Примеры схем усилителей низкой частоты

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время усилители получили очень широкое распространение практически во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности, в технике, в медицине, в музыке, на транспорте и во многих других. Усилители являются необходимым элементом любых систем связи, радиовещания, акустики, автоматики, измерений и управления. Но прежде чем усилители стали всеобще распространены, был пройден очень долгий путь по их развитию.

Активным элементом первых усилителей была электронная лампа. Такие усилители были громоздки, потребляли много энергии и быстро выходили из строя. Только в середине нашего столетия после долгих упорных поисков и трудов, наконец, удалось впервые создать усилительный полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Это важное открытие произвело крупный переворот в радиоэлектронике. Габариты транзисторных усилителей стали в несколько раз меньше ламповых, а потребляемая мощность – в десятки раз меньше. К тому же значительно увеличилась надежность.

Но научно-технический прогресс на этом не остановился. Появилась первая микросхема. Сейчас широко применяются усилители, полностью собранные на микросхемах и микросборках. Практически единственная проблема на сегодняшний день – это отвод тепла. Так как мощные усилители рассеивают большое количество тепла, необходимо интенсивно отводить это тепло, что не позволяет миниатюризировать мощные усилители.

Следующим этапом развития является технология поверхностного монтажа кристаллов. Технология поверхностного монтажа кристаллов обеспечивает миниатюризацию радиоэлектронной аппаратуры при росте ее функциональной сложности. Навесные компоненты намного меньше, чем монтируемые в отверстия, что обеспечивает более высокую плотность монтажа и уменьшает массо-габаритные показатели. Наряду с этим для большей миниатюризации применяют микросборки и гибридные интегральные схемы.

В настоящее время многие усилители выполняются на печатных платах. Применение печатных плат дало возможность, по сравнению с объемными конструкциями, увеличить плотность монтажа, надежность, ремонтопригодность, уменьшить массу конструкции, разброс параметров и так далее.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. УСИЛИТЕЛИ

Основные параметры усилителей

Свойства усилителей во многом определяются областью их применения. Чтобы судить о возможности использования конкретного усилителя в том или ином электронном устройстве, необходимо знать его основные параметры. К ним кроме коэффициента усиления относятся чувствительность, выходная мощность, диапазон усиливаемых частот, входное и выходное сопротивления, коэффициент нелинейных искажений и некоторые другие.

Выходной является мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку. Различают номинальную и максимальную выходную мощность. Номинальной (P_ном) называют такую наибольшую выходную мощность, при которой искажения усиливаемого сигнала не превышают некоторого оговоренного заранее значения (обычно 3 – 5%). С возрастанием выходной мощности увеличиваются и искажения усиливаемого сигнала. Наибольшую мощность, которую можно получить от усилителя при уровне искажений усиливаемого сигнала до 10 %, называют максимальной (Р_макс). Максимальная выходная мощность может в два –десять раз превышать номинальную.

Чувствительностью усилителя называют напряжение низкочастотного сигнала в милливольтах или микровольтах, подаваемого на его вход, при котором усилитель отдает в нагрузку номинальную мощность. Чем меньше входное напряжение, тем выше чувствительность. Например, усилитель, на который сигнал подается от микрофона, должен обладать чувствительностью 1 – 2 мB, а для усилителя, воспроизводящего грамзаписи от пьезоэлектрических звукоснимателей, достаточна чувствительность 100 – 200 мВ.

Диапазон усиливаемых частот – это область рабочих частот усилителя, в границах которой его коэффициент усиления изменяется в пределах, заданных техническими условиями.

Входное сопротивление – сопротивление переменному току, протекающему между входными зажимами усилителя. Оно зависит от схемы усилителя, частоты переменного входного напряжения, его амплитуды и некоторых других факторов.

Выходное сопротивление характеризует внутреннее сопротивление усилителя переменному току.

От правильного выбора входного и выходного сопротивления во многом зависят входная и выходная мощность усилителя, и работа всего устройства.

Коэффициент нелинейных искажений, называемый иногда коэффициентом гармоник, отображает уровень нелинейных искажений усилителя. Усилитель не является линейным элементом, поэтому при поступлении на его вход гармонического сигнала, изменяющегося, с частотой f1 в выходном сигнале возникнут дополнительные составляющие с частотами f2=2f1, f3=3f1 и т. д. Чем больше амплитуда этих дополнительных составляющих, тем выше коэффициент нелинейных искажений усилителя. Допустимая величина вносимых усилителем нелинейных искажений определяется назначением и областью применения усилителя.

Человеческое ухо представляет собой высококачественный анализатор спектра, сразу же обнаруживающий появление новых гармонических составляющих в выходном сигнале. Оно очень чувствительно даже к небольшим нелинейным искажениям. Поэтому в усилителях радиоаппаратуры высокого качества коэффициент нелинейных искажений не должен превышать 1 – 2%.

Классификация усилителей

Основные признаки классификации усилителей:

- характер входного сигнала;

- назначение;

- режим работы нелинейного активного элемента;

- тип активного элемента;

- полоса усиливаемых частот.

