Выпускная квалификационная работа Усилитель мощности система аварийного оповещения (стр. 2 )

Классификация систем оповещения по конструктивному исполнению

В зависимости от конструктивного исполнения (способа монтажа) СО можно разделить на настольные, стационарные, настенные (корпусные), модульные.

Настольные системы (блоки) – предназначены для установки на стол или на специальные полки, монтируемые в электротехнический шкаф. Настольные СО (блоки) должны иметь надежное конструктивное исполнение. Большинство современных настольных систем строятся как многофункциональные системы.

Стационарные системы строятся из блоков различного функционального назначения, выполненные в жестком металлическом 19” корпусе и предназначены для монтажа в специализированный электротехнический шкаф или стойку.

Электротехнический шкаф защищает блоки от несанкционированного доступа, обеспечивает необходимый температурный режим, сохранность оборудования, увеличивая тем самым срок ее эксплуатации.

Настенные системы – состоит из отдельных блоков различного функционального назначения, предназначенных для настенного монтажа. Данные блоки могут выполняться в пластиковых или металлических корпусах, монтируются на стену, в специализированные (в т. ч. настенные) электротехнические шкафы при помощи дополнительного крепежа, например, DIN-реек.

Модульные системы – многофункциональные системы или конструкции, формирующиеся из отдельных съемных модулей. Данные модули устанавливаются в специализированные корпуса (кейсы).

1.1 Назначение и классификация усилителей сигналов

Усиление – это управления энергией, при котором процесс управления непрерывен, плавен и однозначен. Устройство, осуществляющее управление, называется усилителем. Усилители электрических сигналов управляются и управляют электрической энергией.

       Усилитель мощности – усилительный каскад, предназначенный для передачи в нагрузку заданной либо максимально возможной мощности при максимально возможном КПД и минимальных нелинейных искажениях. УМ выполняет функцию доведения сигнала до заданной мощности и усиливает сигнал, как по напряжению, так и по току. Как правило, данные усилители имеют один линейный вход. На передней панели располагается клавиша включения устройства и иногда регулятор уровня выходного сигнала. Устройства, имеющие большую выходную мощность, имеют систему принудительного охлаждения. Основным параметром, характеризующим усилитель мощности, является выходная мощность при заданном значении нелинейных искажений. Часто применяют такой параметр как номинальная мощность – мощность, которую разовьет устройство при заданных значениях входного напряжения, значении коэффициента нелинейных искажений и соотношении сигнал/шум.

Усилители выделяют:

1.Усилители гармонических сигналов.

2.Усилители импульсных сигналов.

Усилители гармонических сигналов. Предназначены для усиления непрерывных периодических и квазипериодических электрических сигналов, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее длительности нестационарных процессов в цепях усилителей.

Усилители импульсных сигналов. Предназначены для усиления электрических импульсов различной формы и величины. Нестационарные процессы в них протекают так быстро, что форма усиливаемых сигналов этими процессами почти не искажается.

Усилители, в которых сигналы усиливаются без преобразования их частоты, называют усилителями прямого усиления, иначе – усилителями с преобразованием.

По роду используемых усилительных элементов бывают транзисторные, ламповые, магнитные, диодные, молекулярные и другие усилители.

В зависимости от ширины полосы и абсолютных значений усиливаемых сигналов разделяют:

Усилители постоянного тока. Усиливают медленно меняющиеся напряжения и токи, причём как переменную, так и постоянную составляющую сигнала в полосе частот от низшей  до высшей рабочей  частоты.

Усилители переменного тока. Усиливают только переменные составляющие сигнала в полосе частот от низшей  до высшей рабочей  частоты.

Усилители высокой частоты предназначены для усиления электрических колебаний модулированной высокой частоты.

Усилители промежуточной частоты предназначены для усиления электрических сигналов модулированной преобразованной частоты.

Усилители низкой частоты предназначены для усиления первичных электрических колебаний, несущих информацию (усилители звуковых частот).

Широкополосные усилители – имеют очень большое отношение верхней граничной частоты к нижней.

1.2 Основные технические параметры усилителей

Усилители характеризуются следующими основными техническими показателями: коэффициентом усиления К, входным и выходным сопротивлением, выходной мощностью, коэффициентом нелинейных искажений, КПД, уровнем собственных шумов, полосой пропускания.

Коэффициент усиления по напряжению - отношение амплитуды переменного выходного напряжения к амплитуде переменного входного напряжения усиливаемого сигнала.

Коэффициентом усиления по току именуют отношение силы тока нагрузки к входному току.

