Расчет усилителя на дискретных элементах

Усилители электрических сигналов – это электронные устройства, предназначенные для усиления или повышения мощности входных сигналов за счет энергии источника питания. По характеру изменения сигнала во времени усилители бывают постоянного и переменного тока. Усилители постоянного тока усиливают сигналы в полосе частот, начиная с нулевой частоты. Усилители переменного тока подразделяются на усилители низкой и высокой частоты.
Усилители низкой частоты (УНЧ) предназначены для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный спектр которых лежит в пределах от десятков герц до десятков килогерц. Современные УНЧ выполняются преимущественно на биполярных и полевых транзисторах в дискретном или интегральном исполнении.
Назначение УНЧ в конечном итоге состоит в получении на заданном сопротивлении оконечного нагрузочного устройства требуемой мощности усиливаемого сигнала.
В качестве источника входного сигнала УНЧ могут использоваться различные устройства, такие как микрофон, звукосниматель, фотоэлемент, термопара, детектор и т.д. Типы нагрузок также весьма разнообразны. Ими могут быть громкоговоритель, измерительный прибор, записывающая головка и т.д.
Характерной особенностью современных электронных усилителей является большое разнообразие схематических решений, благодаря которым они могут быть реализованы в современной технике. Среди этого многообразия можно выделить наиболее типичные схемы, которые содержат цепи и элементы, чаще всего встречающиеся в усилительных устройствах независимо от их функционального назначения.
Основным количественным параметром усилителя является коэффициент усиления. В зависимости от функционального назначения усилителя различают коэффициенты усиления по напряжению КU, по току KI или мощности KP.
Коэффициенты усиления часто выражаются в логарифмических единицах – децибелах.
Усилитель может состоять из одного или нескольких каскадов. Для многокаскадных усилителей его коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных его каскадов: К = К1 · К2·…. ·Кп.
Транзистор можно включить в усилительный каскад тремя способами: по схеме с общей базой, по схеме с общим эмиттером и по схеме с общим коллектором.
Усилительный каскад, собранный по схеме с общей базой (ОБ), обладает малым входным сопротивлением и большим выходным сопротивлением. Низкое входное сопротивление каскада с ОБ, является его существенным недостатком. Между такими каскадами следует включать специальные согласующие устройства, что ограничивает применение данной схемы в усилительных устройствах.
Особенностью схемы с общим эмиттером является то, что входным током в ней выступает малый по величине ток базы. Поэтому входное сопротивление каскада с общим эмиттером выше, чем входное сопротивление каскада с ОБ. Выходное сопротивление в схеме с общим эмиттером также достаточно велико. Это позволяет в многокаскадном усилителе обойтись без специальных согласующих устройств между каскадами. Поэтому схема с общим эмиттером является наиболее распространенной.
Входное сопротивление схемы с общим коллектором очень велико, а выходное, наоборот, мало и составляет лишь десятки или сотни Ом. Поэтому каскад с общим коллектором не дает усиления сигнала по напряжению и имеет сравнительно небольшой коэффициент усиления по мощности. Каскад с общим коллектором применяется в основном для согласования сопротивлений между отдельными каскадами усилителя.
Выходные каскады усилителей строятся по однотактной или двухтактной схемам, существенно отличающимися друг от друга. Двухтактный каскад отдает вдвое большую мощность, чем однотактный, имеет трансформатор без постоянного подмагничивания и допускает в несколько раз большую пульсацию источника питания. Кроме того, двухтактный каскад характеризуется более высоким КПД.
Трансформаторные выходные каскады применяются, если сопротивление нагрузки усилителя значительно отличается от наиболее выгодного сопротивления нагрузки выходного каскада. В этом случае достигается максимальный КПД при допустимых линейных искажениях.
В тех случаях, когда заданный коэффициент усиления или другие параметры невозможно получить на одном каскаде применяется многокаскадные схемы. Число каскадов усилителя выбирается в зависимости от величины входного сигнала, выходного и необходимого коэффициента усиления.
На основе проведенного анализа выбираем трехкаскадный усилитель. Первый каскад – эмиттерный повторитель, второй , третий – однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером, что позволяет достичь необходимого коэффициента усиления, используя при этом возможное наименьшее количество радиоэлементов, что снизит стоимость изделия и уменьшит вероятность выхода его из строя.
В настоящем курсовом проекте будет разработана схема усилителя низкой частоты на дискретных элементах.