Монтаж усилительных устройств реферат

Обновлено: 30.06.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Основные показатели работы усилителей

Классификация усилителей

Электронным усилителем называется устройство, позволяющее преобразовывать входные электрические сигналы в сигналы большей мощности на выходе без существенного искажения их формы. Эффект увеличения мощности возможен при наличии в устройстве некоторого внешнего источника, энергия которого используется для создания повышенной мощности на выходе. Этот источник энергии, преобразуемой усилителем в энергию усиленных сигналов, называется источником питания.

Энергия источника питания преобразуется в энергию полезного сигнала при помощи усилительных, или активных элементов. Устройство, являющееся потребителем усиленных сигналов, называют нагрузкой усилителя, а цепь усилителя, к которой нагрузка подключена, – выходной цепью, или выходом усилителя. Источник входного сигнала, который нужно усилить, называется источником сигнала, или входным источником или генератором, а цепь усилителя, в которую вводят входной сигнал, называется входной цепью, или входом усилителя.

Любой усилитель модулирует энергию источника питания входным управляющим сигналом. Этот процесс осуществляется при помощи управляемого нелинейного элемента.

Обобщенная структурная схема усилительного устройства приведена на рисунке 3.1. Для обеспечения усиления сигнала усилитель (У), последовательно с которым соединен источник питания Еп, должен включать в себя нелинейный элемент, управляемый входным электрическим сигналом U1. К входной (управляющей) цепи усилителя подключен источник ЕС усиливаемого сигнала (при этом Zc – комплексное значение внутреннего сопротивления источника), а к выходной – нагрузочное устройство с сопротивлением Zн.

Рисунок 3.1. Обобщенная структурная схема усилительного устройства

Обычно, в первом приближении, сопротивления считают активными, учитывая их комплексность только при рассмотрении специфических вопросов.

Усилительные устройства находят очень широкое применение. Они являются основными узлами различной электронной аппаратуры, широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, в следящих, управляющих и регулирующих системах, счетно-решающих и вычислительных машинах, контрольно-измерительных приборах и т.п.

Деление усилителей на типы обычно осуществляют по назначению усилителя, характеру входного сигнала, полосе и абсолютному значению усиливаемых частот, виду используемых активных элементов.

По своему назначению усилители условно делятся на усилители напряжения, усилители тока и усилители мощности. Если основное требование – усиление входного напряжения до необходимого значения, то такой усилитель относят к усилителям напряжения. Если основное требование – усиление входного тока до нужного уровня, то такой усилитель относят к усилителям тока. Следует отметить, что в усилителях напряжения и усилителях тока одновременно происходит усиление мощности сигнала (иначе вместо усилителя достаточно было бы применить трансформатор). В усилителях мощности в отличие от усилителей напряжения и тока требуется обеспечить в нагрузке заданный или максимально возможный уровень мощности сигнала. Ниже будут приведены необходимые соотношения, характеризующие усиление напряжения, тока и мощности.

В зависимости от характера входного сигнала различают усилители гармонических (непрерывных) сигналов и усилители импульсных сигналов. К первой группе относятся устройства для усиления непрерывных электрических сигналов, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее всех нестационарных процессов в цепях усилителя. Ко второй группе усилителей относятся устройства для усиления электрических импульсов различной формы и амплитуды с допустимыми искажениями их формы. В этих усилителях входной сигнал изменяется настолько быстро, что процесс установления колебаний является определяющим при нахождении формы выходного сигнала. В пределах данного курса мы будем изучать усилители гармонических сигналов.

Полоса и абсолютные значения усиливаемых частот позволяют разделить усилители на следующие типы.

Усилители постоянного тока (УПТ) (точнее, усилители медленно меняющихся напряжений и токов) предназначены для усиления электрических колебаний в пределах от низшей частоты fн, равной нулю, до верхней рабочей частоты fв усилителя, составляющей нередко десятки и сотни килогерц. Эти усилители широко применяются в измерительной аппаратуре, устройствах автоматики и вычислительной техники. Они позволяют усиливать как переменные составляющие сигнала, так и его постоянную составляющую.

