ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – СОФИЯ

Филиал Пловдив

по

Аналогова схемотехника 

Тема

: 

Проектиране на нискочестотен

усилвател на мощност

Изготвил:  
Спец.: Електроника
Фак.№ 356025
Група: 44
        
Дата:   06.04.2012                               Ръководител:.......................
Пловдив                                                                      /гл. ас. Г. Бонев/

.

Задание № 13 

Изходни параметри: 



Изходна мощност P

L

 = 60W



Товар R

L

 = 4





Амплитуда на входния сигнал Uin = 1V



Захранване ­ двуполярно

Семра Сафетова Къосева                                                                                 11.05.2012г.

2

I.

Теоретична част

Предназначението на НЧ усилвателите на    мощност е да предават
на определен товар относително голяма мощност при голям к.п.д.
и   зададени   максимално   допустими   изкривявания   на   усилвания
сигнал. За да се разбере правилното действие на усилвателните
схеми е нужно да се  знаят някои основни понятия и параметри на
НЧУ.



Синусоиден   сигнал

­   най­простия   вид   периодично

трептение,което може да се разложи на по­прости съставни
трептения. Между амплитудната и ефективната стойност на
синусоидния сигнал съществуват следните зависимости:
         Um=



2.Ueff  и Im=



2.Ieff



Хармоници

­ всяко  устройство, което генерира периодично

несинусоидно   трептение   с   определена   честота,   генерира   и
множество други трептения с честоти, кратни на основната.
Колкото е по­висока честотата на даден хармоник, толкова
по­малка е неговата амплитуда.



Тембър

­ хармониците определят тембъра на звука.



Коефициент на усилване по напрежение

­ определя се от

отношението между амплитудите на променливото изходно и
променливото входно напрежение

                             Ku = Uизх/Uвх     
    



Коефициент на усилване по ток

­ представлява отношението

между променливия изходен и променливия входен ток

Семра Сафетова Къосева                                                                                 11.05.2012г.

3

Ki =Iизх/Iвх



Коефициент на усилване по мощност

­ 

Kp = Pизх/Pвх



Входно съпротивление

­ когато входния сигнал е променлив,

входното съпротивление е по променлив ток и се нарича още
динамично   или   диференциално.   На   практика   за   нискоомен
вход се смята този с  Rвх<5­10k



, а за високоомен – този с

Rвх>50k



Rвх=Uвх /Iвх



Изходно съпротивление

­ ако изходния сигнал е променлив, се

нарича   диференциално   или   динамично.   При  Rизх<2­5   k



изхода  се   нарича   нискоомен,   а   при    Rизх>20­50  k



­

високоомен изход. 



Изходна мощност

­ е променливотоковата изходна мощност на

усилвателя.   На   практика   се   използва   още   ном.изходна
мощност. Това е мощността, отделена в товара при определен
коефициент на нелинейни изкривявания. Тя се определя по : 

                  Pизх=Uизх.Iизх=Rт.I²изх=U²изх/Rт



Чувствителност

­   е   амплитудата   на   вх.   променливо

напрежение,   при   която   на   изхода   се   получава   номи­нална
изходна мощност. Усилвателят трябва да бъде проектиран с
чувствителност   равна   или   по­висока   от   напрежението   на
сигнала от източника.



Собствен   шум­  

на   практика   изходното   напрежение   на

усилвателя не е равно на нула, когато входното е равно на
нула. Причината за това е собственият шум на транзисторите и
резисторите, недобро филтриране на мрежовото напрежение и
др.



Динамичен обхват

­ характеризира способността на усилвателя

да усилва както малки, така и големи сигнали. Определя се от
израза :

                               D = Uвх max/Uвх min
Качествения НЧУ трябва да има възможно най­голям динамичен

обхват, за да може да възпроизведе и най­тихите, и най­силните
тонове. Това се постига с пови­шаване на изходната мощност.

Семра Сафетова Къосева                                                                                 11.05.2012г.

4



Коефициент на полезно действие

  (К.П.Д.)­ показва каква

част   от   цялата   консумирана   от   токоизточника   мощност   се
превръща в полезна мощност



=P изх ном/Pзахр   

К.П.Д. на крайните стъпала зависи от рижима на работа.



Амплитудно­честотна характеристика /АЧХ/

­ 

Това   е   графично   изразената   зависимост   на   коефициента   на
усилване по напрежение от честотата. При реалните усилватели
той намалява с повишаване на честотата, поради което АЧХ не е
права линия както при идеалните усилватели.



  Честотен обхват

 – Това е обхвата от честоти, в границите

на   който   коефициента   на   усилване   намалява   с   определена
стойност.За качествените нискочестотни усилватели честотният
обхват непременно трябва да покрива обхвата от честоти, които
човек чува, т.е. 20­20000Hz.

Видове изкривявания при НЧУ:



   Честотни изкривявания

­ дължат се на нееднаквото усилване

на сигналите с различни честоти.



   Фазови изкривявания  

– те се пораждат от честотнозависими

елементи   в   усилвателя   /кон­дензатори,   бобини,   транзистори   и
др./ При усилване на синусоиден сигнал фазовите изкри­вявания
предизвикват   изоставане   или   избързване   на   изходния   сигнал
спрямо   входния.   Това   се   нарича   допълнително   дефазиране,
породено от начина на включване на транзисторите. 



  Нелинейни изкривявания – 

когато формата на изходния сигнал

се различава от формата на входния сигнал, са налице този вид
изкривявания,   на   изхода   на   усилвателя   се   получават   нови
трептения. Колкото амплитудите на тези трептения са по­големи
спрямо основния сигнал, толкова нелинейните изкривявания са
по­големи. 



