Многокаскадные усилители

ВОПРОС №1

УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

ЛЕКЦИЯ №21

Выходным каскадом супергетеродинного приемника является, как правило, усилитель звуковой частоты (УЗЧ). Нагрузкой УЗЧ является оконечное средство связи (ОСС) – громкоговоритель, акустические системы, головные телефоны, то есть элементы с не ярко выраженными резонансными свойствами. Главная задача УЗЧ – это обеспечение заданной мощности сигнала на выходе (от величины требуемой мощности зависит количество каскадов и принцип построения усилителя).

Назначение, классификация и основные характеристики предварительных и оконечных каскадов усиления

Определение. Усилитель звуковой частоты (УЗЧ) – электронный усилитель сигналов звуковой частоты, предназначенный для усиления сигналов в полосе частот, воспринимаемых человеком на слух (приблизительно от 20 Гц до 20 кГц).

УЗЧ являются составной частью любого радиовещательного и профессионального приемника, а также широко применяются как самостоятельные устройства в командно-трансляционных установках и другой аппаратуре.

Нагрузкой УЗЧ является резистор или трансформатор, которые не имеют ярко выраженных резонансных свойств и поэтому УЗЧ считаются апериодическими усилителями. Следует отметить, что в зависимости от вида усиливаемых сигналов к апериодическим усилителям, кроме УЗЧ, относятся также видеоусилители и УПТ.

Классификация УЗЧ:

1. По назначению:

– усилители напряжения,

– усилители мощности.

2) По виду нагрузки:

– резисторные,

– трансформаторные,

– дроссельные (в приемниках практически не применяются).

3) По характеру усиливаемых сигналов:

– усилители непрерывных сигналов,

– усилители импульсных сигналов (в радиоприемниках РЛС).

Как правило, УЗЧ является многокаскадным усилителем. Структурная схема УЗЧ имеет вид, представленный на рисунке 21.1.

U_ВХ U_ВЫХ

1 2 n к ОСС

Предварительные Оконечные

каскады каскады

Рис.21.1. Структурная схема УЗЧ

Предварительные каскады предназначены для усиления амплитуды входного сигнала до величины, необходимой для нормальной работы усилителя мощности (предварительные каскады являются усилителями напряжения). Оконечные каскады (усилители мощности) предназначены для обеспечения на выходе УЗЧ необходимой мощности сигнала при допустимых частотных и нелинейных искажениях.

Основные характеристики УЗЧ:

1. Коэффициент усиления характеризует усилительные свойства УЗЧ. Может быть по напряжению и по мощности

Кu = U_ВЫХ / U_ВХ ; Кр = Р_ВЫХ / Р_ВХ.

2. Выходная мощность УЗЧ

Р_ВЫХ = U_ВЫХ² / 2R_Н,

где R_Н – сопротивление полезной нагрузки.

УЗЧ характеризуется номинальной выходной мощностью Р_НОМ –наибольшим значением мощности, отдаваемой в нагрузку, при которой искажения сигнала не превышают заданной величины (Р_НОМ радиоприемников обычно не более 2–3 Вт).

3. Коэффициент полезного действия позволяет оценить экономичность УЗЧ

h = (Р_ВЫХ / Р_ПОТР)´ 100%,

где Р_ВЫХ – полезная мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку;

Р_ПОТР – суммарная мощность, потребляемая усилителем от источника питания.

4. Искажения усиливаемых сигналов определяют качество усиления сигнала. Различаются линейные (частотные, фазовые и переходные) и нелинейные искажения.

Линейные искажения обусловлены влиянием реактивных элементов усилителя (емкости, индуктивности), а нелинейные искажения возникают в результате нелинейности характеристик усилительных элементов и характеристик намагничивания сердечников трансформаторов. Для оценки нелинейных искажений используются АЧХ и ФЧХ, а количественная оценка нелинейных искажений производится с помощью коэффициента гармоник (подробно описано в лекции №2 по разделу №1 дисциплины «Основы схемотехники»).

5. Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания усилителя) – полоса частот, на границах которой коэффициент усиления напряжения (тока) усилителя уменьшается по отношению к наибольшей величине в установленное число раз.

Нижняя граничная частота (f_Н) – минимальная частота полосы пропускания усилителя. Верхняя граничная частота (f_Н) – максимальная частота полосы пропускания усилителя. Так, например, в усилителях, используемых в телефонии, диапазон частот от f_Н=300Гц до f_В=3400Гц (стандартный телефонный канал).

6. Динамический диапазон усилителя – отношение максимальной амплитуды входного сигнала усилителя, при которой искажения сигнала достигают предельно допустимого значения, к минимальному сигналу.

В УЗЧ современных радиоприемниках в последнее время все чаще применяются микросхемы. Использование их позволяет не только уменьшить размеры, массу и потребляемую мощность, но также повысить надежность работы приемника и улучшить его параметры. Основная сложность широкого применения микросхем в УЗЧ состоит в невозможности реализовать в интегральном исполнении трансформаторы и радиаторы охлаждения транзисторов оконечных каскадов. Поэтому на микросхемах выполняются, как правило, предварительные каскады УЗЧ.

Выводы по 1-му вопросу:

1. УЗЧ является усилителем, нагрузка которого не обладает ярко выраженными свойствами, то есть УЗЧ – это апериодический усилитель (резистивно-емкостной).

2. УЗЧ в профессиональной аппаратуре, как правило, многокаскадный усилитель, у которого предварительные усилители являются усилителями напряжения, оконечные – усилителями мощности.