Усилители переменного тока предназначены для усиления лишь переменных составляющих входного сигнала. В зависимости от граничных значений рабочего диапазона частот усилители переменного тока могут быть низкой и высокой частоты. Для усилителей низкой частоты (УНЧ) справедливо неравенство fв – fн >> fн. Частотный спектр (УНЧ) лежит в пределах от десятков герц до десятков (сотен) килогерц. В усилителях высокой частоты усиление сигнала осуществляется в диапазоне частот, определяемых неравенством fв – fн 1000. Эти усилители предназначены для усиления сигналов в устройствах импульсной связи, радиолокации и телевидения. Во многих случаях усиленные сигналы воспроизводятся на экране электронно-лучевой трубки и регистрируются визуально. Поэтому часто широкополосные усилители называют видеоусилителями. Помимо своего основного назначения, эти усилители с успехом используются также в устройствах автоматики, и вычислительной техники.

По роду применяемых активных элементов усилители делятся на транзисторные, магнитные, диодные, ламповые, параметрические и др. В качестве активных элементов в настоящее время в усилителях чаще используются полевые или биполярные транзисторы либо интегральные схемы. Широко применявшиеся ранее усилительные лампы в разработке новой усилительной аппаратуры практически не используются. Значительно реже, чем транзисторы и интегральные схемы, применяются активные элементы в виде нелинейных емкостей или индуктивностей и специальные типы полупроводниковых диодов.

Приведенная классификация рассматривает усилительные устройства с разных позиций. Поэтому для полной характеристики конкретного усилителя необходимо знание всех его основных признаков.

Основные технические показатели усилителей

Важнейшими техническими показателями усилителя являются: коэффициенты усиления (по напряжению, току и мощности), входное и выходное сопротивления, выходная мощность, коэффициент полезного действия, номинальное входное напряжение (чувствительность), диапазон усиливаемых частот, динамический диапазон амплитуд и уровень собственных помех, а также показатели, характеризующие нелинейные, частотные и фазовые искажения усиливаемого сигнала.

Коэффициент усиления – отношение установившихся значений выходного и входного сигналов усилителя. В зависимости от типа усиливаемой величины различают коэффициенты усиления:

по напряжению Ku = U2 / U1;

по току Ki = I2 /I1;

по мощности Кр = Р2 / Р1,

где U1, U2, I1, I2 – действующие (или амплитудные) напряжения и токи.

Так как P1 = U1 I1 и P2 = U2 I2, то коэффициент усиления по мощности Kp = Ku Ki.

Значение коэффициента усиления К у различных усилителей напряжения может иметь величину порядка десятков и сотен. Но и этого в ряде случаев недостаточно для получения на выходе усилителя сигнала требуемой мощности. Тогда прибегают к последовательному (каскадному) включению ряда усилительных каскадов (рисунок 3.2). Для многокаскадных усилителей 1 общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов. При последовательном соединении нескольких усилительных устройств произведение их коэффициентов усиления определяет общий коэффициент усиления системы, т.е.

Кобщ = К1 К2…. . Кn. (3.1)

Рисунок 3.2. Структурная схема многокаскадного усилителя

Коэффициент усиления, вычисленный по формуле (3.1), представляет собой безразмерную величину. Учитывая, что в современных усилительных схемах коэффициент усиления, выраженный в безразмерных единицах, получается довольно громоздким числом, в электронике получил распространение способ выражения усилительных свойств в логарифмических единицах – децибелах (дБ). Коэффициент усиления по мощности, выраженный в децибелах, равен

KP [дБ] = 10 lg (P2/P1) = 10 lg KP. (3.2)

Поскольку мощность пропорциональна квадрату тока или напряжения, для коэффициентов усиления по току и напряжению можно записать соответственно:

KI [дБ] = 20 lg (I2/I1) = 20 lg KI,

KU [дБ] = 20 lg (U2/U1) = 20 lg KU. (3.2*)

Обратный переход от децибел к безразмерному числу производится при помощи выражения

где N = 10 при расчете коэффициента усиления по мощности и N = 20 – при расчетах по напряжению и току.