Коэффициентом усиления по мощности имеют отношение мощности, отдаваемой в нагрузку, к вызвавшей её мощности выходного сигнала.

Полоса пропускания усилителя – это  диапазон усиливаемых частот, в котором выходное напряжение падает менее, чем на 0,707 от наибольшего значения.

Для нормальной работы усилителя его входное сопротивление должно быть много выше выходного сопротивления источника сигнала, а выходное сопротивление усилителя должно быть намного меньше сопротивления нагрузки.

Номинальная выходная мощность усилителя – это наибольшая мощность, которую он может отдать в нагрузку без превышения заданного значения коэффициента нелинейных искажений.

Нелинейные искажения – это искажения, в результате которых на выходе возникают новые гармоники, которые отсутствовали в исходном сигнале. Они обусловлены нелинейностью вольтамперных характеристик тран­зисторов. Количественно эти искажения представляют в виде выраженного в процентах коэффициента гармоник, или коэффициента нелинейных искажений.

КПД отражает эффективность усилителя. Он равен отношению полезной выходной мощности (мощности полезного сигнала) к мощности, затрачиваемой источником питания на функционирование усилителя.

Обратной связью называется связь между выходными и входными цепями какого-либо устройства. В зависимости от соотношения фаз колебаний, который поступают на вход усилителя от источника сигнала и с выхода усилителя через цепь обрат­ной связи, обратная связь может быть положительной или отрицательной. При ПОС фазы этих колебаний совпа­дают и коэффициент усиления возрас­тает. При ООС коэффициент усиления меньше, чем без обратной связи; увеличивается стабильность работы усилительного устройства при изменении режима работы, напряжения питания, рабочей частоты, амплитуды и т. д. Об­ратные связи выделяется на полезные (спе­циально вводимые) и вредные (пара­зитные). По способу осуществления различают об­ратную связь по напряжению, току и смешанную (комбиниро­ванную), а по способу введения напря­жения обратной связи во входную цепь усилителя — параллельную и последовательную. При обратной связи по току напряжение об­ратной связи пропорционально выход­ному току. Для оценки действия обратной связи вводят коэффициент , называемый глубиной обратной связи: чем она больше, тем большее влияние на параметры усилителя оказывает цепь ООС, но при очень глубокой отрицательной обратной связи существует опасность возникновения самовозбуждения на высоких частотах и ухудшения переходной характеристики вблизи порога возбуждения.

1.3 Мощные усилительные каскады

Под мощным каскадом понимают такой усилительный каскад, для которого задаются нагрузка и мощность , рассеиваемая в этой нагрузке. Обычно мощность имеет значения от нескольких до десятков - сотен Вт. Поэтому мощные каскады, которые, как правило, бывают выходными. Чтобы оценить, какую мощность должен давать каскад предварительного усиления, приходится оценивать коэффициент усиления каскада по мощности .Мощный выходной каскад является главным потребителем энергии. Он имеет основную часть нелинейных искажений и занимает объем, соизмеримый с объемом остальной части усилителя. Поэтому при выборе и проектировании выходного каскада основное внимание обращают на возможность получения наибольшего КПД, малые нелинейные искажения и габаритные размеры.

В однотактных выходных каскадах активные приборы работают в режиме A. При их создании используют три схемы включения транзисторов. Для согласования нагрузки с выходным каскадом иногда применяют трансформаторы, которые обеспечивают получение максимального коэффициента усиления по мощности, но существенно ухудшают его частотные характеристики.

Бестрансформаторные выходные каскады получили преимущественное распространение. Они позволяют осуществить непосредственную связь с нагрузкой, что дает возможность обойтись без громоздких трансформаторов и разделительных конденсаторов; имеют хорошие частотные и амплитудные характеристики; легко могут быть выполнены по интегральной технологии. Кроме того, в связи с отсутствием частотно-зависимых элементов в цепях связи между каскадами можно вводить глубокие общие отрицательные ОС как по переменному, так и по постоянному токам, что существенно улучшает характеристики преобразования всего устройства. При этом обеспечение устойчивости усилительного устройства может быть достигнуто введением простейших корректирующих цепей. Бестрансформаторные мощные выходные каскады собирают в основном по двухтактным схемам на транзисторах, работающих в режиме B или АВ и включенных по схемам с ОК или ОЭ. В этих схемах возможно сочетание в одном каскаде либо одинаковых, либо комплементарных транзисторов. По способу подключения нагрузки различают две разновидности схем: с питанием от одного или двух источников.