Анализ технического задания

УМЗЧ для автомобильного радиокомплекса

Техническое задание

Необходимо смоделировать усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) с целью проверить соответствие его характеристик техническим требованиям, предъявляемым к данному типу устройств, а также получить, по возможности, дополнительные сведения об этом устройстве.

Основные технические характеристики усилителя

Номинальный диапазон частот, Гц 20...20000

Номинальная выходная мощность, Вт, при напряжении питания 13,2В,

и сопротивлении нагрузки, Ом

8 4

4 6

Коэффициент гармоник, %, не более, при номинальной выходной мощности, на частоте, Гц:

20 0,055

1000 0,05

10000 0,055

20000 0,08

Входное сопротивление, кОм 47

Cкорость нарастания выходного напряжения, В/мкс, не менее 3

Отношение сигнал/шум (невзвешенное), дБ 80

Отношение сигнал/фон, дБ 70

Ток покоя, мА, при напряжении источника питания, 13,2B 50

Коэффициент полезного действия при номинальной выходной
мощности, % 47

Основная часть

Анализ технического задания

Усилители звуковой частоты наиболее широко применяются для усиления сигналов, несущих звуковую информацию. 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. Усилитель мощности должен отдавать в цепь нагрузки (потребителя) заданную мощность электрических колебаний. Его нагрузкой могут являться излучатели звука: акустические системы (колонки).

Цель исследований – определение схемотехнического решения усилителя ЗЧ, позволяющего получить наилучшие технические характеристики при наименьшем числе деталей, небольшой трудоемкости изготовления и простоте настройки.

Как выяснилось, полнее всего этим требованиям удовлетворяет усилитель мощности на базе “параллельного” усилителя. Однако двуполярное питание и относительно большой уровень нелинейных искажений вследствие использования диодного коммутатора не позволили воспользоваться этой оригинальной схемой применительно к автомобильной радиоаппаратуре с низковольтным питанием. Поэтому была проведена соответствующая доработка данного усилителя, в результате которой удалось создать УМЗЧ, питающийся от однополярного низковольтного источника и обладающий высокой линейностью.

Работоспособность усилителя сохраняется при изменении напряжения источника питания от 6 до 16В и колебаниях температуры окружающей среды от –40 до +60 ^оС.

Принципиальная схема усилителя приведена в приложении 1. Он состоит из фазоинверторного каскада на транзисторе VT1 и двухканального усилителя мощности на ОУ DA1,DA2 и транзисторах VT3,VT5,VT7,VT8 и VT4,VT6,VT9,VT10, включенных по мостовой схеме. Входной сигнал поступает на инвертирующие входы ОУ, неинвертирующие же входы подключены к делителю напряжения, образованному переменным резистором R8, в результате чего мост оказывается сбалансированным по постоянному току в широком диапазоне напряжений источника питания. В среднем положении движка резистора R8 постоянное напряжение на эмиттерах транзисторов VT7,VT8,VT9 и VT10 примерно равно половине напряжения источника питания.

Идентичность каналов УМЗЧ, а также наличие возможности регулирования напряжения смещения на выходе ОУ DA2 резистором R14, позволили ограничить постоянное напряжение на выходе усилителя очень небольшой величиной (единицы милливольт), которое к тому же практически не меняется в широком диапазоне температуры окружающей среды и питающего напряжения. Включенный в цепь ООС R15C7R9C3 подстроечный резистор R13 обеспечивает возможность установки одинаковых уровней противофазных напряжений на выходах каналов и получение максимально возможной при данном напряжении питания выходной мощности УМЗЧ.

Отсутствие в усилителе разделительных электролитических конденсаторов большой емкости исключает перегрузку громкоговорителя, вследствие переходных процессов в момент включения и выключения питания, а также подключения к аккумулятору мощных потребителей электроэнергии (стартера, указателей поворотов, электродвигателя вентилятора системы охлаждения) в случае эксплуатации конструкции в работающем автомобиле.