Широкому использованию логарифмического представления коэффициентов усиления способствует и то, что многие направления, в которых применяются усилители, связаны с техникой, воздействующей на чувства человека. А восприятие человека описываются логарифмическими зависимостями. Например, громкость звукового сигнала, по ощущениям человека, увеличится в два раза при увеличении его мощности в 10 раз.

Если принять Кu = 1 дБ, то при определении коэффициента усиления по напряжению

Рисунок 3.3. Амплитудно- и фазочастотная характеристики усилителя

Коэффициент усиления на графике может быть представлен по-разному – либо в абсолютных, либо в относительных значениях. Применение относительных значений обусловлено значительным технологическим разбросом значений коэффициента усиления отдельных образцов реальных усилителей. Поэтому для удобства взаимного сопоставления АЧХ усилителей с различными значениями Км их обычно нормируют, представляя выходной параметр в виде относительной величины, т.е.

где К(?) и Km – коэффициент усиления на частоте ? и максимальное значение коэффициента усиления.

Как видно из рисунка 3.3, а, при изменении частоты входного сигнала от нуля до бесконечности модуль коэффициента усиления вначале возрастает, достигая постепенно на некоторой частоте максимальной величины К0, а затем вновь уменьшается. Основная причина этих изменений – наличие в схеме реактивных элементов. Причиной частотных искажений является присутствие в схеме усилителя реактивных элементов – конденсаторов, катушек индуктивности, междуэлектродных емкостей усилительных элементов, емкости монтажа и т.п. Зависимость величины реактивного сопротивления от частоты не позволяет получить постоянный коэффициент усиления в широкой полосе частот.

Фазочастотной характеристикой (ФЧХ) называют зависимость фазового сдвига выходного сигнала относительно входного от частоты входного сигнала. Типичный вид фазовой характеристики показан на рисунке 3.3, б. По оси абсцисс откладываются значения частоты входного сигнала в логарифмическом масштабе, а по оси ординат – аргумент комплексного коэффициента усиления усилителя (в градусах или радианах) в линейном масштабе.

На частотах, равных нулю и стремящихся к бесконечности, создаются конечные фазовые сдвиги, так как усилитель имеет в схеме конечное число реактивных элементов. В области средних частот рабочей полосы усилителя фазовые сдвиги, как правило, незначительны; в области нижних и верхних частот фазовые сдвиги возрастают.

При построении схемы использована теорема об эквивалентном источнике, согласно которой любую, сколь угодно сложную схему, всегда можно представить в виде источника напряжения (ЭДС) и включенного последовательно с ним резистора, соответствующего выходному сопротивлению. Это применено при изображении генератора и выходной цепи усилителя. С другой стороны, входную цепь любого каскада всегда можно представить в виде резистора, соответствующего эквивалентному входному сопротивлению такого каскада, что сделано применительно к входной цепи усилителя и нагрузки.

Обычно наибольшие частотные искажения возникают (допускаются) на границах диапазона частот fн и fв. Коэффициенты частотных искажений в этом случае равны

где Кн, Кв – соответственно коэффициенты усиления на нижних и верхних частотах диапазона.

Из определения коэффициента частотных искажений следует, что если М > 1, то частотная характеристика в области анализируемой частоты имеет завал, а если М 3 . Основными составляющими шумов усилителя являются: шумы усилительных элементов, тепловые шумы различных цепей усилителя; шумы микрофонного эффекта, вызванные воздействием на узлы и детали усилителя механических толчков и вибраций, фон, обусловленный воздействием на цепи усилителя пульсаций напряжения питания, наводки, определяемые воздействием на цепи усилителя посторонних источников сигналов и источников помех и т.п.

где частоту и сопротивление выражают в килогерцах и килоомах, а результат в микровольтах.

