналого-цифровых и цифро-аналоговых электронных устройств и их место в современной телекоммуникационной аппаратуре.

Схемотехника многочисленных электронных устройств телекоммуни-кационных систем определяется их назначением в телекоммуникационных системах и теми задачами, которые решаются этими системами. А задачи эти, по существу, сводятся:

а) на передающем конце — к формированию, многократному усилению и передаче сигналов;

б) на приемном конце — к приему, многократному усилению и разнообразной обработке сигналов с приведением их к виду, позволяющему использовать содержащуюся в них информацию.

Для решения этих задач в телекоммуникационной аппаратуре используются самые разнообразные электронные устройства. К ним относятся различные усилительные устройства, в том числе операционные усилители, генераторы, активные фильтры, компараторы, устройства, осуществляющие математические операции над аналоговыми сигналами, различные регуляторы уровня сигналов, электропитающие и стабилизирующие устройства и многие другие.

В зависимости от вида обрабатываемых сигналов различаются аналоговые электронные устройства, предназначенные для обработки аналоговых сигналов, и цифровые электронные устройства, предназначенные для обработки цифровых – кодированных сигналов.

Для преобразования аналоговых сигналов в цифровые и обратно применяются соответственно аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).

Важнейшими электронными устройствами являются усилительные устройства различного назначения. Они используются как самостоятельные устройства и как важные составные части других более сложных устройств телекоммуникационных систем. Более того, при детальном изучении функциональных узлов электронной техники выясняется, что все они, по существу, состоят из набора простейших усилительных каскадов, охваченных различными цепями межкаскадных связей, в том числе цепями обратных связей. Поэтому усилители электрических сигналов являются, по существу, основой построения всей телекоммуникационной аппаратуры, а усиление электрических сигналов является фундаментальным свойством всей аппаратуры обработки сигналов.

Современные усилители строятся на основе использования новейшей элементной базы электронной техники как в дискретном, так и в интегральном исполнении.

Самыми массовыми являются операционные усилители (ОУ). Это универсальные, многофункциональные усилители постоянного тока с высокостабильными качественными показателями, с помощью которых можно производить обработку аналоговых и импульсных сигналов по алгоритму, задаваемому структурой цепей внешней обратной связи, охватывающей весь ОУ. В настоящее время ОУ в интегральном исполнении стали основой элементной базы современной аналоговой электроники в целом [1, глава 1, с.3…14], [2, с.348].

3.2 Основные технические показатели и характеристики электронных устройств

Функциональная и обобщенная структурная схемы электронного усилителя. Классификация электронных усилителей. Линейный и нелинейный, стационарный и переходный режимы работы усилителей. Основные показатели и характеристики усилителей.

Свойства усилителя, его схемотехника и конструктивно – технологические особенности определяются свойствами усиливаемого электрического сигнала и назначением тех устройств и систем, в состав которых он входит. Свойства электрического сигнала характеризуются его функцией от времени (формой) и спектром частот с граничными частотами fМИН и fМАКС, получаемым путем разложения этой функции на гармонические составляющие.

Существует несколько десятков показателей и характеристик усилителей. Однако, для описания основных свойств конкретного усилителя часто бывает достаточно около десяти наиболее важных показателей. К ним относятся:

— выходные и входные показатели (иначе, данные или параметры) усилителей;

— коэффициенты усиления и коэффициент полезного действия;

— амплитудная характеристика и динамический диапазон;

— собственные помехи усилителей;

— нелинейные искажения усилителей;

— линейные искажения: амплитудночастотные, фазочастотные и пере-ходные;

— амплитудночастотная характеристика (АЧХ), фазочастотная характе-ристика (ФЧХ) и переходная характеристика (ПХ);

— стабильность показателей усилителей.

Нужно сознавать, что все показатели и характеристики усилителей взаимосвязаны друг с другом и попытки изменения (например, улучшения) одних показателей могут затронуть другие показатели, например, усложнить устройство и повысить его стоимость, потребовать новых схемотехнических решений и повышения степени интеграции и т.д. [1, главы 2 и 3, с.14…62], [2, с.348,349].