По характеру усиливаемых сигналов различают:

- усилители непрерывных сигналов (Здесь пренебрегают процессами установления. Основная характеристика – частотная передаточная);

- усилители импульсных сигналов.

Входной сигнал изменяется настолько быстро, что переходные процессы в усилителе являются определяющими при нахождении формы сигнала на выходе. Основной характеристикой является импульсная передаточная характеристика усилителя.

По назначению усилителя разделяют:

- усилители напряжения;

- усилители тока;

- усилители мощности.

Все они усиливают мощность входного сигнала. Однако, собственно усилители мощности должны и способны отдать в нагрузку заданную мощность при высоком коэффициенте полезного действия.

С точки зрения выбора режима работы активного элемента различают:

- Режим слабого сигнала. Нелинейный активный элемент работает в квазилинейном режиме. Применяется в усилителях напряжения или тока.

- Режим большого сигнала. Применяется в усилителях мощности.

По типу используемых активных элементов усилители бывают:

- ламповые;

- транзисторные;

- диодные;

- параметрические;

- СВЧ-усилители, работающие с помощью специальных СВЧ-приборов и др.

В зависимости от вида частотной передаточной характеристики усилителя и абсолютным значениям полосы частот различают:

- Усилители постоянного тока (УПТ). Такое название обусловлено тем, что они способны усиливать очень медленные изменения сигналов (в том числе постоянные), т.е. рабочая полоса частот начинается от нулевой частоты до некоторой верхней граничной частоты. Величина верхней граничной частоты f_в зависит от вида усиливаемых сигналов. Так, если УПТ используется в канале изображения телевизионной системы, то f_в составляет 6 – 6,5 МГц, т.е. УПТ это, как правило, широкополосный усилитель.

- Усилители низкой частоты (усилители звуковой частоты). Название условное, оно подчеркивает, что нижняя граничная частота лежит в области низких частот, несоизмеримо ниже верхней граничной частоты. Само значение верхней граничной частоты может быть разным: от единиц-десятков КГц до сотен МГц.

- Усилители радиочастоты (полосовые усилители, усилители высокой частоты, избирательные усилители).

Примеры схем усилителей низкой частоты

Существует большое количество усилителей низкой частоты, построенных на микросхемах. Рассмотрим несколько усилителей, мощность которых составляет 10 – 25 Вт:

1) Усилитель мощности звуковой частоты класса "Hi-Fi" на TDA2004.

Микросхема представляет операционный усилитель, схема которого представлена на рисунке 1.1. Усилитель собран по схеме с однополярным питанием и обеспечивает на нагрузку 4 Ома до 10 Вт. Данный усилитель мощности прекрасно подойдет для компьютерной акустики.

Рисунок 1.1 – Усилитель мощности звуковой частоты класса "Hi-Fi" на TDA2004

2) Усилитель мощности звуковой частоты класса "Hi-Fi" на TDA1552.

Микросхема представляет операционный усилитель, схема которого представлена на рисунке 1.2. В данном варианте реализована схема не инвертирующего включения. Для простоты сборки усилитель собран по схеме с однополярным питанием и обеспечивает на нагрузку 4 Ома до 22 Вт. Данный усилитель мощности является универсальным кирпичиком для построения высококачественного усилителя любой конфигурации от обычного стереофонического до мультимедийного 2.1 или 5.1.

Рисунок 1.2 – Усилитель мощности звуковой частоты класса "Hi-Fi" на TDA1552

3) Усилитель мощности звуковой частоты класса "Hi-Fi" на TDA2005.

Микросхема представляет операционный усилитель, схема которого представлена на рисунке 1.3. Усилитель собран по схеме с однополярным питанием и обеспечивает на нагрузку 4 Ома до 10 Вт.

Рисунок 1.3 –Усилитель мощности звуковой частоты класса "Hi-Fi" на TDA2005

4) Усилитель мощности звуковой частоты класса "Hi-Fi" на TDA2009.

Микросхема представляет операционный усилитель, схема которого представлена на рисунке 1.4. Усилитель собран по схеме с однополярным питанием и обеспечивает на нагрузку 4 Ома до 10 Вт.

Рисунок 1.4 – Усилитель мощности звуковой частоты класса "Hi-Fi" на TDA2009

5) Усилитель мощности звуковой частоты класса "Hi-Fi" на TDA7350.

Микросхема представляет операционный усилитель, схема которого представлена на рисунке 1.5. Усилитель собран по схеме с однополярным питанием и обеспечивает мощность 12 Вт при нагрузке 4 Ома.

Рисунок 1.5 – Усилитель мощности звуковой частоты класса "Hi-Fi" на TDA7350

Таким образом, мы можем сделать вывод, что рассматриваемый в данной работе усилитель звуковой частоты надежней и мощней, чем существующие аналоги, а также он обладает меньшим коэффициентом гармоник. Схемы со схожими характеристиками являются наиболее дорогостоящими и сложными для сборки.

ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: