Методика расчета усилителя низкой частоты: от теории до моделирования

В мире современных технологий, где качество звука играет ключевую роль от бытовой электроники до профессиональных студий, усилители низкой частоты (УНЧ) остаются краеугольным камнем аудиоинженерии. Способность усиливать слабые электрические сигналы до уровней, способных эффективно управлять акустическими системами, является фундаментальной задачей, требующей глубокого понимания принципов электроники. Для студента технического вуза, специализирующегося на радиотехнике, электронике или электроэнергетике, курсовая работа по расчету УНЧ представляет собой не просто академическое упражнение, а комплексный проект, позволяющий закрепить теоретические знания и приобрести практические навыки в схемотехнике и аналоговой электронике.

Настоящая методика призвана стать исчерпывающим руководством для выполнения такой работы. Она охватывает все этапы проектирования: от теоретического обоснования принципов усиления и классификации УНЧ до пошагового расчета электрических параметров каждого каскада, анализа искажений и, наконец, верификации работоспособности схемы с использованием современного специализированного программного обеспечения. Главная цель – не только вооружить студента необходимыми формулами и правилами, но и помочь ему развить системное мышление, способность критически оценивать схемотехнические решения и оптимизировать параметры усилителя для достижения заданных характеристик. Практическая значимость этой работы трудно переоценить, ведь полученные знания и навыки будут востребованы как в дальнейшей учебной деятельности, так и в будущей профессиональной практике при разработке разнообразной электронной аппаратуры.

Основные принципы усиления и классификация УНЧ

На заре радиотехники, когда человечество только училось управлять электричеством для передачи информации, возникла острая потребность в устройствах, способных увеличивать слабые сигналы, не искажая их. Так появились первые усилители, заложившие основу всей современной электроники. По своей сути, усилитель низкой частоты (УНЧ) — это электронное устройство, предназначенное для увеличения поданного на его вход электрического сигнала, сохраняя при этом его форму.

Сущность усиления и ключевые параметры усилителей

Фундаментальный принцип, лежащий в основе усиления, заключается в воздействии входной цепи на электрическое сопротивление выходной цепи активного элемента. В результате малые изменения входного сигнала вызывают значительные изменения выходного тока или напряжения, которые воспроизводят форму входного сигнала.

Для количественной оценки эффективности усилителя используются следующие ключевые параметры:

• Коэффициент усиления (K): Безразмерная величина, показывающая, во сколько раз усилитель увеличивает входной сигнал. Может быть по напряжению (K_U = U_вых / U_вх), по току (K_I = I_вых / I_вх) или по мощности (K_P = P_вых / P_вх). Часто выражается в логарифмических единицах – децибелах (дБ): K_дБ = 20 ⋅ log₁₀(K_U) или K_дБ = 10 ⋅ log₁₀(K_P).
• Входное сопротивление (R_вх): Сопротивление, которое усилитель представляет источнику сигнала. Желательно, чтобы оно было высоким, чтобы не нагружать источник.
• Выходное сопротивление (R_вых): Сопротивление, которое усилитель представляет нагрузке. Желательно, чтобы оно было низким для эффективной передачи мощности в нагрузку.
• Полоса пропускания (Δf): Диапазон частот, в котором коэффициент усиления остается относительно постоянным, обычно не снижаясь более чем на 3 дБ (примерно на 30%) от своего номинального значения.
• Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ): Графическая зависимость коэффициента усиления от частоты. Идеальная АЧХ — прямая линия в пределах полосы пропускания.
• Фазо-частотная характеристика (ФЧХ): Графическая зависимость фазового сдвига между входным и выходным сигналами от частоты.
• Коэффициент полезного действия (КПД, η): Отношение полезной мощности, отдаваемой в нагрузку, к мощности, потребляемой от источника питания. Определяет экономичность усилителя.
• Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) / Коэффициент гармоник (γ): Безразмерная величина, характеризующая степень внесения усилителем нелинейных искажений. Для высококачественных УНЧ (Hi-Fi) приемлемый КНИ обычно составляет менее 0,1% на номинальной мощности. В Hi-End системах этот показатель может быть значительно ниже, достигая 0,01% или даже 0,001%.

УНЧ, в частности, предназначены для обеспечения заданной мощности на выходном устройстве, таком как громкоговоритель, записывающая головка магнитофона или обмотка реле. Они работают преимущественно в диапазоне звуковых частот, который для человеческого уха простирается примерно от 20 Гц до 20 кГц.

Классификация усилителей по режиму работы (классы А, В, АВ, D, G, H)

История развития усилителей неразрывно связана с поиском компромисса между качеством усиления (линейностью) и его эффективностью (КПД). Это привело к появлению различных классов усиления, каждый из которых имеет свои особенности.

Класс А:
В этом режиме активный элемент (транзистор, лампа) работает в линейной части своей характеристики в течение всего периода входного сигнала.

• Принцип работы: Ток покоя через выходной каскад постоянно протекает, даже при отсутствии входного сигнала, что обеспечивает непрерывную работу усилительного элемента.
• Преимущества: Минимальные нелинейные искажения, высокая линейность, «мягкое» звучание.
• Недостатки: Низкий КПД (теоретический максимум 25% для резистивной нагрузки и до 50% для трансформаторной), значительное тепловыделение.
• Применение: Идеально подходит для предварительных каскадов, маломощных Hi-End систем и гитарных усилителей, где качество звучания важнее экономичности.

Класс В:
Активный элемент работает только в течение половины периода входного сигнала.

• Принцип работы: Ток покоя близок к нулю, что приводит к полному отсечению тока для одного из полупериодов входного сигнала. Для усиления полного сигнала требуется двухтактная схема.
• Преимущества: Высокий КПД (до 78,5% в двухтактной схеме).
• Недостатки: Высокие нелинейные искажения, особенно «ступенька» в точке перехода через ноль, из-за нелинейности характеристик транзисторов при малых токах.
• Применение: Применяется там, где КПД критичен, а небольшие искажения допустимы, но чаще всего в модификации класса AB.

Класс АВ:
Компромисс между классами А и В, наиболее распространенный в современных УНЧ.

• Принцип работы: Через выходной каскад пропускается небольшой ток смещения, благодаря чему активный элемент работает больше половины периода, но меньше полного. Это устраняет «ступеньку» искажений класса B.
• Преимущества: Снижение нелинейных искажений по сравнению с классом B, более высокий КПД (обычно от 50% до 70%) по сравнению с классом A.
• Недостатки: Все еще присутствует некоторое тепловыделение.
• Применение: Широко используется в большинстве высококачественных аудиоусилителей.

Класс D:
Революционный подход к усилению, основанный на импульсных технологиях.

• Принцип работы: Входной аналоговый сигнал преобразуется в последовательность широтно-импульсно модулированных (ШИМ) импульсов. Эти импульсы затем усиливаются ключами, работающими в режиме полного насыщения или отсечки, а затем фильтруются для восстановления исходного аналогового сигнала. Буква «D» в названии выбрана как следующая после A, B и C, а не означает «цифровой».
• Преимущества: Высочайший КПД (до 90-95% и выше), компактность, низкое тепловыделение.
• Недостатки: Потенциальные проблемы с электромагнитными помехами, зависимость качества от ШИМ-модулятора и фильтра.
• Применение: Широко применяется в портативной аудиоаппаратуре, автомобильных аудиосистемах, активных акустических системах, где важны мощность и эффективность.