3.3 Обратная связь в электронных устройствах

Виды ОС. Основные способы обеспечения отрицательной ОС и ее влияние на показатели и характеристики усилителей аналоговых сигналов. Устойчивость усилителей, охваченных отрицательной ОС. Оценка устойчивости усилителя на основе физических представлений (баланс амплитуд и фаз). Частотный критерий Найквиста. Запасы устойчивости. Применение положительной ОС в генераторах аналоговых сигналов.

Обратная связь – это такое явление, при котором часть энергии усиленного сигнала с выхода усилительной цепи подается обратно на ее вход. Она может быть паразитной, возникающей помимо нашего желания, или специально вводимой (полезная или внешняя ОС).

ОС может быть отрицательной и положительной.

При отрицательной ОС в зависимости от способа снятия ее с выхода усилительной цепи и способа введения на вход усилительной цепи можно за счет уменьшения сквозного коэффициента усиления изменять в широких пределах все качественные показатели усилителей в нужную сторону.

Отрицательная обратная связь (ООС) широко применяется в телекоммуникационной аппаратуре не только для стабилизации или улучшения качественных показателей усилителей, но и с целью их существенного изменения в соответствии с желаемой функциональной зависимостью. Поэтому ООС практически всегда применяется в телекоммуникационной аппаратуре.

Положительная ОС приводит к увеличению коэффициента усиления при соответствующем ухудшении других параметров и в усилительной технике применяется редко. Но она применяется при построении генераторов сигналов, так как создает необходимые условия (условия баланса фаз и амплитуд) для самовозбуждения схем [1, глава 4. с.64…95], [2, с.349, 350].

3.4 Принципы электронного усиления аналоговых сигналов и построения усилителей

Структурные (функциональные) схемы многокаскадных усилителей, классификация и характеристика усилительных каскадов.

Упрощенная принципиальная схема одиночного каскада усилителя. Три способа включения усилительного элемента в схему усилительного каскада. Режимы работы усилительных элементов. Виды межкаскадной связи в многокаскадных усилителях.

Структурная схема усилителя, его элементная база, режимы работы элементной базы, способы подачи питания и так далее выбираются в зависимости от функций, выполняемых конкретным усилительным устройством в конкретной телекоммуникационной системе.

Среди усилительных элементов (приборов) наибольшее применение получили биполярные и полевые транзисторы в дискретном и интегральном исполнении.

Возможны три схемы включения усилительных элементов. Названия этих схем включения совпадают с названием того электрода усилительного элемента, который является общим для входной и выходной цепей схемы. Схема включения усилительного элемента существенно влияет на свойства каскада. Комбинируя соответствующим образом схемы включения усилительных элементов, можно добиться наиболее оптимального согласования усилительных элементов друг с другом, с источником сигнала и нагрузкой, построить межкаскадные связи, используя в качестве элементов связи конденсаторы, трансформаторы, оптроны, или применить гальваническую связь (непосредственную, при которой для связи используются только провода, или резисторную, при которой для связи используются резисторы).

В схемах для получения определенных свойств используются различные комбинации из нескольких непосредственно связанных друг с другом усилительных элементов. Такие комбинации называются составными транзисторами или усилительными приборами. К усилительным приборам относятся и операционные усилители (ОУ). По аналогии с одиночными усилительными элементами возможны различные схемы включения и усилительных приборов.

По цепям питания между отдельными каскадами нужно осуществлять развязку по сигналу. Для этих целей наиболее часто используют цепочки RФСФ (и LФСФ) в цепях питания.

Усилительные элементы могут работать в различных режимах: «А», «В», «АВ», «С», «D» и др. Режимы работы усилительного элемента определяются напряжением смещения между входными электродами.

В зависимости от степени использования усилительных элементов по току и напряжению (по мощности) могут быть режимы работы в условиях малого и большого сигналов.

В режиме малого сигнала параметры усилительного элемента за период сигнала практически не меняются. В таком режиме работают каскады предварительного усиления и для анализа и расчета их качественных показателей усилительный элемент заменяют на эквивалентный генератор (напряжения или тока), а принципиальную схему каскада – на эквивалентную схему по переменному току (аналитический метод анализа и расчета усилительных каскадов).

В режиме большого сигнала параметры усилительного элемента за период сигнала существенно меняются. В таком режиме работают выходные каскады усилителей. Анализ и расчет таких каскадов проводится графоаналитическим методом с использованием вольтамперных характеристик (ВАХ) усилительных элементов [1, глава 5, с.98…134], [2, с.350].

