Усилитель звуковых частот

Муниципальное образовательное учреждение «Гимназия №5»

города Рязани

Реферат по физике

на тему: «Усилитель звуковых частот»

 

Рязань, 2010 г.

План

 

Введение

1.  Классификация и основные параметры усилителя

2.  Принцип построения каскада усиления

3.  Усилители на лампах

4.  Усилители на транзисторах

5.  Интегральные усилители

6.  Экспериментальное изготовление усилителя

Заключение

Список литературы

Введение

Усилитель звуковых частот (УЗЧ), усилитель низких частот (УНЧ) или усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) — прибор для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 16 до 20 000 Гц). Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств — телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.

Усилитель звуковых частот обычно состоит из предварительного усилителя и усилителя мощности (УМ). Предварительный усилитель предназначен для повышения мощности и напряжения и доведения их до величин, нужных для работы оконечного усилителя мощности, зачастую включает в себя регуляторы громкости, тембра или эквалайзер, иногда может быть конструктивно выполнен как отдельное устройство. Усилитель мощности должен отдавать в цепь нагрузки (потребителя) заданную мощность электрических колебаний. Его нагрузкой могут являться излучатели звука: акустические системы (колонки), наушники (головные телефоны); радиотрансляционная сеть или модулятор радиопередатчика. Усилитель низких частот является неотъемлемой частью всей звуковоспроизводящей, звукозаписывающей и радиотранслирующей аппаратуры.

Цель исследования темы: изучить работу усилителя звуковых частот.

Задачи:

1.  Рассмотреть классификацию и основные параметры усилителя

2.  Рассмотреть принцип построения каскада усиления

3.  Рассмотреть структурные схемы лампового усилителя

4.  Рассмотреть структурные схемы усилителя на биполярных транзисторах

5.  Рассмотреть структурные схемы интегрального усилителя

6.  Описать изготовление УНЧ на своей практике

Актуальность темы: В нашем современном мире усилитель звуковой частоты можно встретить во всей современной и даже несовременной технике: в телевизорах, музыкальных центрах, радиоприёмниках, радиопередатчиках, радиотрансляционных сетях, телефонах, мобильных телефонах, автомагнитолах и т. д. Я всегда интересовался техникой и электроникой. Будучи маленьким, всегда играл с настоящей техникой и иногда ее ломал, а когда немного повзрослел вместе с папой стал пытаться технику ремонтировать. Недавно у меня возникла идея собрать усилитель звуковой частоты. Предмет физики мне помог разобраться в некоторых терминах по сбору УЗЧ. Для более глубокого исследования усилителя звуковой частоты я сам собрал такой усилитель звуковой частоты на интегральной микросхеме TDA2003(К174УН14). Поэтому для меня выбранная тема оказалась актуальной и интересной.

1. Классификация и основные параметры

При обработке сигналов информации в большинстве случаев необходимо их предварительное усиление. Для этих целей используют усилители, назначение которых — усиление в определенное число раз соответственно напряжения, тока и мощности сигнала. Такая классификация усилителей условна, так как все они в конечном счете усиливают мощность сигнала.

Усилительные свойства усилителя характеризуются коэффициентами усиления напряжения , тока , и мощности , показывающими, во сколько раз значение выходного параметра увеличилось в результате усиления по сравнению со значением входного:

; ; ,

где , ,  и , ,  - параметры входного и выходного сигналов.

В зависимости от диапазона усиливаемых частот различают усилители:

ü  звуковой частоты номинальный диапазон частот усиливаемых сигналов 16 Гц ‑ 20 кГц;

ü  широкополосные (видеоусилители) — диапазон усиливаемых сигналов от звуковых частот до частот, составляющих сотни мегагерц (видеоусилители телевизионных приемников должны усиливать сигналы в диапазоне 25 Гц ‑ 6,5 МГц);

ü  полосовые (резонансные) усиливают сигналы в ограниченной полосе радиочастот;

ü  постоянного тока — усиливают сигналы от  (постоянный ток) до некоторой предельной частоты.

В рабочем диапазоне частот всех без исключения усилителей наблюдается неравномерность усиления; при этом нарушается частотный состав входного сигнала - он искажается. Для анализа этих искажений, называемых частотными, используют амплитудно-частотную характеристику АЧХ усилителя, выражающую зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала.

Полоса пропускаемых частот (полоса пропускания) — диапазон частот, в пределах которого усилитель при неизменной настройке обеспечивает заданную величину коэффициента усиления . На рис. 1 приведена идеальная частотная характеристика усилителя. Она имеет форму прямоугольника с основанием, равным полосе пропускания. Вследствие того, что в усилителе есть реактивные сопротивления, частотная характеристика оказывается неравномерной и при проектировании усилителя необходимо обеспечить минимальное изменение величины  в пределах заданной полосы пропускания.

Избирательность — способность усилителя усиливать сигналы определенной полосы частот и не пропускать на выход сигналы других частот. Прямоугольная «форма частотной характеристики обеспечивает идеальную избирательность усилителя, так как сигналы, частоты которых лежат вне пределов полосы пропускания, совершенно не усиливаются.

	Рис.1 Идеальная частотная характеристика усилителя.		Рис.2 Реальная частотная характеристика усилителя.

В действительности, частотная характеристика может, например, иметь вид, показанный на рис. 2. Избирательность количественно выражается отношением коэффициента усиления на какой-либо частоте, лежащей на границах или за пределами полосы пропускания, к коэффициенту усиления на опорной частоте, которая обычно выбирается в середине полосы пропускания.

На частотной характеристике»(рис. 2) опорной частотой является , поэтому при расстройке  избирательность такого усилителя

Качественным показателем усилителей звуковых частот являются нелинейные искажения искажение формы сигнала в процессе усиления. Причиной нелинейных искажений является, главным образом, нелинейность вольт-амперных характеристик усилительных элементов (ламп, транзисторов), а также неправильно выбранные режимы их работы. В результате нелинейных искажений при усилении чисто синусоидального сигнала в выходном сигнале появляются дополнительные гармонические составляющие, т. е. изменяется гармонический состав входного сигнала. Этот вид искажений оценивают коэффициентом нелинейных искажений.

Выходная мощность и коэффициент полезного действия. Эти параметры характерны для усилителей мощности.

Мощность на выходе усилителя

Где  и  — действующие значения напряжения и тока на нагрузочном сопротивлении .

Промышленный к. п. д. усилителя

где  — полная мощность, потребляемая усилителем от всех источников питания.

Основными параметрами усилителей являются:

ü  номинальная выходная мощность — максимальная мощность на выходе, при которой нелинейные искажения не превышают допустимого уровня;

ü  чувствительность — минимальное напряжение на входе, при котором на выходе обеспечивается номинальная мощность;

ü  динамический диапазон — отношение максимальной амплитуды входного сигнала, при которой его искажения имеют предельно допустимое значение, к чувствительности усилителя;

ü  коэффициент полезного действия — отношение полезной мощности на выходе усилителя к мощности, потребляемой им от источника питания;

ü  входное сопротивление  характеризующее усилитель как нагрузку для источника входного сигнала; условием передачи максимальной мощности на вход усилителя от источника сигнала является равенство внутреннего сопротивления источника входного сигнала  и входного сопротивления ;

ü  выходное сопротивление , характеризующее нагрузочную способность усилителя; условием передачи усилителем максимальной мощности в нагрузку является равенство выходного сопротивления  и сопротивления нагрузки .