Все цепи усилителя создают напряжение тепловых шумов, однако особенно большое влияние оказывают собственные шумы первых усилительных каскадов, так как эти шумы в дальнейшем усиливаются всеми последующими каскадами. Если, например, высшая и низшая рабочие частоты усилителя равны 10 000 и 100 Гц, а активное сопротивление входной цепи составляет 500 Ом, то напряжение тепловых шумов будет равно

ВВЕДЕНИЕ
Конец прошлого века был отмечен важным событием, которое, может быть, и не было по достоинству оценено современниками, но и в дальнейшем оказало огромное влияние на развитие промышленности, социальные отношения, культуру и быт людей следующего ХХ века, того самого века, в котором мы живем.

Далее радиотехника развивалась очень быстро: через два года начались первые опыты по использованию радиосвязи между кораблями, находившимися в море, а еще через два года. Т.е. в 1899 году, произошло первое практическое применение радиотехники для сугубо гуманных целей - спасения людей, попавших в беду.

После окончания первой мировой войны и Великой Октябрьской революции наряду с радиосвязью стало быстро развиваться радиовещание.

Для России, большинство населения которой в тот период было неграмотным, радио стало эффективным средством распространения культуры среди широких народных масс. Соответственно росту потребителей населения быстрыми темпами развивалась промышленность по производству радиоприемных и радиопередающих устройств.

После войны перед радиоэлектронной промышленностью возникли новые задачи главным образом из-за того, что стало широко распространяться телевидение. В этот период практически произошла замена основной элементной базы и методов монтажа РЭА: вместо электронных ламп в основном стали использовать полупроводниковые приборы( транзисторы), а вместо проводного монтажа преобладающим стал монтаж на печатных платах.

Следующий мощный импульс развитию радиоэлектронной промышленности дало появление электронно-вычислительных машин. Технология производства
ЭВМ в основном такая же, как технология производства любой другой РЭА.
Основное отличие заключается в объеме и сложности аппаратуры и вытекающих отсюда требованиях к надежности.

Каждый этап развития радиоэлектроники определяется элементной базой и технологией, т.е. совокупностью элементов, из которых строилась аппаратура, и методами их изготовления.

Усилитель, являющийся одним из важнейших узлов радиотехнической аппаратуры, служит для повышения энергии подводимых к нему электрических сигналов. Усиление осуществляется за счет энергии, потребляемой усилителем от источника постоянного напряжения, поэтому усилитель может рассматриваться как преобразователь энергии источника постоянного напряжения в энергию усиливаемых электрических колебаний.

ПАРАМЕТРЫ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УНЧ.
1. Максимальная мощность в нагрузке 4 Ома, в полосе частот от 20 Гц до
20 кГц не менее 400 Вт.
2. Коэффициент нелинейных искажений - не более 0,1%.
3. Диапазон эффективно воспроизводимых частот - 10 Гц- 40 кГц.
4. Минимальное входное сопротивление - 10 кОм.
5. Максимальное выходное сопротивление - 0,25 Ом.
6. Микросхема имеет встроенную защиту от коротких замыканий в нагрузке.

ПРИНЦИП РАБОТЫ.
Операционный усилитель, используемый в схеме, работает в качестве УНЧ.
На микросхему DA1 сигнал поступает на вход 17.Параллельно с входным сигналом через RC цепь сигнал поступает на вход 15, также входной сигнал поступает на вход 16 через разделительный конденсатор С2. С выхода микросхемы DA1 (6) сигнал поступает на фильтр. С выхода 5 микросхемы сигнал попадает на фильтрующую индуктивность, которая исключает выбросы тока при максимальной нагрузке. Сопротивление R4 шунтирует данную индуктивность для уменьшения влияния сопротивления индуктивности на выход каскада. Выпрямитель, состоящий из диодов D1, D2 являются делителем напряжения. На выходе каскада расположена дифференцирующая цепь, задающая время сигнала посредством изменения (.
С выхода сигнал поступает на нагрузку. Питание микросхемы происходит посредством подключенных выводов микросхемы ( 1, 4, 9, 10, 13, 18 ).