  Интермодулационни изкривявания – 

входните сигнали на един

нискочестотен   усилвател   не   са   синусоидни.   В   резултат   на
нелинейните   изкривявания   се   появяват   и   комбинационни

Семра Сафетова Къосева                                                                                 11.05.2012г.

5

трептения, които всъщност са суми и разлики от трептения с
различни честоти.



   Динамични изкривявания –

те се проявяват в моментите на

рязки   амплитудни   изменения   на   сигнала.   Причината   са   много
дълбоките   отрицателни   обратни   връзки   и   ниската   гранична
честота на усилвателите.



    Отрицателна   обратна   връзка.

  Подаването   /връщането/   на

сигнала от изхода на усилвателя към входа се нарича обратна
връзка, а взависимост от това дали сигнала на изхода съвпада по
фаза или с обратна на входния сигнал фаза тя е положителна или
отрицателна.ООВ   е   ефикасно   средство   за   подобряване
параматрите   на   усилвателите.   Като   цяло   подобрява
температурната стабилност на усилвателите.

Схемата на НЧУ на мощност може условно да се раздели на три
части : 



Крайно стъпало



Драйверно стъпало



Предусилвателно стъпало.

БЛОКОВА СХЕМА:

Към   тези   основни   стъпала   може   да   се   добавят   схеми   за

защита на крайните транзистори от температурно натоварване и
късо съединение на изхода.

      Режими на работа:

Семра Сафетова Къосева                                                                                 11.05.2012г.

6

Предусилвателно 

стъпало

Драйверно стъпало

Крайно

стъпало

захранване



Режим клас А 

– в този случай работната точка се намира

приблизително   в   средата   на   входната   характеристика   на
транзистора. Този режим е удобен за работа с малки сигнали.
При липса на входен сигнал началният колекторен ток е с
голяма стойност, което е причината при този рижим к.п.д. да
е   по­малък.   Намира   приложение   в   микрофонните
усилватели, маломощните крайни стъпала и др.



Режим клас В – 

работната точка се намира 

в началото на

входната   характеристика   на   транзистора.   При   този   режим
транзисторите работят без начален колекторен ток и к.п.д. е
много голям. Особено характерни за този режим на работа са
изкривяванията   в   изходния   сигнал   при   подаване   на
синусоиден сигнал на входа.



Режим  клас   АВ  –  

при  този  режим  на  работа  се  подава

малко преднапрежение, с което раб. точка на транзистора се
измества надясно от началото, т.е. протича малък начален
колекторен ток. В областта на превключване работят и двата
транзистора.   С   това   нелинейните   изкривявания   силно
намаляват, а к.п.д. си остава сравнително голям.



Клас С

 ­ работната точка се намира наляво от началото на

входната характеристика.Този режим има голям к.п.д. и се
ползва   в   резонансните   ВЧ   усилватели,а   също   и   в
автогенератори.



Клас  D

  ­ нарича се още ключов, тъй като транзисторът се

намира   изключително   в   две   състояния   ­   отпушено   и
запушено, като преминаването става много бързо.Използва се
в автоматиката

   В крайните стъпала мощностите са относително голями и това
налага съгласуване м/у изходното съпротивление на транзисторите
и   малкото   съпротивление   на   товара.   Сигналът   се   усилва   по
напрежение   в   предните   стъпала,   като   в   крайното   стъпало
обикновенно се усилва по ток. Коефициентът на усилване по ток
на мощните транзистори  зависи от самите транзистори и от тока,
при който се измерва.

Семра Сафетова Къосева                                                                                 11.05.2012г.

7

В зависимост от изискванията, поставяни към конкретните НЧ

усилватели, може да се избере еднотактна или двутактна схема.
Обикновенно крайното стъпало е двутактно и работи в режим АВ,
за да може при значителен коефициент на полезно действие да се
получат неголями нелинейни изкривявания. Ако усилвателят на
мощност   е   безтрансформаторен,   транзисторите   на   крайното
стъпало   са   свързани   по   схема   общ   колектор,   поради   което
коефициента на усилване по напрежение на това стъпало е по­
малък от единица. В конкретния случай, с оглед осигуряването на
необходимата по заданието мощност, е избрана двутактна схема. 

ОБРАТНА ВРЪЗКА.ВИДОВЕ ОБРАТНИ ВРЪЗКИ

Обратна връзка (ОВ).

Обратната връзка връща част от изходния

сигнал на входа на усилвателят./фиг.1/Те биват : паразитни ОВ
(нежелани),  въведени ОВ.По отношение на изхода на усилвателят
биват :

фиг.1

Обратна връзка по ток.

Сигналът който се връща чрез веригата

на обратната връзка е пропорционален на изходния ток./фиг.1/

Семра Сафетова Къосева                                                                                 11.05.2012г.

8

фиг.2.

Обратна връзка по напрежение.

 който се връща чрез веригата на

обратната   връзка   е   пропорционален   на   изходното
напрежение./фиг.2/

фиг.3

По отношение на входа на усилвателя обратните връзки биват:

Последователна ОВ

. Сигналът който се връща чрез веригата на

обратната   връзка   се   подава   последователно   на   входа   на
усилвателя и на генератора.

Паралелна   ОВ.

  Сигналът   който   се   връща   чрез   веригата   на

обратната връзка се подава паралелно на входа на усилвателя ина
генератора.

Семра Сафетова Къосева                                                                                 11.05.2012г.

9