Классы G и H:
Модификации класса AB, разработанные для дальнейшего повышения КПД без компромиссов в качестве звука.

• Принцип работы: Эти усилители динамически изменяют напряжение питания выходных каскадов в зависимости от уровня сигнала.
• Класс G: Переключается между несколькими фиксированными уровнями напряжения питания (например, низкое напряжение для слабых сигналов и высокое для пиковых).
• Класс H: Использует плавную модуляцию напряжения питания, подстраивая его под текущий уровень сигнала.
• Преимущества: Высокий КПД (от 70% до 85% и выше) при сохранении хорошего качества звука, характерного для класса AB.
• Недостатки: Усложнение схемотехники, особенно для класса H, требующего сложного управления источником питания.
• Применение: Часто встречаются в мощных Hi-Fi и профессиональных аудиосистемах, где требуется сочетание высокой мощности, эффективности и качества звука.

Представленные классы демонстрируют эволюцию схемотехники УНЧ, где каждый новый класс стремился решить проблемы предыдущих, предлагая лучший баланс между эффективностью, линейностью и сложностью реализации. При проектировании усилителя низкой частоты, какой класс усиления вы выберете и как это повлияет на конечные характеристики вашего устройства?

Классификация по ширине полосы и типу усиливаемого сигнала

Помимо режимов работы, усилители классифицируются по диапазону частот, который они способны эффективно обрабатывать:

• Усилители постоянного тока (УПТ): Эти устройства способны усиливать электрические колебания от нулевой частоты (постоянная составляющая) до нескольких мегагерц. Они критичны для измерительной аппаратуры, медицинского оборудования и систем управления, где важна передача медленно меняющихся сигналов и постоянных потенциалов.
• Усилители переменного тока: Усиливают колебания от низшей до высшей границы частот, но не усиливают постоянную составляющую сигнала. К этому типу относятся УНЧ, а также радиочастотные (РЧ) и промежуточной частоты (ПЧ) усилители.
• Избирательные усилители: Предназначены для усиления электрических сигналов в очень узкой полосе частот, отфильтровывая все остальные. Применяются в радиоприемных устройствах для выделения нужного канала, в измерительной технике для анализа спектра.

УНЧ, как уже упоминалось, относятся к усилителям переменного тока и специализируются на звуковом диапазоне частот (20 Гц – 20 кГц). Понимание этой классификации позволяет инженеру выбрать наиболее подходящий тип усилителя для конкретной задачи, будь то прецизионные измерения или высококачественное воспроизведение аудио.

Схемотехнические решения каскадов УНЧ

Построение усилителя низкой частоты, особенно мощного и высококачественного, редко ограничивается одним усилительным элементом. Как правило, УНЧ представляет собой многокаскадную систему, где каждый каскад выполняет свою специфическую функцию, работая в тандеме для достижения общих целей усиления. Типовая структура УНЧ включает предварительные каскады, предоконечные каскады (драйверы) и оконечный каскад.

Предварительные каскады: Усиление слабых сигналов

Предварительные каскады являются «первым эшелоном» усиления. Их основная задача — принять очень слабый входной сигнал (например, от микрофона, звукоснимателя или другого источника) и усилить его до уровня, необходимого для раскачки последующих, более мощных каскадов, при этом минимизируя вносимые шумы и искажения.

• Назначение: Первичное усиление сигнала, формирование необходимого входного сопротивления, минимизация шумов.
• Типовые активные компоненты: Чаще всего используются малошумящие биполярные транзисторы (например, КТ315, КТ3102 — универсальные n-p-n транзисторы со статическим коэффициентом усиления по току h_21Э от 20 до 200) или операционные усилители (ОУ). ОУ предлагают высокую стабильность, большой коэффициент усиления и удобство в проектировании.
• Принципы выбора пассивных элементов: Номиналы резисторов в коллекторной и эмиттерной цепях, а также в цепи делителя напряжения на базе, подбираются для задания оптимальной рабочей точки транзистора. Важно также учитывать выходное сопротивление предыдущего каскада и входное сопротивление последующего, чтобы обеспечить эффективную передачу сигнала и избежать перегрузки. Конденсаторы в предварительных каскадах используются для развязки по постоянному току (разделительные конденсаторы) и шунтирования эмиттерных резисторов (для увеличения КУ по переменному току). В ламповых схемах используются резистивные схемы с нагрузкой в цепи анода.

Предоконечные каскады (драйверы): Согласование и раскачка

Предоконечные каскады, или драйверы, занимают промежуточное положение между предварительными и оконечными каскадами. Формально они относятся к усилителям напряжения, однако по характеру работы и режимам использования они гораздо ближе к усилителям мощности, поскольку именно они должны обеспечить достаточную амплитуду и ток для эффективной работы оконечного каскада.

• Особенности работы: Основная функция драйвера – обеспечить достаточное напряжение и ток для «раскачки» входных цепей мощных транзисторов оконечного каскада.
• Требования:
  • Высокая линейность амплитудной характеристики: Чтобы не вносить дополнительных нелинейных искажений в сигнал, который будет многократно усилен оконечным каскадом.
  • Низкое выходное сопротивление: Для эффективной передачи мощности и напряжения на вход оконечного каскада, который часто имеет относительно низкое входное сопротивление.
  • Достаточный размах амплитуд выходного напряжения: Для полного открытия и закрытия транзисторов оконечного каскада без заметных нелинейных искажений.
• Применение: Часто строятся на мощных малошумящих транзисторах или с использованием токовых зеркал для улучшения линейности.

Оконечные каскады (усилители мощности): Обеспечение выходной мощности

Оконечные каскады — это «сердце» любого УНЧ, отвечающее за отдачу требуемой мощности в нагрузку, будь то громкоговоритель или другое исполнительное устройство. Именно оконечный каскад определяет КПД всего усилителя и его максимальную выходную мощность.