МОНТАЖ УСИЛИТЕЛЯ.
Монтаж схемы УНЧ произведен на фольгированном стеклотекстолите.
Печатные проводники изготавливались путем прочерчивания изолирующих линий в фольге. Элементы схемы крепились к печатной плате пайкой выводов оловянным припоем. В рабочем режиме металлическую теплоотводящую пластину микросхемы DA1 необходимо устанавливать на радиатор и использовать воздушную вентиляцию для отвода тепла.

КОНТРОЛЬ.
После монтажа и сборки элементов на печатной плате, был проведен визуальный контроль качества сборочных и монтажных работ, а так же на соответствие собранного усилителя принципиальной электрической схеме.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ УСИЛИТЕЛЯ.
1. Производить работу на исправном оборудовании, применять инструменты только по их прямому назначению. Стержень паяльника не должен качаться, ручка не должна иметь трещин, шнур хорошо заизолирован.
2. Электрические провода, подводящие питание к рабочему месту, должны быть надежно заизолированы и защищены от механических повреждений. В перерыве между пайками паяльник надо держать на металлической или огнестойкой подставке.
3. Во избежание образования брызг при пайке флюс наносить тонким слоем.
Лишний припой со стержня паяльника удалять специально предназначенной для этого салфеткой.

4. Не допускать попадания влаги в лудильную ванну, все детали перед лужением хорошо просушивать.
5. Работы по монтажу усилителя проводить в хорошо проветриваемом помещении.

Роль усилительной техники в развитии советской науки и народного хозяйства очень велика. Усилители применяются в радиопередатчиках, радиоприемниках, узлах проводного вещания, установках многоканальной связи, звукоусиления, звукозаписи, телевизионных установках, радиолокации, радионавигационных установках и др. Они широко используются во всевозможных автоматических и телемеханических устройствах, без которых не могут обойтись многие современные промышленные предприятия.

Усилительная техника находит широкое применение в отраслях далеких от связи - медицине, геологии, сельском хозяйстве. Основная задача, стоящая перед конструкторами усилительных устройств - уменьшение объема и массы аппаратуры и повышение ее надежности. Решается она совершенствованием технологии изготовления устройств, резервированием и дублированием узлов.

Конец прошлого века был отмечен важным событием, которое, может быть, и не было по достоинству оценено современниками, но и в дальнейшем оказало огромное влияние на развитие промышленности, социальные отношения, культуру и быт людей следующего ХХ века, того самого века, в котором мы живем.

Следующий мощный импульс развитию радиоэлектронной промышленности дало появление электронно-вычислительных машин. Технология производства ЭВМ в основном такая же, как технология производства любой другой РЭА. Основное отличие заключается в объеме и сложности аппаратуры и вытекающих отсюда требованиях к надежности.

ПАРАМЕТРЫ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УНЧ.

Максимальная мощность в нагрузке 4 Ома, в полосе частот от 20 Гц до 20 кГц не менее 400 Вт.

Коэффициент нелинейных искажений - не более 0,1%.

Диапазон эффективно воспроизводимых частот - 10 Гц- 40 кГц.

Минимальное входное сопротивление - 10 кОм.

Максимальное выходное сопротивление - 0,25 Ом.

Микросхема имеет встроенную защиту от коротких замыканий в нагрузке.

Операционный усилитель, используемый в схеме, работает в качестве УНЧ. На микросхему DA1 сигнал поступает на вход 17.Параллельно с входным сигналом через RC цепь сигнал поступает на вход 15, также входной сигнал поступает на вход 16 через разделительный конденсатор С2. С выхода микросхемы DA1 (6) сигнал поступает на фильтр. С выхода 5 микросхемы сигнал попадает на фильтрующую индуктивность, которая исключает выбросы тока при максимальной нагрузке. Сопротивление R4 шунтирует данную индуктивность для уменьшения влияния сопротивления индуктивности на выход каскада. Выпрямитель, состоящий из диодов D1, D2 являются делителем напряжения. На выходе каскада расположена дифференцирующая цепь, задающая время сигнала посредством изменения t. С выхода сигнал поступает на нагрузку. Питание микросхемы происходит посредством подключенных выводов микросхемы ( 1, 4, 9, 10, 13, 18 ).

