Усилитель мощности звуковой частоты для автомагнитолы (стр. 2 из 2)

Применение составных транзисторов во входных каскадах плеч моста заметно (примерно на 30%) уменьшило дрейф постоянного напряжения на выходе усилителя (между эмиттерами транзисторов VT5, VT6 и VT10, VT9). Без подбора транзисторов VT3, VT7 и VT4, VT8 в диапазоне температур 0…60°С он не превышает ±35 мВ, что позволило подключить нагрузку непосредственно к эмиттерам выходных транзисторов без разделительных конденсаторов.

Основные технические характеристики следующие:

чувствительность – 700 мВ;

входное сопротивление – 62 кОм;

номинальная выходная мощность на нагрузке сопротивлением 2 (4) Ом – 18 (11) Вт;

номинальный диапазон частот при неравномерности частотной характеристики ±1,5 дБ – 20…20000 Гц;

коэффициент гармоник в номинальном диапазоне частот – 0,3%.

3. Моделирование и анализ усилителя мощности

Чем мы и займёмся в дальнейшем, используя:

1) Multisim 2001 Pro – для моделирования схемы, исследования её технических характеристик и создания моделей “отечественных транзисторов”.

2) PSpise A/D (входит в состав OrCAD 9.2) – для получения входных и выходных ВАХ транзисторов.

3) КОМПАС 5.11 – для создания чертежей и перечня элементов.

4) Paint – для обработки растровых объектов.

5) Microsoft Word – для создания пояснительной записки.

Основными этапами моделирования является:

4. Подбор аналогов ЭРЭ и их параметры

Подбор зарубежных аналогов отечественным транзисторам ведется по соответствующему справочнику. Применительно к заданной схеме к сожалению не удалось осуществить подбор всех аналогов используемых в схеме транзисторов и диодов ввиду отсутствия их в программе Multisim 2001 Pro, поэтому для отдельных транзисторов (КТ829Г, КТ972А и КТ973А) по справочнику были подобраны наиболее близкие по своим характеристикам отечественные транзисторы, а уже для них были найдены аналоги.

Ниже приведены результаты подбора аналогов:

1.Транзисторы

VT1 КТ3102Г………..BC547C;

VT2 КТ315Б…………2N2712;

VT3 КТ973А…………BD244C;

VT4 КТ973А…………BD244C;

VT5 КТ972А…………2N3055A;

VT6 КТ972А…………2N3055A;

VT7 КТ829Г………….2N6110;

VT8 КТ837К………….2N6110;

VT9 КТ829Г………….2N6110;

VT10 КТ837К………...2N6110.

2.Диоды

VD1 КД503А…………1N4148;

VD2 КД503А…………1N4148;

VD3 КД503А…………1N4148;

VD4 КД503А…………1N4148.

5. Создание моделей транзисторов

Для создания моделей отечественных транзисторов воспользуемся встроенным в Multisim 2001 Pro редактором Model Maker.

Для запуска редактора сделаем следующее:

1) Двойной щелчок ЛКМ на иконке транзистора на рабочем поле Multisim 2001 Pro вызывает диалоговое окно.

2) В диалоговом окне выбираем Edit Component in DB, открывается.

3) Кнопка Start Model Maker запускает редактор Model Maker.

Выбираем с тип создаваемого элемента.

4) Затем вводим параметры транзистора (взятые из справочника), помеченные прямоугольником – изменяем, остальные оставляем без изменений (этих параметров в справочнике нет).

Во вкладке General and Table Data ставим “галочку” напротив Сheck if data not available за неимением данных параметров в справочниках по отечественным транзисторам!

Во вкладке Capasitances ничего не трогаем!

4) Сохраняем полученную модель в библиотеке Users (для того чтобы её можно было легко найти при дальнейшем моделировании схемы) и не забываем скопировать текстовую версию полученной модели транзистора (потребуется при построении ВАХ в PSpise A/D, приведены в приложении).

Некоторые параметры моделей:

- ток базы;

Iс - ток коллектора;

- ток инжекции при нормальном включении;

- ток рекомбинации при нормальном включении;

- ток инжекции при инверсном включении;

- ток рекомбинации при инверсном включении;

IS - ток подложки;

IS- ток насыщения;

ISE- обратный ток эмиттерного перехода;

ISC- обратный ток коллекторного перехода;

NF- коэффициент неидеальности в нормальном режиме;

NR- коэффициент неидеальности в инверсном режиме;

NE- коэффициент неидеальности эмиттерного перехода;

NC- коэффициент неидеальности коллекторного перехода;

BF- максимальный коэффициент усиления в нормальном режиме;

BR- максимальный коэффициент усиления в инверсном режиме;

IKF- точка начала спада зависимости BF от тока коллектора в нормальном режиме;

IKR- точка начала спада зависимости BR от тока эмиттера в инверсном режиме;

NK- коэффициент, определяющий множитель Qb;

ISS- обратный ток р-п перехода подложки;

NS- коэффициент неидеальности перехода подложки;

VAF- напряжение Эрли в нормальном режиме;

VAR- напряжение Эрли в инверсном режиме.