• Принципы работы: Оконечные каскады работают в режимах больших сигналов, близких к предельно допустимым для транзисторов, что требует тщательного выбора компонентов и эффективного теплоотвода.
• Однотактные усилители:
  • Принцип: Используют один активный элемент (транзистор или лампу) для усиления всего сигнала.
  • Применение: Применяются при выходной мощности не более 4-5 Вт. Несмотря на низкий КПД (класс А), однотактные усилители ценятся в аудиофильской среде за «ламповое» звучание и отсутствие коммутационных искажений. Они часто используются в маломощных Hi-End системах или гитарных усилителях.
• Двухтактные (пушпульные) каскады:
  • Принцип: Состоят из двух встречно управляемых активных приборов (транзисторов, ламп). Усиление мощности входного сигнала распределяется между двумя плечами каскада: при нарастании входного сигнала ток нарастает лишь в одном плече, а при спаде — в противоположном.
  • Преимущества: Двухтактные схемы доминируют в схемотехнике выходных каскадов транзисторных усилителей мощности звуковой частоты, составляя более 90% современных конструкций. Они позволяют строить экономичные усилители, работающие в режимах AB или B с высоким КПД и относительно низкими нелинейными искажениями.
  • Особенности искажений: Свойственные всем усилительным приборам четные гармоники искажений в двухтактных схемах подавляются за счет их противофазности. Однако нечетные гармоники (третья, пятая и т.д.) могут усугубляться, что является одной из причин специфического характера нелинейных искажений в таких схемах.
  • Недостатки: При передаче управления нагрузкой от одного активного прибора другому двухтактный каскад может генерировать коммутационные искажения выходного сигнала, особенно заметные в классе B.
• Трансформаторные и бестрансформаторные схемы:
  • Исторически, особенно в ламповой схемотехнике, оконечные каскады УНЧ для согласования высокого выходного сопротивления ламп с низким сопротивлением акустической системы (4-16 Ом) часто выполнялись по трансформаторной схеме.
  • Однако в современных транзисторных УНЧ для обеспечения большой выходной мощности практически повсеместно используются бестрансформаторные схемы, такие как схемы с непосредственной связью с нагрузкой (OCL — Output CapacitorLess) или схемы с выходным конденсатором (OTL — Output TransformerLess). Это позволяет избежать частотных и фазовых искажений, вносимых трансформатором, а также снизить массогабаритные показатели и стоимость. Это важное отличие от устаревших подходов, которые иногда встречаются в литературе и являются «слепой зоной» для многих конкурентов.

Типовые схемы включения транзисторов

Для реализации каждого из каскадов применяются типовые схемы включения транзисторов, каждая из которых обладает уникальными характеристиками.

• Схема с общим эмиттером (ОЭ):
  • Характеристики: Высокий коэффициент усиления по напряжению и току, инверсия фазы сигнала на 180°, среднее входное и выходное сопротивление.
  • Применение: Одна из наиболее популярных реализаций усилительного каскада, часто содержащая цепь стабилизации рабочей точки. Идеально подходит для предварительных и предоконечных каскадов, где требуется значительное усиление.
• Схема с общим коллектором (ОК) / Эмиттерный повторитель:
  • Характеристики: Коэффициент усиления по напряжению, близкий к единице (менее 1, но обычно >0,95), высокий коэффициент усиления по току, неинвертирующий, высокое входное и низкое выходное сопротивление.
  • Применение: Используется преимущественно для согласования каскадов, в качестве буферных каскадов, а также в предоконечных каскадах для раскачки выходных транзисторов, поскольку эффективно передает ток и обладает отличными согласующими свойствами.
• Схема с общей базой (ОБ):
  • Характеристики: Высокий коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по току, близкий к единице, неинвертирующий, низкое входное и высокое выходное сопротивление.
  • Применение: Менее распространена в УНЧ, но используется в ВЧ усилителях или в каскодных схемах для повышения частотных свойств и снижения эффекта Миллера.

Понимание этих схемотехнических решений и их характеристик является ключом к грамотному проектированию многокаскадного УНЧ, способного эффективно и качественно усилить сигнал до требуемого уровня.

Выбор компонентов и расчет режимов по постоянному току

Основой любого работоспособного электронного устройства является правильно подобранная элементная база и точно рассчитанные режимы работы. В УНЧ это особенно критично, поскольку от выбора компонентов и установки рабочей точки транзисторов зависит не только работоспособность, но и стабильность, линейность и долговечность усилителя.

Выбор активных компонентов (транзисторов)

Выбор транзисторов — один из самых ответственных этапов проектирования. Для высококачественных УНЧ, особенно в двухтактных схемах, рекомендуется подбирать транзисторы с максимально схожими параметрами (так называемые комплементарные пары, например, n-p-n и p-n-p, которые имеют одинаковые или очень близкие характеристики). Это минимизирует нелинейные искажения, особенно «ступеньку» в двухтактных схемах.

Основные параметры для выбора транзистора:

• Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер (U_КЭmax): Должно быть значительно больше напряжения источника питания (обычно с запасом 20-30%).
• Максимально допустимый ток коллектора (I_Кmax): Должен превышать максимальный ток, который будет протекать через коллектор в пиковых режимах работы.
• Максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора (P_Кmax): Должна быть больше мощности, которая будет рассеиваться на коллекторе транзистора в наихудшем режиме работы (обычно в режиме покоя для класса A или в пиковых точках для классов B/AB).
• Статический коэффициент усиления по току (h_21Э или β): Важный параметр, характеризующий способность транзистора усиливать ток. Чем выше β, тем меньше ток базы требуется для управления током коллектора. Для кремниевых биполярных транзисторов U_БЭ в открытом состоянии обычно находится в диапазоне от 0,6 В до 0,7 В при комнатной температуре (25°C). Важно помнить, что при повышении температуры U_БЭ уменьшается примерно на 2 мВ на градус Цельсия, что необходимо учитывать при расчете температурной стабильности.

Таблица 1. Пример выбора биполярных транзисторов для различных каскадов УНЧ

Каскад	Тип транзистора (пример)	UКЭmax (В)	IКmax (мА)	PКmax (мВт)	h21Э (β)	Примечание
Предварительный	КТ3102 (n-p-n)	50	100	250	100-500	Малошумящий, универсальный
	КТ361 (p-n-p)	50	100	250	100-500	Комплементарный к КТ3102
Предоконечный	BD139 (n-p-n)	80	1500	12500	40-250	Средней мощности
	BD140 (p-n-p)	80	1500	12500	40-250	Комплементарный к BD139
Оконечный	MJL21194 (n-p-n)	250	16000	200000	25-150	Мощный, высококачественный
	MJL21193 (p-n-p)	250	16000	200000	25-150	Комплементарный к MJL21194

Выбор пассивных компонентов (резисторов, конденсаторов)

Правильный выбор пассивных компонентов не менее важен, чем активных.

• Резисторы:
  • Делитель напряжения (R1, R2): Задают потенциал покоя базы транзистора (U_Б0). Их номиналы определяют ток через делитель и, как следствие, стабильность рабочей точки.
  • Эмиттерный резистор (R_Э): Важнейший элемент для стабилизации рабочей точки. Он создает отрицательную обратную связь по постоянному току: при повышении температуры ток коллектора стремится увеличиться, падение напряжения на R_Э растет, потенциал эмиттера увеличивается, что приводит к уменьшению напряжения U_БЭ и, следовательно, к подзакрытию транзистора, компенсируя температурное дрейфование.
  • Коллекторный резистор (R_К): Задает рабочую точку транзистора по постоянному току, ограничивая ток коллектора на допустимом уровне и формируя падение напряжения на коллекторе.
• Конденсаторы:
  • Разделительные конденсаторы (C1, C3): Отделяют переменные составляющие сигнала от постоянных составляющих, предотвращая влияние постоянного тока одного каскада на другой. Их емкость влияет на нижнюю граничную частоту УНЧ: чем больше емкость, тем ниже частота среза.
  • Шунтирующий эмиттерный конденсатор (C_Э): Соединяет эмиттер по переменному току с общей шиной. Это устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, создаваемую резистором R_Э, тем самым значительно увеличивая коэффициент усиления каскада по переменному току. Его емкость также влияет на нижнюю граничную частоту.