Монтаж схемы УНЧ произведен на фольгированном стеклотекстолите. Печатные проводники изготавливались путем прочерчивания изолирующих линий в фольге. Элементы схемы крепились к печатной плате пайкой выводов оловянным припоем. В рабочем режиме металлическую теплоотводящую пластину микросхемы DA1 необходимо устанавливать на радиатор и использовать воздушную вентиляцию для отвода тепла.

После монтажа и сборки элементов на печатной плате, был проведен визуальный контроль качества сборочных и монтажных работ, а так же на соответствие собранного усилителя принципиальной электрической схеме.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ УСИЛИТЕЛЯ.

Производить работу на исправном оборудовании, применять инструменты только по их прямому назначению. Стержень паяльника не должен качаться, ручка не должна иметь трещин, шнур хорошо заизолирован.

Электрические провода, подводящие питание к рабочему месту, должны быть надежно заизолированы и защищены от механических повреждений. В перерыве между пайками паяльник надо держать на металлической или огнестойкой подставке.

Во избежание образования брызг при пайке флюс наносить тонким слоем. Лишний припой со стержня паяльника удалять специально предназначенной для этого салфеткой.

Не допускать попадания влаги в лудильную ванну, все детали перед лужением хорошо просушивать.

Работы по монтажу усилителя проводить в хорошо проветриваемом помещении.

во всевозможных автоматических и телемеханических устройствах, без которых не могут обойтись многие современные промышленные предприятия.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.

Далее радиотехника развивалась очень быстро: через два года начались первые опыты по использованию радиосвязи между кораблями, находившимися в море, а еще через два года. Т.е. в 1899 году, произошло первое практическое применение радиотехники для сугубо гуманных целей — спасения людей, попавших в беду.

Следующий мощный импульс развитию радиоэлектронной промышленности дало появление электронно-вычислительных машин. Технология производства ЭВМ в основном такая же, как технология производства любой другой РЭА. Основное отличие заключается в объеме и сложности аппаратуры и вытекающих отсюда требованиях к надежности.

ПАРАМЕТРЫ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УНЧ.

1. Максимальная мощность в нагрузке 4 Ома, в полосе частот от 20 Гц до 20 кГц не менее 400 Вт.

2. Коэффициент нелинейных искажений — не более 0,1%.

3. Диапазон эффективно воспроизводимых частот — 10 Гц- 40 кГц.

4. Минимальное входное сопротивление — 10 кОм.

5. Максимальное выходное сопротивление — 0,25 Ом.

6. Микросхема имеет встроенную защиту от коротких замыканий в нагрузке.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ УСИЛИТЕЛЯ.

1. Производить работу на исправном оборудовании, применять инструменты только по их прямому назначению. Стержень паяльника не должен качаться, ручка не должна иметь трещин, шнур хорошо заизолирован.

2. Электрические провода, подводящие питание к рабочему месту, должны быть надежно заизолированы и защищены от механических повреждений. В перерыве между пайками паяльник надо держать на металлической или огнестойкой подставке.

3. Во избежание образования брызг при пайке флюс наносить тонким слоем. Лишний припой со стержня паяльника удалять специально предназначенной для этого салфеткой.

4. Не допускать попадания влаги в лудильную ванну, все детали перед лужением хорошо просушивать.

5. Работы по монтажу усилителя проводить в хорошо проветриваемом помещении.

Усилительная техника находит широкое применение в отраслях далеких от связи — медицине, геологии, сельском хозяйстве. Основная задача, стоящая перед конструкторами усилительных устройств — уменьшение объема и массы аппаратуры и повышение ее надежности. Решается она совершенствованием технологии изготовления устройств, резервированием и дублированием узлов.

Читайте также: