Высокодобротный полосовой фильтр с усилителем мощности

Идеальная и реальная амплитудно-частотные характеристики полосно-пропускающего фильтра, его схемотехника и применение. Усилитель мощности по схеме Агеева. Синтез схемы полосового фильтра с УМ. Зависимость относительного падения напряжения от мощности.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

32

Министерство образования и науки Украины

Черниговский государственный технологический университет

Кафедра промышленной электроники

Курсовая работа

по дисциплине Аналоговая схемотехника

на тему: Высокодобротный полосовой фильтр с усилителем мощности

Чернигов 2010

Лист цели и задания

Целью данного курсового проекта является проектирование законченного устройства в соответствии с заданием курсового проекта, а также получение навыков по расчёту и синтезу аналоговых схем, созданию чертежа электрической принципиальной схемы и макета устройства либо же его модели в одной из сред моделирования электронных схем.

Задание

Спроектировать высокодобротный полосовой фильтр (ПФ) с УМ.

Параметры устройства:

1. Тип амплитудной характ. линейная

2. Частота резонанса (Гц) 15000

3. Добротность 33

4. Сопротивление нагрузки (Ом) 8

5. Мощность нагрузки (Вт) 20

6. Коэф. гармоник 0,1

7. Входное напряжение (мВ) 1

8. Входное сопротивление (кОм) 1000

9. Отношение Сигн./Шум. (дБ) 50

10. Полоса пропускания УМ (Гц) 20-20000

11. Напряжение питаний (В) ~400 Гц 36 В

Введение

Полосовые фильтры

Полосно-пропускающий фильтр представляет собой устройство, которое пропускает сигналы в диапазоне частот с шириной полосы BW, расположенной приблизительно вокруг центральной частоты щ0. На рисунке 1.1.1 изображены реальная и идеальная амплитудно-частотные характеристики. В реальной характеристике частоты щL и щU представляют собой нижнюю и верхнюю частоты среза и определяют полосу пропускания и её ширину.

Рисунок 1.1.1 - Идеальная и реальная амплитудно-частотные характеристики полосно-пропускающего фильтра.

В полосе пропускания амплитудно-частотная характеристика никогда не превышает некоторого определённого значения, например А1 на рисунке 1.1.1. Существуют так же две полосы задерживания 0 ? щ ? щ1 и щ ? щ2, где значение АЧХ никогда не превышает заранее выбранного значения, скажем, А2. Диапазоны частот между полосами задержки и полосой пропускания образуют нижнюю и верхнюю переходные области, в которых характеристика является монотонной.

Отношение Q = щ0/BW характеризует качество самого фильтра и является мерой его избирательности. Высокому значению Q соответствует относительно узкая, а низкому значению Q - относительно широкая полосы пропускания. Коэффициент усиления фильтра К определяется как значение его АЧХ на центральной частоте; таким образом, K = |H(jщ0)|. [1]

Существует множество полосно-пропускающих фильтров.

Усилители мощности

Усилитель звуковых частот (УЗЧ), усилитель низких частот (УНЧ), усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) -- прибор (электронный усилитель) для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 16 до 20 000 Гц, в специальных случаях -- до 200 кГц). Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств -- телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.

Схемотехника и применение

Усилители низкой частоты наиболее широко применяются для усиления сигналов, несущих звуковую информацию, в этих случаях они называются, также, усилителями звуковой частоты, кроме этого УНЧ используются для усиления информационного сигнала в различных сферах: измерительной технике и дефектоскопии; автоматике, телемеханике и аналоговой вычислительной технике; в других отраслях электроники. 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.

