Рис. 5.20, б.Номограммы для расчёта LC-фильтров нижних частот
Определение величины другого элемента заключается в отыскании на выбранной линии равных произведений такой точки, у которой проекция на координатную ось соответствует заданной величине.
Проекция найденной точки на другую ось определит искомую величину. На рисунке приведен пример пользования номограммой для следующих условий: f = 750 Гц, m = 1, Кс = 100. Если задано R = 200 Ом, то необходимая величина емкости С = 100 мкФ; если задано С = 25 мкф, то R = 800 Ом. Если оказывается, что одно звено фильтра не обеспечивает необходимую величину Кс, можно использовать два или более последовательно включенных звена. В этом случае общий коэффициент сглаживания равен произведению коэффициентов сглаживания каждого звена.
Номограмма для расчета LC-фильтров (рис. 5.22, б) аналогична рассмотренной выше. Отличие заключается лишь в том, что модуль оси II в четыре раза, а модуль осей III и IV в пять раз меньше модуля оси I. На рис. 5.20, б приведен пример расчета LC-фильтра для следующих условий: f = 250 Гц, m = 2, Кс = 400. Если С = 20 мкф, то L = 2 Гн, если L = 4 Гн, то С = 10 мкФ.
5.6.2. Питание радиоаппаратуры от бортовой сети автомобиля
При использовании в поездках переносной радиоаппаратуры - магнитофонов, радиоприемников - целесообразно питать ее от бортовой сети автомобиля. Однако многие из этих устройств рассчитаны на напряжение не более 69 В. В этом случае их питание в автомобиле можно осуществить через цепочку диодов, как показало на рис. 5.21.
Рис. 5.21. Питание радиоаппаратуры от бортовой сети автомобиля
Диоды должны выдерживать силу тока, потребляемую аппаратурой. При этом надо учитывать, что на кремниевых диодах "падает" 0,7 В, а на германиевых - 0,4 В. Немаловажно и то, что диоды защитят аппаратуру в случае ее неправильного подключения к полюсам автомобильного аккумулятора.
5.7. ЗАДАЧИ
1. Построить осциллограмму тока нагрузки (рис. 5.22, а), используя вольт-амперные характеристики диода (рис. 5.22, б, в), если напряжение Uвх = 160 В; сопротивление нагрузки Rн = 5 кОм.
Рис. 5.22.
2. Чему равен ток через нагрузочный резистор сопротивлением Rн = 120 Ом мостового выпрямителя, если на вход трансформатора поступает напряжение U1m = 140 В, коэффициент трансформации nтр = 0,1, а сопротивление каждого полупроводникового диода в схеме равно 10 Ом?
3. Определить напряжение Uн на нагрузочном резисторе Rн = 980 Ом и коэффициент передачи по напряжению, если на входе действует источник напряжения, содержащий постоянную составляющую Uвх = 20 В и переменную составляющую U~ = 20 В с частотой f = 50 Гц, R = 20 Ом, С = 200 мкФ (рис. 5.23).
Оценить, на сколько отличаются коэффициенты передачи по постоянной и переменной составляющим.
Указание. Расчет провести отдельно для постоянной и переменной составляющей.
4. Зависимость напряжения нагрузки стабилизатора от входного напряжения может быть записана в следующем виде: Uн = 0,01∙Uвх + 10. Определить коэффициент стабилизации при напряжениях Uвх = 10; 50; 100 В.
5. Чему равно относительное изменение напряжения на выходе параметрического стабилизатора, если Uст = 8 В, ток стабилизатора изменился на DIст = 1 мА, а динамическое сопротивление Rд = 16 Ом?
Глава 6
Усилители звуковой частоты
6.1. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ (УЗЧ)
Усилитель, как и колебательный контур, является обязательным устройством любого радиоприемника. В каждом радиоприемнике есть несколько усилителей, называемых также усилительными каскадами.
Все УЗЧ увеличивают мощность сигнала, но если при этом значительно повышается напряжение сигнала, то такие усилители называют усилителями напряжения. Мощность сигнала в усилителях повышается за счет энергии источника питания.
Усилители мощности при работе с полной отдачей потребляют ток в десятки и даже сотни миллиампер.
Основными параметрами усилительного каскада являются:
• Коэффициент усиления по напряжению:
КU = Uвых/Uвх
• Коэффициент усиления по току:
IU = Iвых/Iвх
и коэффициент усиления по мощности:
Kp = Pвых/Pвх = UвыхIвых/UвхIвх = KU∙KI
Обычно в усилительных каскадах все три коэффициента усиления значительно больше единицы. Однако в некоторых усилительных каскадах один из двух коэффициентов усиления может быть меньше единицы, т. е. KU < 1 или KI < 1. Но в любом случае коэффициент усиления по мощности Кр > 1, а чаще всего Кр >> 1.
В зависимости от того, какой параметр входного сигнала (напряжение, сила тока или мощность) требуется увеличить с помощью усилительного каскада, различают усилительные каскады напряжения, тока и мощности. Усилительный каскад напряжения имеет коэффициент усиления KU, как правило, равный нескольким десяткам. В инженерной практике очень часто необходимо получить значительно больший коэффициент усиления по напряжению, достигающий многих тысяч и даже миллионов. Для решения такой задачи используют многокаскадные усилители, в которых каждый последующий каскад подключен к выходу предыдущего.
Коэффициент усиления многокаскадного усилителя:
КU = Uвых. n/Uвх1 ~= К1∙К2∙…∙Кn
где n - номер каскада усиления.
• Выходная мощность - это мощность на выходе усилителя, при которой уровень искажений не превышает некоторого установленного значения. Для нормальной работы громкоговорителя требуется выходная мощность не менее 30 мВт; для озвучивания комнаты средних размеров - 100…200 мВт; для громкоговорящего воспроизведения звука на открытом воздухе - 0,6…0,8 Вт. Максимальной для УЗЧ с питанием от батареи элементов можно считать мощность 2…4 Вт.
• Сопротивление нагрузки усилителя - это сопротивление громкоговорителя, на которое рассчитан усилитель. Нагрузкой маломощных усилителей, применяемых в портативных приемниках, служат динамические головки прямого излучения с сопротивлением звуковой катушки 4…10 Ом, реже 16 Ом. В переносных приемниках находят применение головки с номинальной мощностью до 2 Вт и сопротивлением 4 Ом. Обычно УЗЧ хорошо работает с динамической головкой, сопротивление которой не ниже выходного сопротивления усилителя. При уменьшении сопротивления нагрузки увеличиваются искажения, при увеличении сопротивления - уменьшается выходная мощность усилителя обратно пропорционально сопротивлению нагрузки.
• Чувствительность - это напряжение сигнала на входе УЗЧ, требуемое для получения на его выходе номинальной выходной мощности. Простейшие УЗЧ имеют чувствительность 10…20 мВ.
• Степень нелинейных искажений сигнала, которую можно оценить через коэффициент гармоник.
Большое применение нашли УЗЧ на операционных усилителях (ОУ), которые характеризуются широким диапазоном рабочих частот, высокой стабильностью, малыми габаритными размерами и массой.