3.5 Обеспечение и стабилизация режимов работы усилительных элементов по постоянному току

Цепи питании и смещения, обеспечивающие режимы работы усилительных элементов по постоянному току. Влияние условий эксплуатации и разброса значений параметров усилительных элементов на режим их работы по постоянному току (и прежде всего на величину постоянного выходного тока усилительного элемента). Схемы подачи смещения без стабилизации и со стабилизацией постоянного выходного тока усилительного элемента.

Стабилизация режима работы усилительного элемента с помощью отрицательной ОС, с помощью температурнозависимых элементов (терморезисторов, диодов), с помощью генераторов стабильного тока (ГСТ) и др.

Как отмечалось в главе 4, режимы работы усилительных элементов задаются подачей смещения на его входные электроды. Но нужно не только задать режим работы, а и обеспечить его стабильность во времени и прежде всего стабильность постоянного выходного тока усилительного элемента, так как от него зависят качественные показатели каскада. Режим работы усилительного элемента по постоянному току может существенно изменяться под влиянием ряда дестабилизирующих факторов, например, из-за изменений температуры окружающей среды, старения усилительных элементов, изменений питающих напряжений и др. Влияние дестабилизирующих факторов может даже привести к прекращению нормального функционирования усилительного элемента.

Поэтому в серийной аппаратуре применяются схемы подачи смещения только со стабилизацией режима работы по постоянному току.

Эффективная стабилизация режимов работы усилительных элементов обеспечивается с помощью ООС по постоянному току и напряжению (схемы подачи смещения с эмиттерной или истоковой стабилизацией, с коллекторной или стоковой стабилизацией, с комбинированной или смешанной стабилизацией). Эти схемы стабилизируют режим работы от воздействия любых дестабилизирующих факторов.

Наряду с этим в серийной аппаратуре находят применение и схемы подачи смещения с температурной компенсацией постоянных выходных токов усилительных элементов, основанные на использовании температурнозависимых элементов (терморезисторов, диодов и др.), но они стабилизируют режим работы только от воздействия температуры.

Особое место в вопросах стабилизации режимов работы усилительных элементов занимают ГСТ. Они являются очень эффективным средством стабилизации и поэтому широко используются в серийной аппаратуре и особенно в интегральном исполнении.

Следует также отметить. что в сложных каскадах, использующих несколько усилительных элементов, для стабилизации их режима работы применяют последовательное включение усилительных элементов по постоянному току [1, глава 5, с.134…169], [2, с.350,351].

3.6 Каскады предварительного усиления переменного тока

Требования, предъявляемые к каскадам предварительного усиления и особенности их анализа, связанные с малым уровнем входного сигнала.

Применение эквивалентных схем для анализа каскадов предварительного усиления. Модели усилительных элементов, используемые при этом анализе. Построение эквивалентных схем рассматриваемых аналоговых электронных устройств. Применение компьютерного моделирования для расчета аналоговых электронных устройств по полным эквивалентным схемам. Упрощение эквивалентных схем для проведения расчетов, не связанных с применением компьютеров.

Резисторные апериодические каскады предварительного усиления переменного тока, их принципиальные и эквивалентные схемы. Коэффициенты усиления, амплитудночастотные, фазочастотные и переходные характеристики. Связь между соответствующими частотными и временными областями этих характеристик.

Резисторные каскады усиления переменного тока с эмиттерной (истоковой) ООС.

Эмиттерные (истоковые) повторители.

Резисторные каскады на составных транзисторах.

Резисторные каскады с динамической нагрузкой.

Широкополосные (импульсные) усилительные каскады. Применение высокочастотной коррекции (коррекции в области малых времен) и низкочастотной коррекции (коррекции в области больших времен) для получения частотных и переходных характеристик с заданными искажениями.

Площадь усиления резисторного каскада без ООС, с частотнонезависимой и частотнозависимой ООС.

Каскады предварительного усиления работают в условиях малого входного сигнала, что позволяет считать параметры усилительных элементов постоянными за период сигнала. Поэтому при анализе и расчете предварительных каскадов и, в частности, при исследовании частотных, фазовых и переходных характеристик такие каскады можно представить в виде эквивалентных схем по переменному току (по сигналу) и производить расчет элементов принципиальных схем аналитическим методом.