Классификация

По типу обработки входного сигнала и схеме построения выходного каскада усилителя:

класс «A» -- аналоговая обработка сигнала, линейный режим работы усилительного элемента

класс «AB» -- аналоговая обработка сигнала, режим работы с большим углом отсечки (>90°)

класс «B» -- аналоговая обработка сигнала, режим работы с углом отсечки равным 90°

класс «C» -- аналоговая обработка сигнала, режим работы с малым углом отсечки (<90°)

класс «D» -- аналоговая обработка сигнала, усилительный элемент работает в ключевом режиме, скважность импульсов изменяется в соответствии с текущим значением входного сигнала линейно, не имея дискретных значений, применяется широтно-импульсная модуляция, усилительный элемент работает в ключевом режиме

класс «T» -- аналоговая обработка сигнала, усилительный элемент работает в ключевом режиме, скважность и частота изменяются в соответствии с текущим значением входного аналогового сигнала линейно, не имея дискретных значений, применяется широтно-импульсная модуляция с изменением частоты и скважности импульсов

класс ? - цифровая обработка сигнала, усилительный элемент работает в ключевом режиме, скважность и/или частота изменяются дискретно в соответствии с текущим значением входного двоичного кода. Данный класс допускает возможность организации сквозного цифрового тракта, полностью исключающего искажения, от источника цифрового звукового сигнала (Audio-CD, DVD и др.), а также цифровой компенсации искажений, возникающих в выходном каскаде при работе на комплексную нагрузку акустической системы, а также цифровой компенсации искажений, возникающих в самой акустической системе. Применяется в новейших перспективных системах высокой верности воспроизведения с высоким КПД и, в основном, высокой мощности.

класс ? - цифровая обработка сигнала, усилительный элемент работает в линейном режиме (класс A, AB, B), выходные ток и напряжение изменяются дискретно в соответствии с текущим значением входного двоичного кода. Данный класс допускает возможность организации сквозного цифрового тракта, полностью исключающего искажения, от источника цифрового звукового сигнала (Audio-CD, DVD и др.), а также цифровой компенсации искажений, возникающих в выходном каскаде при работе на комплексную нагрузку акустической системы, а также цифровой компенсации искажений, возникающих в самой акустической системе. Применяется в новейших перспективных системах высокой верности воспроизведения, в основном небольшой мощности (до десятков Ватт) из-за невысокого КПД.

По типу применения в конструкции усилителя активных элементов:

ламповые -- на электронных, электровакуумных лампах. Составляли основу всего парка УНЧ до 70-х годов. В 60-х годах выпускались ламповые усилители очень большой мощности (до десятков киловатт). В настоящее время используются в качестве инструментальных усилителей, а также до сих пор в качестве звуковоспроизводящих. По сравнению с другими типами усилителей ламповые УЗЧ, как правило, имеют повышенный уровень нелинейных искажений и невысокие эксплуатационные характеристики.

транзисторные -- на биполярных или полевых транзисторах. Такая конструкция оконечного каскада усилителя является достаточно популярной, благодаря своей простоте и возможности достижения большой выходной мощности, хотя в последнее время активно вытесняется интегральными даже в мощных усилителях.

интегральные -- на интегральных микросхемах (ИМС). Существуют микросхемы, содержащие на одном кристалле как предварительные усилители, так и оконечные усилители мощности, построенные по различным схемам и работающие в различных классах. Из преимуществ - минимальное количество элементов и, соответственно, малые габариты.

гибридные -- часть каскадов собрана на полупроводниковых элементах, а часть на электронных лампах. Иногда гибридными также называют усилители, которые частично собраны на интегральных микросхемах, а частично на транзисторах или электронных лампах.

По виду согласования выходного каскада усилителя с нагрузкой:

трансформаторные -- в основном такая схема согласования применяется в ламповых усилителях. Обусловлено это необходимостью согласования большого выходного сопротивления лампы с малым сопротивлением нагрузки. Транзисторные усилители высокого класса также имеют трансформаторное согласование с нагрузкой.

бестрансформаторные -- наиболее распространенная схема согласования для транзисторных и интегральных усилителей, т.к. транзисторный каскад имеет малое выходное сопротивление, хорошо согласу...