6. Моделирование УМЗЧ

На первом шаге моделирования составляем принципиальную электрическую схему усилителя мощности в Multisim 2001 Pro , в двух вариантах на созданных ранее моделях отечественных транзисторов (пользуясь библиотекой Users) и зарубежных моделях транзисторов (имеющихся в библиотеке Multisim 2001 Pro).

Схема усилителя в Multisim 2001 Pro.

7. Исследование характеристик УМЗЧ

1) На вход схемы подаем сигнал переменного напряжения с амплитудой 700мВ и частотой 1кГц.

На выходе получаем:

Расчет выходной мощности: Коэффициент усиления:

1)

; 11 ;

2)

;

3)

;

2) С нагрузки снимаем амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-частотную (ФЧХ) характеристики усилителя мощности , которые представлены на листе 2 формата А1.

Моделирование проводим в пределах от 20Гц до 20кГц.

3) С нагрузки снимаем графическую зависимость коэффициента нелинейных искажений, представлено на листе 2 формата А1.

Моделирование проводим в пределах от 20Гц до 20кГц.

4) К выходу подключаем прибор Distortion analyzer, задаем 18 разных значений частоты (от 20 Гц до 20 кГц) изменяя также частоту в приборе, через некоторое время (зависит от возможностей ПК) получаем значение коэффициента гармоник в процентах, по полученным значениям строим с помощью Microsoft Excel графики, представлено на листе 2 формата А1.

8. Нахождение рабочих точек транзисторов

Нахождение рабочих точек транзисторов подразумевает замеры для динамического (при подключенном генераторе на входе) и статического (без генератора на входе) режима работы схемы значений:

Uбэ и Uкэ – для получения Входных ВАХ;

Iб и Uкэ – для получения Выходных ВАХ;

Iк – для проверки.

Значения рабочих точек указанны в приложении!

9. Построение входных и выходных ВАХ транзисторов

Входные и выходные ВАХ получаем с помощью PSpise A/D (входящего в состав OrCAD 9.2).

Пример файла “Q2N2712.cir” при построении входной и выходной ВАХ транзистора 2N2712 в PSpise A/D. В моделях PNP меняем на NPN для лучшей наглядности.

Для построения входной ВАХ:

Для построения выходной ВАХ:

1) Создаем такой файл используя модель данного транзистора и полученные рабочие точки.

2) Открываем его с помощью PSpise A/D.

3) Выбираем:

4) Далее выбираем:

5) Затем полученную ВАХ копирум с помощью PrintScreen в Paint и выбираем обратить цвета для вывода на печать в светлом фоне.

6) Полученные рисунки используем при создании листа (входных и выходных ВАХ) - Лист 3 - в КОМПАС 5.11.

Заключение

В ходе выполнения данной работы был промоделирован усилитель мощности звуковой частоты с целью проверить соответствие полученных выходных параметров схемы с заданными техническими характеристиками, а также получить дополнительные сведения об этом устройстве, исходя из возможностей имеющегося в распоряжении ПО.

В результате было изучено ПО Multisim 2001 Pro. Также был отработан алгоритм моделирования схемы усилителя мощности звуковой частоты с малыми нелинейными искажениями.

В результате исследования усилителя мощности при помощи использования программных пакетов были получены его основные технические характеристики.

Таким образом, данный усилитель обладает хорошими техническими характеристиками, хорошо подходит к массовой сборке, так как требования по его настройке и разбросу параметров применяемых элементов небольшие.

По итогам сравнения приведённых характеристик, можно сделать вывод о том, что данный усилитель мощности обладает лучшими характеристиками при использовании созданных отечественных моделей транзисторов, чем при использовании их зарубежных аналогов.

Список используемой литературы

1. Зи С.М., «Физика полупроводниковых приборов», T.1, Москва, издательство «Мир», 1984.

2. Разевиг В.Д., «Применение программы P-CAD и PSPICE для схемотехнического моделирования на ПЭВМ», Выпуск 2, Москва, «Радио и связь», 1992.

3. Столяров А.А., Курс лекций по Микроэлектронике, КФ МГТУ, 2003.

4. Коссов О.А., «Усилители мощности на транзисторах», Москва, издательство «Энергия», 1964.

5. П. Хоровиц, У. Хилл, «Искусство схемотехники», Т.1, Москва, издательство «Мир», 1984.

6. Ежемесячный научно-популярный радиотехнический журнал «Радио». – М.: ДОСААФ СССР (задание на курсовой проект).

7. Полупроводниковые приборы, транзисторы. Справочник. под. ред. Горюнова Н.Н. – М.: Энергоатомиздат, 1985.