Среди каскадов предварительного усиления наибольшее распространение получили резисторные каскады усиления переменного тока (каскады с резисторно-конденсаторной связью) и резисторные каскады усиления постоянного тока (каскады с гальванической связью либо резисторной, либо непосредственной).

Они обладают наилучшими частотными, фазовыми и переходными характеристиками, имеют малые габариты, массу и стоимость и технологичны с точки зрения интегрального исполнения. Эти характеристики могут быть дополнительно улучшены применением частотнонезависимой и частотнозависимой отрицательной обратной связи, применением составных транзисторов, использованием динамической нагрузки, применением специальных элементов и цепей коррекции.

В данном разделе рассматриваются резисторные каскады усиления переменного тока как без ООС, так и с ООС, как с обычной, так и с динамической нагрузкой, как на отдельных, так и на составных транзисторах, как без специальных элементов коррекции, так и со специальными элементами и цепями коррекции, присущими широкополосным и импульсным каскадам [2,глава 1, с.6…154].

Что касается резисторных каскадов усиления постоянного тока, то они рассматриваются в главе 2 [2], посвященной в основном усилителям постоянного тока с гальванической связью, в том числе операционным усилителям.

Предварительные каскады могут быть как в дискретном, так и в интегральном исполнении.

3.7 Выходные усилительные каскады переменного тока

Требования, предъявляемые к выходным каскадам и особенности их анализа и расчета, вызванные большим уровнем входного сигнала. Особенности ручного и компьютерного анализа каскадов.

Режимы работы усилительных элементов в выходных каскадах.

Выходные однотактные резисторные и трансформаторные каскады в режиме «А». Построение выходных нагрузочных характеристик по постоянному и переменному токам. Основные энергетические соотношения. Определение нелинейных искажений. Безмашинный и компьютерный анализ нелинейных искажений.

Выходные двухтактные резисторные и трансформаторные каскады в режиме «А». Особенности и свойства двухтактных каскадов в режиме «А».

Выходные двухтактные трансформаторные каскады с параллельным управлением в режимах «В» и «АВ».

Выходные двухтактные бестрансформаторные каскады. Основные разновидности бестрансформаторных двухтактных каскадов, особенности схемотехники, достоинства и недостатки.

Способы повышения энергетической эффективности выходных каскадов.

Выходные каскады являются каскадами мощного усиления, поскольку работают при полном или почти полном использовании ВАХ усилительных элементов. За период сигнала параметры усилительных элементов в этих каскадах существенно меняются. Поэтому расчет выходных каскадов выполняют графоаналитическим методом с использованием ВАХ усилительных элементов. В этих каскадах в зависимости от назначения усилителя, в состав которого они входят, внешняя нагрузка подключается к усилительному элементу либо через разделительный конденсатор, либо через трансформатор, либо непосредственно.

Выходные каскады могут работать в режимах “А”, “В” (“АВ”) и др.

Режим “А” используется в однотактных резисторных и трансформаторных выходных каскадах сравнительно маломощных усилителей: при малых мощностях невысокий КПД каскадов в режиме “А” допускается. В сравнительно маломощных усилителях выходные резисторные и трансформаторные каскады в режиме “А” могут выполняться и по двухтактным схемам, что позволяет дополнительно уменьшать нелинейные искажения и работать на симметричную внешнюю нагрузку.

С целью увеличения КПД в выходных каскадах усилителей используются экономичные режимы “В”,”АВ” и др; Но для этого выходные каскады должны быть обязательно двухтактными. Они могут выполняться как по трансформаторным, так и по бестрансформаторным схемам.

Большинство усилителей звуковых частот в настоящее время выполняются с бестрансформаторными двухтактными выходными каскадами в режиме “В” (“АВ”) на комплементарных парах транзисторов с параллельным возбуждением (комплементарная пара транзисторов это два транзистора с одинаковыми параметрами и ВАХ, но разной структуры: n-p-n и p-n-p).

В усилителях высоких частот, на которых трудно подобрать комплементарные транзисторы, выходные двухтактные бестрансформаторные каскады выполняются на транзисторах одной структуры с последовательным или параллельным возбуждением.

