Усилитель мощности класса А КУРСАЧ (стр. 1 из 3)

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ

КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ И БИОМЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по теме:

«Усилитель мощности класса А»

Киев 2006

Содержание

1. Техническое задание 3

2. Введение 4

3. Варианты реализации 8

3.1. Выходной каскад с трансформаторной связью 8

3.2. Самобалансный двухтактный выходной каскад

в режиме класса А 9

3.3. Усилитель мощности на МДП-транзисторе 11

3.4. Усилитель мощности на основе ОУ 12

4. Расчет параметров 14

5. Моделирование 16

5.1. Cir-скрипт 16

5.2. Результаты моделирования 19

6. Результаты испытания 20

7. Выводы 21

Список литературы 22

Приложение 1. Усилитель мощности класса А. Схема

электрическая принципиальная.

Перечень элементов

1. Техническое задание

Разработать схему модуля «Усилитель мощности класса А» для проведения лабораторных работ.

Технические параметры усилителя:

1. Амплитуда напряжения на входе до 1 В

2. Форма сигнала синусоидальная

3. Сопротивление нагрузки 16 Ом

4. Напряжение питания схемы ±4 В Модуль должен быть совместим со стендом для проведения лабораторных работ.

2. Введение

Режимы работы усилительных элементов. В зависимости от назначения усилителей к ним могут быть предъявлены следующие требования: получение заданного коэффициента усиления усилителя с определенной его частотно-фазовой характеристикой; заданных входного и выходного сопротивлений; заданной стабильности параметров усилителя и заданных нелинейных искажений, а также возможно максимального КПД усилителя.

Заданные характеристики усилителя обеспечиваются выбором соответствующих схем, числом каскадов усилителя, введением обратных связей и т.д.; КПД усилителя зависит от режима работы усилительных элементов, особенно в оконечном каскаде.

Различают следующие режимы работы усилительных элементов:

Режим А. В этом режиме точку покоя усилительного элемента выбирают таким образом, чтобы выходной ток протекал в течение всего периода, т.е. точка покоя должна находиться в середине используемой рабочей характеристики (рис. 1,а). Режим А характеризуется сравнительно небольшими нелинейными искажениями, однако КПД усилителя довольно низкий, так как независимо от амплитуды входного, а следовательно, и выходного сигнала, в выходной цепи протекает постоянный ток

, амплитудное значение которого . При активной нагрузке, включенной непосредственно в выходную цепь, амплитудное значение выходного напряжения оказывается несколько меньше постоянной составляющей , т.е. . Тогда КПД каскада

При активной нагрузке, включенной через трансформатор, и КПД каскада . Таким образом, КПД каскада в режиме А составляет около 20% при непосредственном включении нагрузки и около 40% при включении нагрузки через трансформатор. Режим А используют в однотактных схемах, где он является единственно возможным, за исключением случая, когда нагрузкой служит колебательный контур.

Режим В. При работе в режиме В усилительный элемент работает с отсечкой выходного тока, где ток в выходной цепи протекает в течение половины периода (рис. 1,б). При разложении в ряд такого тока имеем

Режим работы усилителя с отсечкой характеризуется углом отсечки 0, равным половине длительности импульса в угловом исчислении. При работе в режиме В угол отсечки

Среднее значение коллекторного тока определяется как площадь импульса выходного тока за период, т.е.

,

амплитуда первой гармоники

.

Следовательно, КПД каскада

и в пределе составляет

. В энергетическом отношении режим В намного выгоднее режима А, так как в отсутствие входного сигнала (в паузе) потребляемый ток оконечного каскада равен нулю. Режим В характеризуется значительными нелинейными искажениями за счет появления гармоник четного порядка, поэтому его применяют в двухтактных каскадах, где усилительные элементы работают поочередно. Применение двухтактных каскадов, работающих в режиме В, позволяет получить достаточно хорошую форму выходного напряжения за счет уничтожения четных гармоник в выходном напряжении.

Если угол отсечки превышает

, то такой режим работы называется АВ. Режим АВ занимает промежуточное положение между режимом А и В и позволяет получить меньшие нелинейные искажения, чем в режиме В. В режиме АВ КПД составляет около 50... 60%.

Режим С. При работе в режиме С угол отсечки

, что обеспечивается определенным смещением, подаваемым на входной электрод усилительного элемента (рис. 1,в). Преимущество режима С — большой КПД, так как амплитуда первой гармоники больше среднего значения тока. Режим С применяется в мощных генераторных устройствах и усилителях, где нагрузкой является колебательный контур, который выделяет основную гармонику.

Режим Д. Режим используют в усилителях однополярных импульсов, где усилительный элемент находится в двух состояниях — открытом и закрытом. При открытом состоянии усилительного элемента ток в выходной цепи максимальный, падение напряжения на усилительном элементе минимальное и близко к нулю. При использовании режима Д для усиления многочастотного сигнала с изменяющейся амплитудой необходимо напряжение сигнала преобразовать в импульсы прямоугольной формы одинаковой амплитуды, длительность которых пропорциональна напряжению преобразованного сигнала. Схемы преобразователей достаточно сложны и сами потребляют дополнительную мощность от

источников питания. Поэтому режим Д для усиления аналоговых сигналов используют очень редко.

Рис.1. Схемы работы усилительных элементов в различных режимах: А (а), В (б) и С (в).

Для реализации модуля усилителя мощности класса А могут быть использованы несколько схем.

3. Варианты реализации

3.1. Выходной каскад с трансформаторной связью

Усилитель (рис.2) с трансформаторной связью, работающий в режиме класса А, используется в тех случаях, когда требуется большое усиление по мощности. Входной трансформатор служит для согласования с высоким выходным сопротивлением предоконечного каскада (транзисторного или лампового). Выходной трансформатор может быть

автотрансформатором для согласования с сопротивлением звуковой катушки.

Рис.2. Усилитель с трансформаторной связью.

Температурная стабилизация достигается с помощью термистора, который создает компенсирующее смещение на базе. Последовательная эмиттерная отрицательная обратная связь не применяется для температурной компенсации, так как эмиттерное сопротивление снизило бы постоянную составляющую напряжения коллектор-эмиттер, что, в свою очередь, уменьшит усиление мощности.

Поскольку входные характеристики статистически меняются от транзистора к транзистору, то для регулировки смещения транзистора последовательно с R₃ необходимо включать переменное сопротивление R₂. Для обеспечения желаемого изменения смещения с изменением температуры параллельно термосопротивлению включено выравнивающее сопротивление R₁.

В усилителях класса А рассеяние превышает максимальную выходную мощность более чем в два раза. Если усилитель предназначен для

удовлетворительной работы при высоких температурах, необходимо предусмотреть хороший теплоотвод.