Расчет рабочей точки транзистора по постоянному току

Цель расчета режима по постоянному току — установить оптимальную рабочую точку (U_КЭ0, I_К0) транзистора в линейной области его характеристик. Это обеспечивает неискаженное усиление сигнала при любых уровнях входного напряжения в рамках динамического диапазона.

Рассмотрим методику на примере каскада с общим эмиттером:

1. Задание исходных параметров:
   • Напряжение источника питания E_К.
   • Требуемый ток коллектора покоя I_К0 (обычно выбирается из соображений динамического диапазона и требуемой выходной мощности).
   • Коэффициент усиления по току h_21Э (β) для выбранного транзистора.
   • Напряжение база-эмиттер U_БЭ (0,6-0,7 В для кремниевых транзисторов).
2. Расчет тока эмиттера покоя (I_Э0):
   I_Э0 ≈ I_К0 + I_Б0 ≈ I_К0 (так как I_Б0 « I_К0).
3. Расчет тока базы покоя (I_Б0):
   I_Б0 = I_К0 / h_21Э
4. Выбор тока делителя напряжения (I_Д):
   Чтобы обеспечить стабильность напряжения на базе и снизить влияние изменений h_21Э и температурных колебаний, ток делителя напряжения (I_Д) выбирается значительно больше тока базы покоя:
   I_Д ≥ 10 ⋅ I_Б0.
   Это более точный подход, чем (2 ÷ 5) ⋅ I_Б0, и обеспечивает лучшую стабилизацию.
5. Расчет резистора в цепи эмиттера (R_Э):
   Обычно выбирается, чтобы на нем падала часть напряжения питания, обеспечивая температурную стабилизацию. Например, U_Э = (0,1 ÷ 0,2) ⋅ E_К.
   R_Э = U_Э / I_Э0
6. Расчет напряжения базы покоя (U_Б0):
   U_Б0 = U_Э + U_БЭ
7. Расчет резисторов делителя напряжения (R1, R2):
   Используя закон Ома и выбранный ток I_Д:
   R2 = U_Б0 / I_Д
   R1 = (E_К — U_Б0) / I_Д
8. Расчет резистора в цепи коллектора (R_К):
   Рабочая точка по напряжению U_КЭ0 обычно выбирается примерно посередине между E_К и U_Э для обеспечения максимального симметричного размаха выходного сигнала без отсечения.
   U_К0 = U_КЭ0 + U_Э
   R_К = (E_К — U_К0) / I_К0

Пример пошагового расчета (гипотетический):

Допустим, необходимо рассчитать первый каскад УНЧ на транзисторе КТ3102 (h_21Э = 150, U_БЭ = 0.65 В) при E_К = 12 В.
Требуемый ток коллектора покоя I_К0 = 2 мА.

1. I_Э0 ≈ 2 мА.
2. I_Б0 = I_К0 / h_21Э = 2 мА / 150 ≈ 0.0133 мА.
3. Выберем I_Д = 10 ⋅ I_Б0 = 10 ⋅ 0.0133 мА = 0.133 мА.
4. Выберем падение напряжения на R_Э: U_Э = 0.15 ⋅ E_К = 0.15 ⋅ 12 В = 1.8 В.
5. R_Э = U_Э / I_Э0 = 1.8 В / 2 мА = 900 Ом (ближайший стандартный ряд: 910 Ом).
6. U_Б0 = U_Э + U_БЭ = 1.8 В + 0.65 В = 2.45 В.
7. R2 = U_Б0 / I_Д = 2.45 В / 0.133 мА ≈ 18421 Ом (ближайший стандартный ряд: 18 кОм).
   R1 = (E_К — U_Б0) / I_Д = (12 В — 2.45 В) / 0.133 мА ≈ 71804 Ом (ближайший стандартный ряд: 68 кОм или 75 кОм).
8. Выберем U_КЭ0 = (E_К — U_Э) / 2 = (12 В — 1.8 В) / 2 = 5.1 В.
   U_К0 = U_КЭ0 + U_Э = 5.1 В + 1.8 В = 6.9 В.
   R_К = (E_К — U_К0) / I_К0 = (12 В — 6.9 В) / 2 мА = 2550 Ом (ближайший стандартный ряд: 2.7 кОм).

Ориентировочное значение входного сопротивления транзистора в рабочей точке по постоянному току рассчитывается как R_вх.ст = U_Б0 / I_Б0. Однако для анализа усилительных характеристик по переменному току используется динамическое входное сопротивление транзистора (r_вх.дин), которое для схемы с общим эмиттером примерно равно r_вх.дин ≈ h_21Э ⋅ (r_Э + R_Э), где r_Э — дифференциальное сопротивление эмиттерного p-n перехода, равное r_Э = k T / (q I_Э). Здесь k — постоянная Больцмана (1.38 ⋅ 10^-23 Дж/К), T — абсолютная температура в Кельвинах, q — заряд электрона (1.6 ⋅ 10^-19 Кл), I_Э — ток эмиттера покоя. Это различие между статическим и динамическим сопротивлением часто является «слепой зоной» в студенческих работах.

Тщательный расчет и установка рабочей точки критически важны для обеспечения линейности усиления и минимизации нелинейных искажений, ведь даже малейшая ошибка на этом этапе приведет к значительным искажениям в выходном сигнале.

Расчет переменных составляющих и усилительных характеристик

После того как определены режимы работы по постоянному току и выбраны компоненты, наступает этап анализа поведения усилителя для переменных составляющих сигнала. Этот этап позволяет определить динамические параметры устройства, такие как коэффициенты усиления, входные и выходные сопротивления, которые напрямую влияют на качество и эффективность работы УНЧ.

Расчет коэффициентов усиления (по напряжению, току, мощности)

Расчет усилительного каскада всегда включает определение коэффициентов усиления по напряжению, току и мощности. Эти параметры показывают, насколько эффективно каждый каскад и усилитель в целом увеличивает входной сигнал.

• Коэффициент усиления по напряжению (K_U): Это отношение амплитуды выходного напряжения к амплитуде входного напряжения:
  KU = Uвых / Uвх
  Для каскада с общим эмиттером без шунтирующего эмиттерного конденсатора:
  KU ≈ -RК / RЭ (где знак минус указывает на инверсию фазы)
  Для каскада с шунтирующим эмиттерным конденсатором:
  KU ≈ -RК / rЭ (где r_Э — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода)
• Коэффициент усиления по току (K_I): Отношение амплитуды выходного тока к амплитуде входного тока:
  KI = Iвых / Iвх
  Для каскада с общим эмиттером:
  KI ≈ h21Э
• Коэффициент усиления по мощности (K_P): Отношение выходной мощности к входной:
  KP = Pвых / Pвх = KU ⋅ KI

Для многокаскадных усилителей:
Если n-каскадов включены последовательно, общий коэффициент усиления по напряжению является произведением коэффициентов усиления каждого каскада:
KUОБЩ = KU1 ⋅ KU2 ⋅ ... ⋅ KUn

В логарифмических единицах (децибелах, дБ) расчет упрощается до суммирования:
KUОБЩ(дБ) = KU1(дБ) + KU2(дБ) + ... + KUn(дБ)

Аналогичные принципы применяются для расчета общего коэффициента усиления по току (K_IОБЩ) и по мощности (K_PОБЩ).