Существуют и другие схемы выходных двухтактных каскадов.

Следует отметить, что схемы предвыходных каскадов, работающих на выходные двухтактные каскады, определяются схемами выходных каскадов. Если выходной двухтактный каскад выполнен по бестрансформаторной схеме на комплементарной паре транзисторов с параллельным управлением или на однотипных транзисторах с последовательным управлением, то предвыходной каскад выполняется по обычной однотактной схеме, если же выходной двухтактный каскад будет резисторным или трансформаторным на однотипных транзисторах с параллельным управлением, то предвыходной каскад должен быть специальным, вырабатывающим два симметричных напряжения сигнала. Такие каскады называются фазоинверсными или инверсными. Среди них наибольшее распространение получили каскады с разделенной нагрузкой, с эмиттерной связью, трансформаторные, на комплементарных транзисторах.

Выходные и предвыходные каскады могут быть как в дискретном, так и в интегральном исполнении [2,глава1, с.154…256,352].

3.8 Каскады усиления постоянного тока. Операционные усилители

УПТ с гальванической связью. Методы, схемы, каскады сдвига уровня постоянного напряжения. Выходные каскады УПТ с биполярным источником питания. Способы и схемы уменьшения дрейфа нуля.

Дифференциальный усилительный каскад. Принципиальная схема и основные свойства каскада. Коэффициенты усиления по синфазному и противофазному сигналам.

Операционные усилители. Схемотехника и основные качественные показатели ОУ.

Особенности УПТ с оптронной связью.

Особенности УПТ с переносом спектра частот сигнала.

В отличие от усилителей переменного тока УПТ усиливают не только быстроизменяющиеся, но и сколь угодно медленноизменяющиеся сигналы вплоть до постоянной составляющей тока и напряжения.

УПТ имеют более лучшие по сравнению с усилителями переменного тока АЧХ и ФЧХ в области нижних частот и ПХ в области больших времен.

Различают УПТ с гальванической связью (непосредственной и резисторной), с оптронной связью, с переносом спектра частот сигналов.

Наибольшее распространение получили УПТ с гальванической связью. Это УПТ прямого усиления.

Основными проблемами в УПТ с гальванической связью являются:

— проблемы стыковки усилительных элементов друг с другом, с источником сигнала и внешней нагрузкой, которые решаются с помощью различных схем сдвига уровня постоянного напряжения, в том числе с помощью биполярного источника питания,

— проблема дрейфа нуля на выходе УПТ, которая решается с помощью ООС (эмиттерная, коллекторная и комбинированная стабилизации), с помощью температурнозависимых элементов (терморезисторов, диодов ), с помощью ГСТ и с помощью дифференциальных каскадов.

Дрейф нуля в идеальном симметричном дифференциальном каскаде отсутствует, а в реальном дифференциальном каскаде имеет очень малую величину. Поэтому дифференциальные каскады широко используются в УПТ с гальванической связью в качестве входных каскадов, поскольку дрейф входных каскадов подвергается большому усилению всех последующих каскадов и дает на выходе УПТ наибольшую величину.

Типичным примером УПТ с гальванической связью является операционный усилитель. Это многокаскадный, высококачественный УПТ с большим коэффициентом усиления и малым дрейфом нуля. В качестве входного каскада в нем используется дифференциальный каскад, в качестве выходного каскада-эмиттерный повторитель. ОУ имеет симметричный вход и несимметричный выход и может использоваться как инвертирующий, так и неинвертирующий усилитель.

В настоящее время ОУ выпускаются в виде полупроводниковых (иначе говоря, твердотельных или монолитных) интегральных микросхем (ИМС). Технология изготовления таких ИМС предусматривает одновременное формирование однотипных элементов, что дает возможность выполнения дифференциальных каскадов с высокой симметрией плеч и, следовательно, возможность выполнения ОУ с очень малой величиной дрейфа нуля.

ОУ является основой элементной базы современной аналоговой электроники в целом. Используется он, как правило, с глубокой внешней ООС, охватывающей весь ОУ и обеспечивающей высокую стабильность всех показателей ОУ. Выбором структуры этой общей ООС можно формировать различные свойства и характеристики ОУ. Это дает основание сказать, что ОУ-это универсальный, многофункциональный, высокостабильный усилитель, с помощью которого можно производить обработку аналоговых и импульсных сигналов по алгоритму, определяемому структурой глубокой внешней ООС, охватывающей весь ОУ.

Основные свойства, схемотехника и способы включения ОУ рассматриваются в следующем разделе программы.

УПТ с оптронной связью также являются УПТ прямого усиления, но в отличие от УПТ с гальванической связью, в них отсутствует гальваническая связь между входом и выходом УПТ.

УПТ с переносом спектра частот сигнала отличаются очень низким дрейфом нуля и большим коэффициентом усиления [2,глава2, с.257…296, 353].

3.9 Функциональные узлы на базе операционных усилителей (ОУ)

Основные свойства ОУ. Типовые структуры и каскады ОУ. Применение глубокой отрицательной обратной связи в ОУ для создания устройств аналоговой обработки сигналов. Компьютерные модели ОУ.

Аналоговые устройства на ОУ, осуществляющие математические операции над входными сигналами. Применение глубокой отрицательной ОС в ОУ. Инвертирующие и неинвертирующие усилители и повторители напряжения входного сигнала. Устройства на ОУ, осуществляющие нелинейные математические операции над сигналами: логарифмирование, антилогарифмирование, перемножение и деление. Перемножители на дифференциальных каскадах с управляемым усилением.

Активные RC – фильтры на ОУ. Применение частотно-зависимых цепей на входе и/или в тракте глубокой отрицательной обратной связи. Компьютерное моделирование фильтров.

RC – генераторы гармонических колебаний на ОУ. Упрощенная структур-ная схема RС генератора но ОУ с частотно-избирательной глубокой положительной ОС. Стабильность частоты генерируемых колебаний. Применение отрицательной нелинейной ОС в RC – генераторах для повышения стабильности амплитуды колебаний.

Компаратор напряжения на ОУ. Принцип функционирования и упрощенная схема компаратора на ОУ без цепей ОС. Сквозная передаточная характеристика компаратора. Быстродействие и погрешности компаратора. Применение положительной ОС в компараторах на ОУ.

Как было отмечено в предыдущем разделе, ОУ – это многокаскадный высокостабильный УПТ с большим коэффициентом усиления и очень малым дрейфом нуля, охваченный глубокой внешней общей ОС, с помощью которого можно производить обработку аналоговых и импульсных сигналов по алгоритму, определяемому структурой этой общей внешней ОС.

Идеальный ОУ характеризуется рядом показателей, среди которых основными для расчетов являются следующие четыре показателя:

1. Коэффициент усиления ОУ без ОС

К*ОУ » КОУ ®

и с глубокой внешней ООС F*ОУ >> 1

Курсовой на тему Проектирования бестрансформаторного усилителя звуковых частот

где b — коэффициент передачи напряжения цепи ОС.

Это – условие стабильности всех параметров того функционального узла, который выполняется на ОУ;

2. Диапазон рабочих частот ОУ простирается от fН = 0 до fВ ® ∞.

Это – условие универсальности ОУ;

3. Входное и выходное сопротивление ОУ без ООС соответственно равно RВХ.ОУ ® ∞, RВЫХ.ОУ ® 0.

Это – условие отсутствия влияния ОУ на источник сигнала и внешней нагрузки на параметры ОУ;

4. При отсутствии сигнала на входе ОУ напряжение на его выходе должно быть равно нулю, то есть при закорачивании на корпус обоих входов ОУ должен быть нулевой потенциал на его выходе.

На базе ОУ создают многочисленные устройства с различными функциональными свойствами. Операционные усилители являются основой элементной базы современной аналоговой электроники.

В настоящем разделе рассматривается целый ряд применений ОУ [2, глава 3, с.297…323,353].

3.10 Устройства сопряжения аналоговых и цифровых электронных узлов

Основные определения и принципы работы аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей (АЦП и ЦАП). Параллельная и последовательная схемы АЦП. Ошибки квантования АЦП. 4-разрядная схема ЦАП. Разрешающая способность и точность ЦАП.