Расчет входных и выходных сопротивлений каскадов

Входные и выходные сопротивления каждого каскада играют критическую роль в согласовании усилителя с источником сигнала и нагрузкой, а также между отдельными каскадами. Неправильное согласование может привести к потере сигнала, искажениям и снижению эффективности.

• Входное сопротивление каскада (R_{вх.каскада}): Это сопротивление, которое «видит» предыдущий каскад или источник сигнала. Для каскада с общим эмиттером, имеющего делитель напряжения (R1, R2) на базе транзистора, эффективное входное сопротивление каскада определяется как параллельное соединение сопротивлений делителя и динамического входного сопротивления самого транзистора:
  Rвх.каскада = (R1 || R2) || rвх.дин
  Где rвх.дин ≈ h21Э ⋅ (rЭ + RЭ), а rЭ = k T / (q IЭ) (дифференциальное сопротивление эмиттерного p-n перехода). Если эмиттерный резистор шунтирован конденсатором по переменному току, то R_Э в формуле для r_вх.дин отсутствует.
  Высокое входное сопротивление желательно для предварительных каскадов, чтобы не нагружать источники слабого сигнала.
• Выходное сопротивление каскада (R_{вых.каскада}): Это сопротивление, которое «видит» следующий каскад или нагрузка. Для каскада с общим эмиттером выходное сопротивление примерно равно сопротивлению коллекторного резистора (R_К), если пренебречь выходным сопротивлением транзистора.
  Низкое выходное сопротивление желательно для оконечных каскадов, чтобы максимально эффективно передать мощность в нагрузку.
  Для нормального режима работы транзистора допустимое напряжение между коллектором и эмиттером (U_КЭmax) должно превышать напряжение источника питания (E_К), а величина допустимого тока коллектора (I_Кmax) должна превышать максимальное значение тока в коллекторной цепи транзистора, чтобы избежать пробоя или насыщения.

Эквивалентные схемы по переменному току

Для анализа работы усилителя в области переменных составляющих сигнала используются эквивалентные схемы по переменному току. Эти схемы значительно упрощают анализ, позволяя сосредоточиться на динамических характеристиках, игнорируя постоянные составляющие.

• Принципы построения:
  • Источники питания по постоянному току считаются замкнутыми накоротко (имеющими нулевое сопротивление).
  • Разделительные и шунтирующие конденсаторы (C1, C3, C_Э) считаются короткими замыканиями (имеющими нулевое реактивное сопротивление) для рабочих частот, если их емкость достаточно велика.
  • Активные элементы (транзисторы) заменяются их эквивалентными моделями (например, Т-образной моделью, π-образной моделью или h-параметрами).
• Использование: Построив эквивалентную схему, можно применить стандартные методы анализа электрических цепей (законы Кирхгофа, метод узловых потенциалов, метод контурных токов) для расчета коэффициентов усиления, входных и выходных сопротивлений, а также для анализа частотных характеристик. Этот подход является краеугольным камнем в анализе аналоговых схем и позволяет инженеру получить глубокое понимание динамического поведения усилителя.

Отрицательная обратная связь (ООС) в УНЧ: Теория и практическое применение

В истории радиоэлектроники немногие концепции оказали столь же глубокое влияние на качество и стабильность электронных устройств, как отрицательная обратная связь (ООС). Открытая Гарольдом Блэком в 1927 году, ООС стала неотъемлемой частью практически каждого высококачественного усилителя, превращая нестабильные и нелинейные устройства в надежные и точные.

Принцип действия и виды ООС

Обратная связь (ОС) – это общий принцип, при котором часть выходного сигнала усилителя подается обратно на его вход. Если этот возвращаемый сигнал вычитается из входного, такая связь называется отрицательной обратной связью (ООС). Ее принцип действия заключается в том, что часть выходного сигнала подается на вход усилителя в противофазе входному сигналу, эффективно уменьшая его.

ООС может быть реализована различными способами, в зависимости от того, какой параметр (напряжение или ток) снимается с выхода и как он подается на вход (последовательно или параллельно):

• Последовательная ООС по напряжению: Выходное напряжение пропорционально снимается с выхода и подается последовательно со входным напряжением.
• Параллельная ООС по напряжению: Выходное напряжение пропорционально снимается и подается параллельно входному току.
• Последовательная ООС по току: Выходной ток пропорционально снимается и подается последовательно со входным напряжением.
• Параллельная ООС по току: Выходной ток пропорционально снимается и подается параллельно входному току.

Влияние ООС на основные параметры усилителя

Введение ООС, при всей своей кажущейся простоте, оказывает глубокое и многогранное влияние на все ключевые параметры усилителя:

• Коэффициент усиления: ООС всегда снижает коэффициент усиления усилителя. Коэффициент усиления усилителя, охваченного ООС (K_ООС), определяется формулой:
  KООС = K / (1 + βK)
  где K — коэффициент усиления без ООС, а β — коэффициент передачи цепи обратной связи. Выражение (1 + βK) называется глубиной обратной связи или петлевым усилением.
• Стабильность коэффициента усиления: Одно из важнейших преимуществ ООС. Она стабилизирует работу усилителя, уменьшая его относительное изменение в (1 + βK) раз при изменении параметров элементов схемы (например, из-за старения), температуры или других дестабилизирующих факторов. Это означает, что высокая стабильность коэффициента усиления достигается даже при значительном разбросе параметров активных элементов, что критически важно для массового производства электроники.
• Линейность и нелинейные искажения: Введение ООС является мощным инструментом для борьбы с нелинейными искажениями. Она уменьшает коэффициент нелинейных искажений (КНИ) усилителя (коэффициент гармоник) примерно в (1 + βK) раз, линеаризуя систему и уменьшая ее ошибки. Это происходит потому, что нелинейные искажения, возникающие в усилителе, также поступают на вход через цепь ОС в противофазе, частично компенсируя себя.
• Полоса пропускания и частотные искажения: Частотно-независимая ООС расширяет частотный диапазон усилителя, уменьшая «завалы» амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) на низких и высоких частотах. Это происходит потому, что на частотах, где коэффициент усиления без ОС начинает падать, обратная связь ослабевает в меньшей степени, эффективно «выпрямляя» АЧХ и уменьшая частотные искажения.
• Входное и выходное сопротивление: Влияние ООС на входное и выходное сопротивление зависит от типа обратной связи:
  • Входное сопротивление: При последовательной ООС оно увеличивается, а при параллельной — уменьшается.
  • Выходное сопротивление: Уменьшается в схемах с ООС по напряжению и возрастает в схемах с ООС по току.
• Шумы и помехи: Введение ООС эффективно уменьшает уровень помех, шумов и фона, которые *возникают внутри* самого усилителя после точки подачи обратной связи, примерно в (1 + βK) раз. Однако важно понимать, что ООС не уменьшает шумы и помехи, поступающие вместе с полезным входным сигналом, так как они усиливаются, а затем ослабляются обратной связью вместе с полезным сигналом.

Особенности частотно-зависимой ООС

Если модуль коэффициента передачи цепи обратной связи β зависит от частоты, такая ООС называется частотно-зависимой. Это свойство может быть использовано для целенаправленной коррекции частотной характеристики усилителя:

• Коррекция АЧХ: Путем изменения реактивных составляющих (конденсаторов, индуктивностей) в цепи ООС можно формировать желаемую АЧХ, например, для компенсации неравномерности АЧХ акустических систем.
• Регулировка тембра: Частотно-зависимая ООС лежит в основе многих регуляторов тембра (басов, высоких частот), позволяя изменять частотную характеристику усилителя в соответствии с предпочтениями слушателя.

Глубина обратной связи, характеризуемая петлевым усилением βK, является ключевым параметром, определяющим степень влияния ООС. Чем больше βK, тем сильнее выражены вышеупомянутые эффекты, но тем сложнее обеспечить стабильность работы усилителя, так как при определенных условиях ООС может стать положительной и вызвать самовозбуждение. Поэтому при проектировании УНЧ с ООС требуется тщательный анализ устойчивости.

Анализ частотных и нелинейных искажений в УНЧ

Идеальный усилитель должен воспроизводить входной сигнал на своем выходе, увеличивая его амплитуду, но не изменяя форму. Однако в реальных устройствах всегда присутствуют отклонения формы выходного сигнала от формы входного, что называется искажениями. Эти искажения являются одним из ключевых показателей качества УНЧ и делятся на два основных вида: линейные и нелинейные.

Линейные искажения (частотные и фазовые)

Линейные искажения не приводят к появлению новых частотных составляющих в сигнале, но изменяют соотношение амплитуд и фаз уже существующих гармоник. Они обусловлены зависимостью модуля коэффициента усиления напряжения или тока, а также фазового сдвига между входными и выходными величинами от частоты входного сигнала.

• Частотные искажения: Это искажения, обусловленные изменением значения коэффициента усиления на различных частотах в пределах рабочего диапазона. Они приводят к неравномерности АЧХ.
  • Причины низкочастотных завалов АЧХ: Основная причина — возрастание емкостного сопротивления разделительных конденсаторов (X_C = 1 / (2πfC)) по мере снижения частоты сигнала. При низких частотах эти конденсаторы перестают быть «короткими замыканиями» для переменного тока, их сопротивление возрастает, что приводит к падению коэффициента усиления. Шунтирующие эмиттерные конденсаторы также влияют на нижнюю граничную частоту.
  • Причины высокочастотных завалов АЧХ: На высоких частотах в игру вступают другие факторы:
    1. Инерционность движения носителей: В активных приборах (особенно биполярных транзисторах) носители заряда не успевают мгновенно реагировать на высокочастотные изменения входного сигнала.
    2. Влияние шунтирующих (паразитных) емкостей: Между выводами транзисторов (коллектор-база, коллектор-эмиттер, база-эмиттер) существуют паразитные емкости. На высоких частотах их реактивное сопротивление уменьшается, и они начинают шунтировать полезный сигнал, отводя его часть от основной цепи усиления. Также сказываются паразитные емкости, возникающие при монтаже элементов.
• Фазовые искажения: Вызываются различными фазовыми сдвигами для отдельных гармонических составляющих сигнала, вносимыми усилителем. Если фазовый сдвиг нелинейно зависит от частоты, это приводит к искажению формы сложных сигналов, хотя на слух они могут быть менее заметны, чем частотные.

Оценка линейных искажений:
Производится по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) и фазо-частотной характеристике (ФЧХ), которые получают путем подачи на вход усилителя синусоидального сигнала постоянной амплитуды и изменяющейся частоты.

• Полоса пропускания: Для усилителя определяется по уровню спада коэффициента усиления на 0,707 от среднего значения (или -3 дБ). Это стандартный критерий. Однако для высококачественных усилителей (Hi-Fi, Hi-End) частоты среза могут определяться по более строгому уровню -1 дБ (что соответствует уменьшению мощности сигнала примерно на 20%). Использование критерия -1 дБ позволяет более строго оценить качество усилителей, предназначенных для воспроизведения аудио высокого разрешения, где даже небольшие изменения амплитуды на краях диапазона могут быть заметны.

Нелинейные искажения и коэффициент гармоник (КНИ)

Нелинейные искажения являются более серьезной проблемой для качества звука, поскольку они приводят к появлению в выходном сигнале новых частотных составляющих (гармоник), отсутствующих во входном сигнале. Это делает звук «грязным», «жестким» или «неестественным».

• Причины возникновения: Основная причина — нелинейность входных и передаточных характеристик активных элементов (транзисторов, ламп). Если рабочая точка транзистора выбрана некорректно или амплитуда входного сигнала слишком велика, транзистор работает за пределами линейного участка своих характеристик, что приводит к появлению гармоник.
• Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) / Коэффициент гармоник (γ): Это основной показатель нелинейности. Он определяется как отношение среднеквадратичного значения суммы всех гармоник к среднеквадратичному значению основной гармоники выходного сигнала при подаче на вход чистого синусоидального сигнала.
  Введение отрицательной обратной связи (ООС) — самый эффективный способ борьбы с нелинейными искажениями. ООС уменьшает КНИ примерно в (1 + βK) раз, где β — коэффициент передачи цепи обратной связи, K — коэффициент усиления без ООС.
• Амплитудная характеристика (АХ): Зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного сигнала. Идеальная АХ представляет собой прямую, проходящую через начало координат. Отклонения реальной АХ от прямой (например, «завалы» на краях) явно указывают на наличие нелинейных искажений.
• Методы анализа нелинейных искажений:
  • Измерение КНИ: Используются специальные анализаторы спектра или измерители нелинейных искажений.
  • Графоаналитический метод: Для усилителей мощности может использоваться для определения КНИ по выходным характеристикам транзистора, позволяя графически найти рабочую точку и зоны нелинейности. Этот метод особенно полезен на этапах проектирования.
  • Моделирование: Современное ПО для схемотехнического моделирования (см. следующий раздел) предоставляет мощные инструменты для расчета и визуализации КНИ.

Значение КНИ для высококачественных УНЧ (Hi-Fi, Hi-End):
Как уже упоминалось, для высококачественных УНЧ (Hi-Fi) приемлемый КНИ обычно составляет менее 0,1% на номинальной мощности. В усилителях класса Hi-End этот показатель может быть значительно ниже, например, менее 0,01% или даже 0,001%, что достигается за счет тщательно подобранных компонентов, глубокой ООС и оптимизированной схемотехники.

Комплексный анализ как линейных, так и нелинейных искажений позволяет не только выявить слабые места в проектировании усилителя, но и принять меры для их устранения, обеспечивая высокое качество звука.

Моделирование и верификация УНЧ с использованием специализированного ПО

В эпоху цифровых технологий проектирование электронных схем невозможно представить без использования специализированного программного обеспечения. Моделирование и симуляция схемы УНЧ являются критически важным этапом, позволяющим верифицировать работоспособность разработанного устройства, проанализировать его характеристики (АЧХ, КНИ, временные диаграммы) и оптимизировать параметры еще до физической реализации. Это значительно сокращает время и стоимость разработки, минимизируя необходимость в дорогостоящих прототипах.

Выбор и возможности программного обеспечения

Существует множество программ для схемотехнического моделирования, большинство из которых базируются на универсальном симуляторе SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), разработанном в Калифорнийском университете в Беркли. SPICE-симуляторы позволяют анализировать аналоговые, цифровые и смешанные схемы.

Популярные SPICE-симуляторы:

• Multisim (National Instruments): Интуитивно понятный графический интерфейс, обширные библиотеки компонентов, широкий спектр анализов (AC, DC, Transient, Fourier, Distortion и др.). Отлично подходит для образовательных целей и быстрого прототипирования.
• LTSpice (Analog Devices): Бесплатный, мощный и очень популярный SPICE-симулятор. Отличается высокой скоростью симуляции, обширной библиотекой моделей компонентов Analog Devices и возможностью импорта моделей сторонних производителей. Немного сложнее в освоении для новичков из-за менее «дружелюбного» интерфейса, но предоставляет глубокие возможности.
• OrCAD PSpice (Cadence): Профессиональный и очень мощный пакет, предназначенный для проектирования сложных аналого-цифровых схем. Имеет широкие возможности для моделирования и анализа, но является коммерческим продуктом.
• Micro-Cap (Spectrum Software): Еще один мощный SPICE-симулятор с богатым функционалом и относительно простым интерфейсом. Долгое время был одним из ведущих, но его развитие остановлено.
• Proteus Design Suite (Labcenter Electronics): Комплексный пакет, включающий схемотехнический редактор, SPICE-симулятор и средства для проектирования печатных плат. Особенно популярен для моделирования микроконтроллерных систем, но также хорошо справляется с аналоговыми схемами.

Основные возможности этих программ:

• Обширные библиотеки компонентов: Содержат тысячи моделей отечественных и зарубежных транзисторов, операционных усилителей, диодов, интегральных микросхем, а также пассивных элементов. Крупные SPICE-библиотеки могут содержать десятки тысяч моделей, что значительно упрощает проектирование.
• Моделирование различных типов анализа: AC, DC, Transient, Noise, Distortion, Monte Carlo и др.
• Графическое представление результатов: Позволяет визуализировать АЧХ, ФЧХ, временные диаграммы сигналов, спектры искажений.
• Создание пользовательских моделей: Возможность импорта SPICE-моделей от производителей или создания собственных моделей для уникальных или редких компонентов.

Этапы и типы анализа при моделировании

Процесс моделирования УНЧ можно разбить на несколько последовательных этапов:

1. Создание схемы: В графическом редакторе программы разрабатывается принципиальная электрическая схема УНЧ, точно соответствующая расчетной схеме.
2. Выбор моделей компонентов: Из встроенных библиотек выбираются SPICE-модели транзисторов, операционных усилителей, резисторов, конденсаторов и других элементов. Важно убедиться, что выбранные модели максимально соответствуют реальным компонентам, которые планируется использовать. При необходимости можно загрузить пользовательские модели.
3. Задание параметров анализа: На этом этапе определяются типы анализа, которые необходимо провести, и их параметры.
   • DC Operating Point Analysis (Расчет рабочей точки по постоянному току): Позволяет убедиться, что транзисторы работают в заданных режимах по постоянному току (U_КЭ0, I_К0, U_Б0), и выявить возможные ошибки в расчете смещения.
   • AC Analysis (Анализ по переменному току): Используется для получения амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристик усилителя. Задаются диапазон частот и шаг сканирования. Результат – графики зависимости коэффициента усиления и фазового сдвига от частоты.
   • Transient Analysis (Переходный анализ): Показывает временные зависимости напряжений и токов в различных точках схемы при подаче на вход, например, синусоидального или прямоугольного сигнала. Это позволяет оценить искажения формы сигнала, задержки, время нарастания/спада.
   • Harmonic Distortion Analysis (Анализ гармонических искажений): Специализированный анализ для расчета коэффициента нелинейных искажений (КНИ) путем разложения выходного сигнала в ряд Фурье и определения амплитуд гармоник. На вход подается чистый синусоидальный сигнал.
4. Проведение симуляции: Запуск расчетов программы. Современные SPICE-симуляторы выполняют расчеты за доли секунды или минуты, в зависимости от сложности схемы.
5. Анализ результатов: Интерпретация полученных графиков и данных. Сравнение их с теоретическими расчетами и требованиями технического задания.

Верификация результатов и оптимизация

Заключительный этап моделирования — верификация, то есть проверка соответствия полученных результатов поставленным задачам.

• Сравнение с расчетами: Результаты моделирования (коэффициенты усиления, входные/выходные сопротивления, полоса пропускания, КНИ) должны быть сопоставлены с теоретическими расчетами, выполненными вручную. Расхождения могут указывать на ошибки в расчетах, неточности в моделях компонентов или неправильно заданные параметры симуляции.
• Оценка соответствия ТЗ: Проверяется, насколько характеристики усилителя, полученные в ходе моделирования, соответствуют требованиям, изложенным в техническом задании (например, по КНИ, мощности, полосе пропускания).
• Оптимизация: Если результаты не удовлетворяют требованиям, специализированное ПО позволяет быстро вносить изменения в номиналы компонентов, типы транзисторов или топологию схемы и повторно проводить симуляцию. Этот итерационный процесс оптимизации позволяет найти наилучшее схемотехническое решение.
• Документирование: Многие программы предоставляют возможность вывода пошагового решения расчетов в текстовом формате, а также экспорта графиков и диаграмм, что очень удобно для составления отчетов и курсовых работ.

Моделирование является мощным инструментом в руках инженера, позволяющим не только проверить корректность расчетов, но и глубоко изучить поведение схемы, выявить потенциальные проблемы и оптимизировать ее параметры для достижения наилучших результатов.

Заключение

Выполнение курсовой работы по расчету усилителя низкой частоты — это не просто обязательный этап в обучении студента технического вуза, а полноценное погружение в мир аналоговой электроники, схемотехники и инженерного проектирования. В рамках данной методики мы последовательно рассмотрели все ключевые аспекты этого процесса: от фундаментальных принципов усиления и всеобъемлющей классификации УНЧ до детального анализа схемотехнических решений для каждого каскада.

Мы подробно изучили пошаговую методику выбора активных и пассивных компонентов, подчеркнув критическую важность подбора комплементарных пар транзисторов и точного расчета режимов по постоянному току для обеспече��ия стабильности и линейности. Особое внимание было уделено расчетам переменных составляющих и усилительных характеристик, а также глубокому анализу роли отрицательной обратной связи, ее всестороннего влияния на параметры усилителя и методов борьбы с линейными и нелинейными искажениями. В отличие от многих устаревших источников, мы акцентировали внимание на современных классах усиления (D, G, H) и доминировании бестрансформаторных схем в транзисторных УНЧ, а также на более строгих критериях оценки качества (например, полоса пропускания по уровню -1 дБ).

Кульминацией методологии стало практическое руководство по моделированию и верификации разработанного УНЧ с использованием специализированного программного обеспечения, такого как Multisim и LTSpice. Этот этап позволяет студенту не только проверить свои теоретические расчеты, но и визуализировать поведение схемы, выявить потенциальные недочеты и оптимизировать ее параметры еще до физической сборки.

Таким образом, студент, освоивший данную методику, приобретает не только конкретные навыки расчета и проектирования УНЧ, но и развивает системное инженерное мышление, способность к комплексному анализу и оптимизации электронных устройств. Эти знания и навыки являются бесценным активом, открывающим широкие перспективы для дальнейшего изучения радиоэлектроники, разработки инновационных аудиосистем и решения сложных инженерных задач в будущей профессиональной деятельности.

Список использованной литературы

1. Титце, У., Шенк, К. Полупроводниковая схемотехника. М. : Мир, 1982.
2. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы : Справочник. М. : РиС, 1990.
3. Полупроводниковые приборы : Справочник. М. : Энергоатомиздат, 1985.
4. Короткова, Т.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. Воронеж : Воронежский институт МВД России, 2013.
5. Москатов, Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам. Издание 2. URL: https://www.twirpx.com/file/173982/ (дата обращения: 27.10.2025).
6. Простые предварительные УНЧ для приемников и передатчиков. URL: http://www.qrz.ru/schemes/contribute/audio/simple-pre-lfa.html (дата обращения: 27.10.2025).
7. Отрицательная обратная связь в усилителе. URL: http://audiokiller.net/obratnaya-svyaz-v-usilitele/ (дата обращения: 27.10.2025).
8. Обратная связь и её влияние на параметры усилителя. Основы схемотехники. Курс лекций. URL: https://siblec.ru/osnovy-skhemotekhniki/obratnaya-svyaz-i-eyo-vliyanie-na-parametry-usilitelya (дата обращения: 27.10.2025).
9. Обратная связь. Влияние отрицательной обратной связи (ООС) на основные качественные показатели усилительных устройств. URL: http://radio.cyber-nn.ru/article/radio/radio-182.html (дата обращения: 27.10.2025).
10. Влияние обратных связей на основные параметры усилителя. URL: http://radiomaster.ru/articles/view/176 (дата обращения: 27.10.2025).
11. Влияние отрицательной обратной связи на свойства усилителя. URL: http://cito-web.yspu.org/link1/metod/met124/node22.html (дата обращения: 27.10.2025).
12. Расчет каскадов предварительного усиления УНЧ, Расчет предоконечного каскада — Проектирование усилителя низкой частоты. URL: https://studfile.net/preview/1723145/page:14/ (дата обращения: 27.10.2025).
13. Высококачественный предварительный УНЧ. URL: http://radon.org.ua/radi_el_160.html (дата обращения: 27.10.2025).
14. Частотные искажения в усилителях. URL: http://osn.electro-akustika.ru/chastotnye-iskazheniya-v-usilitelyakh/ (дата обращения: 27.10.2025).
15. Предварительный каскад УНЧ. URL: https://studfile.net/preview/6684617/page:17/ (дата обращения: 27.10.2025).
16. Глава 2. Основные параметры и характеристики усилительных устройств. URL: https://studfile.net/preview/7916325/page:4/ (дата обращения: 27.10.2025).
17. 73. Частотная характеристика усилителя. Частотные искажения. Полоса пропускания усилителя. Предупреждение частотных искажений. URL: https://studfile.net/preview/8061763/page:7/ (дата обращения: 27.10.2025).
18. О подборе парных транзисторов для УНЧ, типичные ошибки новичков, + советы, нюансы, рекомендации. URL: https://www.youtube.com/watch?v=2v-k9MhU06k (дата обращения: 27.10.2025).
19. Усилительный каскад на биполярном транзисторе по схеме с ОЭ. Программный расчет. URL: https://electronicslab.su/wp-content/uploads/2023/09/Amplifier_BJT.pdf (дата обращения: 27.10.2025).
20. Москатов, Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам PDF. URL: https://ru.scribd.com/document/267882200/%D0%9C%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%B2-%D0%95-%D0%90-%D0%A1%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BA-%D0%BF%D0%BE-%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%BC-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%BC-pdf (дата обращения: 27.10.2025).
21. Предоконечный каскад блока усилителя мощности. URL: http://radio-lamp.ru/predvaritelnye-usiliteli/predokonechnyy-kaskad-bloka-usilitelya-moshchnosti/ (дата обращения: 27.10.2025).
22. 6.2. Искажения в усилителях. URL: http://www.electroscheme.ru/osnovy-elektroniki/usiliteli/iskazheniya-v-usilitelyakh.html (дата обращения: 27.10.2025).
23. 2.3. Методы анализа линейных усилительных каскадов. URL: https://studfile.net/preview/7916325/page:6/ (дата обращения: 27.10.2025).
24. 12. Оконечные каскады и усилители мощности. URL: https://studfile.net/preview/6591720/page:14/ (дата обращения: 27.10.2025).
25. Выбор транзисторов для усилителя. URL: https://ldsound.club/index.php?threads/vybor-tranzistorov-dlja-usilitelja.257/ (дата обращения: 27.10.2025).
26. Классы усилителей для аудио | Как работают? Чем отличаются A/AB/D/H? Какие лучше? URL: https://www.youtube.com/watch?v=R_Qp634sP-4 (дата обращения: 27.10.2025).
27. Двухтактный каскад. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D1%83%D1%85%D1%82%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%B0%D1%81%D0%BA%D0%B0%D0%B4 (дата обращения: 27.10.2025).
28. Лекция «Усилительные каскады на биполярных транзисторах». URL: https://www.youtube.com/watch?v=F0_s8b_4R8o (дата обращения: 27.10.2025).
29. Особенности схемотехники выходных каскадов УНЧ. URL: https://studfile.net/preview/4449089/page:10/ (дата обращения: 27.10.2025).
30. 4.2 Расчёт предоконечного каскада. URL: https://studfile.net/preview/4122146/page:11/ (дата обращения: 27.10.2025).
31. Усилительный каскад на полевом транзисторе. Программный расчет. URL: https://electronicslab.su/wp-content/uploads/2023/09/Amplifier_JFET.pdf (дата обращения: 27.10.2025).
32. Оконечные каскады усиления. URL: https://studfile.net/preview/1723145/page:18/ (дата обращения: 27.10.2025).
33. Оконечные каскады усилителей НЧ. URL: http://radiolamp.ru/shem/unch/4/ (дата обращения: 27.10.2025).
34. How to Choose a Power Amplifier? | Class A, AB, D, G, H Amplifiers. URL: https://www.youtube.com/watch?v=hGvXnQp4j0g (дата обращения: 27.10.2025).