Аналоговая обработка сигналов всегда приводит к накоплению помех и искажению обрабатываемых сигналов. Поэтому можно преобразовать аналоговый сигнал в цифровой, скорректировать его нужным образом и затем передать. На приемной стороне производится обратное преобразование. В этом случае все операции производятся не с сигналом, амплитуда которого меняется от нуля до какого-то максимального значения, а с цифровым сигналом (есть сигнал большой амплитуды либо его нет). Даже искаженный цифровой сигнал достаточно просто регенерируется (т.е. приводится к исходному виду).

Указанные функции выполняют аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).

3.11 Избирательные усилители

Особенности избирательных усилителей [2, глава 4, с.324…333, 354].

3.12 Регулировки усиления и АЧХ. Требования к источникам питания

Принципы построения регуляторов усиления и тембра. Требования к источникам питания. Схемы выпрямителей. Стабилизаторы питающего напряжения [2, глава 5, с.334…345, 354].

3.13. Заключение

Перспективы развития электронных устройств и методов их анализа и проектирования.

4. Лабораторный практикум

Таблица

Примечания: 1.*Возможна замена натурного эксперимента компьютерным моделированием. 2. Лабораторный практикум кроме натурного и эксперимента компьютерного моделирования включает в себя проведение расчетов качественных показателей, параметров и характеристик исследуемых схем.

5. Задания на контрольные работы и методические указания по их выполнению и оформлению

5.1 Задания на контрольную работу 2

Студент должен расчитать двухкаскадный или трехкаскадный усилитель мощности звуковых частот (УМЗЧ) по данным таблицы 4.

Номер варианта контрольной работы, который должен выполнить студент, определяется по последней цифре пароля.

Таблица 4.

ПРИМЕЧАНИЕ.

Для всех вариантов:

    1. Допустимые частотные искажения на нижних и верхних частотах Мн=Мв≤3дБ (Мн=Мв≤1,41);
    2. Температура окружающей среды Тс.мин.=+100С, Тс.макс=+300С;
    3. Амплитуда ЭДС источника сигнала Еm.ист.=1 В.

5.2 Методические указания по выполнению и оформлению контрольной работы 2

Основным учебным пособием для выполнения и оформления контрольной работы является учебное пособие по проектированию бестрансформаторных усилителей сигнала звуковых частот, приведенное в списке литературы данного учебно-методического пособия [3].

В [3] рассматриваются различные варианты схем многокаскадных бестрансформаторных усилителей звуковых частот на основе двухкаскадных и трехкаскадных УМЗЧ и дается их расчет.

Студент с учетом задания должен обоснованно выбрать и рассчитать наиболее подходящую схему УМЗЧ (двухкаскадный или трехкаскадный УМЗЧ). Порядок выполнения и оформления работы подробно излагается в [3].

В заключение следует отметить следующее.

Все УМЗЧ охватываются внешней общей отрицательной обратной связью (ООС). Она улучшает качественные показатели каскадов: стабилизирует выходное напряжение, обеспечивая заданное значение коэффициента сброса нагрузки Н= , уменьшает заданное значение коэффициента гармоник Кг.доп, уменьшает линейные искажения, обеспечивая заданные значения коэффициентов частотных искажений на нижних и верхних частотах Мн и Мв, уменьшает собственные помехи усилителя.

Глубину этой общей ООС рассчитывают с точки зрения обеспечения показателей. Обычно наибольшая требуемая глубина общей ООС получается с точки зрения обеспечения требуемого значения Н или Кг.доп. При выборе такой глубины ООС требования к остальным показателям автоматически будут выполнены .

В таблице 4 для простоты допустимый коэффициент гармоник не указан. Поэтому наибольшая требуемая глубина общей ООС будет определяться заданным коэффициентом сброса нагрузки Н

F*≈ ,

где Н подставляется в разах.

Подробно эти вопросы рассмотрены в[3].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Травин Г.А. Основы схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения. Ч.1.Учебное пособие для вузов и факультетов связи. Новосибирск, СибГУТИ, 2001. – 196с.

2.Травин Г.А. Основы схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения. Ч.2.Учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов. Новосибирск, СибГУТИ, 2002. – 354с.

3.Травин Г.А. Схемотехника и расчет бестрансформаторных усилителей сигналов звуковых частот. Учебное пособие для вузов и факультетов связи. Новосибирск, СибГУТИ, 2003. – 148с.

Отзывы

Отзывов пока нет.

Будьте первым кто оставил отзыв;

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *