додати матеріал


Електронний підсилювач

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Федеральне агентство з освіти
Кафедра «Цифрові радіотехнічні системи»
Пояснювальна записка до курсової роботи
з дисципліни
«Схемотехніка радіоелектронних засобів»
Керівник
Студент групи
Проект захищений з оцінкою:
________________________ <<_____>> __________ 200г
200

Зміст
Технічне завдання
Анотація
1. Аналіз технічного завдання
2. Ескізний розрахунок
3. Розрахунок принципової схеми
3.1 Розрахунок вихідного каскаду
3.2 Розрахунок проміжного каскаду підсилювача
3.3 Розрахунок вхідного каскаду
4. Конструкторський розрахунок
4.1 Розрахунок розділових конденсаторів
4.2 Розрахунок потужності розсіювання на резисторах
4.3 Розрахунок загального струму споживання
Список літератури

Технічне завдання
на курсову роботу з дисципліни
«Схемотехніка електронних засобів»
студенту
Тема роботи - електронний підсилювач
Вихідні дані:
Номінальна потужність в навантаженні, Вт 5
Робочий діапазон частот, кГц 0,51-15
Опір навантаження, Ом 8
Вхідний опір підсилювача, кОм> 5
Тип входу - диференціальний
Нелінійні спотворення,% 1,5
Частотні спотворення, дБ 3,0
ЕРС джерела сигналу (максимальна величина), мВ 100
Внутрішній опір джерела сигналу, Ом 200
Зміст основних розділів пояснювальної записки.
Введення, аналіз технічного завдання.
Ескізний розрахунок структурної схеми.
Електричний розрахунок наступних каскадів:
крайовий каскад:
проміжний каскад;
вхідний каскад;
Конструкторський розрахунок елементів схеми.
Перелік обов'язкових креслень
Електрична принципова схема;
Перелік елементів;
Дата видачі завдання
Керівник ____
Студент

Анотація
Електронний підсилювач
Список літератури - 8 найменувань
Графічне додаток - 1 лист ф.А3
За заданими даними (ТЗ) був розроблений електронний лінійний підсилювач, що підсилює задану потужність.

1. Аналіз технічного завдання
Кінцевий каскад.
Вихідна потужність у технічному завданні дорівнює 10 Вт, тому в якості вихідного каскаду виберемо двотактний каскад. Так як опір навантаження 8 Ом (менше 100 Ом), то вихідний каскад буде безтрансформаторних
Проміжний каскад.
Проміжним каскадом виберемо каскад із загальним емітером. Для забезпечення початкової напруги зсуву між базою і емітером включимо схему дільника.
Вхідний каскад.
Так як задано вхідний опір> 5 кОм у якості вхідного каскаду будемо використовувати диференційний каскад на польових транзисторах.

2. Ескізний розрахунок
Розрахуємо основні параметри:
Номінальна потужність в навантаженні: P н = 10 Вт.
Потужність, що припадає на одне плече двотактного каскаду:
P ~ п = 10 / 2 = 5 Вт.
Максимальна розсіює потужність одного плеча:
P рас. Max = 0,5 · P ~ п = 0,5 · 5 = 2,5 Вт.
Максимальний струм колектора дорівнює:
(1)
де Rн - заданий опір навантаження, Ом.
Тоді напруга на навантаженні:
,
де P н - номінальна потужність у навантаженні, R н - заданий опір навантаження.
Знайдемо наскрізний коефіцієнт підсилення:
,
де - Напруга на навантаженні, E u - ЕРС джерела сигналу. Множник 1,5 узятий для запасу.
Оскільки вихідний каскад включений за схемою з загальним колектором, то коефіцієнт підсилення по напрузі: K U ≈ 1. Щоб отримати необхідно в схему підсилювача включити проміжний каскад підсилення з
.
Нехай половина лінійних спотворень посідає крайовий каскад ( ), А інша частина залишається на решту каскади ( ).
дБ;
Так як , Знаходимо
;
дБ
Так само знайдемо
.

3. Розрахунок принципової схеми
3.1 Розрахунок вихідного каскаду
Підберемо необхідний транзистор виходячи з таких умов:
P До max> P рас. Max,
I К max> I К max.
де P До max - постійна розсіює потужність колектора, I К max - постійний струм колектора. (P рас. Max = 1,25 Вт, I К max = 1,11 А - розраховані в пункті 3)
Вибираємо за пару комплементарних транзисторів:
VT6 - КТ816А (pnp)
VT5 - КТ817А (npn)
Їх основні параметри:
Постійний струм колектора, I кмах = 3 А
Постійна напруга колектор-емітер, U кемах = 25 В
Постійна розсіює потужність колектора P К. MAX = 25 Вт
Постійна розсіює потужність колектора транзисторів КТ816А і КТ817А наведена при роботі їх з теплоотводом.
Виберемо напруга харчування виходячи з наступної умови:
2U ке.доп. Е п 2 (U ост. + U вих), (3)
де U ке.доп - максимально-допустиме значення напруги колектор - емітер для транзисторів КТ816А, КТ817А, U ост = 1 В - залишкову напругу для транзисторів КТ816А, КТ817А, U вих. - Заданий вихідну напругу. 90 В Еп 19,8 В
Вибираємо напруга живлення рівне 40 В.
Побудуємо навантажувальну криву на графіку вихідних характеристик транзистора КТ816А.
\ S
Малюнок 1. Вихідні характеристики
Навантажувальна крива проходить через точки і
\ S
Малюнок 2
\ S
Малюнок 3

Використовуючи вхідні і вихідні характеристики транзистора, побудуємо прохідну характеристику.
I K, А
0,45
0,75
1,07
1,32
I Б, мА
5
15
30
45
U БЕ, У
0,8
0,88
0,93
0,95
\ S
Малюнок 4
Виходячи з побудованої прохідний характеристики, визначаємо:
I до max = 1,11 А; I до min = 0,37 А
U БЕ max = 0,925 В; I Б max = 22 мА
U БЕ min = 0,775 В; I Б min = 2,5 мА
З отриманих значень визначаємо область зміни I Б і U БЕ:
U БЕ = U БЕ max - U БЕ min = 0,925-0,775 = 0,15 В
I Б = I Б max - I Б min = (22-2,5) · 10 -3 = 19,5 мА
Визначимо значення вхідного опору:

Визначимо коефіцієнт підсилення:

де U ВХ = U БЕ - вхідна напруга вихідних транзисторів, В;
U ВИХІД - заданий вихідна напруга, В.
Розрахуємо вхідний опір та коефіцієнт підсилення, з урахуванням зворотного зв'язку.
R вхос = R вхое (1 + b · К і);

де b-коефіцієнт передачі зворотного зв'язку
b = 1 т.к є 100% негативний зворотний зв'язок.

Знайдемо вхідна напруга кінцевого каскаду:

Розрахуємо g (коефіцієнт форми струму):


Приймаються g = 0,9.
Знайдемо колекторне опір транзистора VT4, використовується наступне співвідношення:

За стандартним ряду опорів виберемо R13 = 470 Ом.
Обчислимо колекторний струм через транзистор VT4, А:

Виберемо транзистор виходячи з таких умов:




Вибираємо транзистор КТ815Б (npn)
Його основні параметри:
Постійний струм колектора, I кмах = 1,5 А
Постійна напруга колектор-емітер, U кемах = 40 В
Постійна розсіює потужність колектора 10 Вт
\ S
Малюнок 5
\ S
Малюнок 6
Використовуючи вхідні і вихідні характеристики транзистора, побудуємо прохідну характеристику за формулою:

Отримані результати внесені в таблицю 1.

Таблиця 1.
h 21 е.
74,5
75
75
71
73
72
I б, мА
0,5
0,53
0,66
0,81
0,95
1,12
I до, мА
38,2
40
50
60
70
80,8
U бе, У
0,7
0,705
0,715
0,725
0,74
0,76
\ S
Малюнок 7
За допомогою методу п'яти ординат, розрахуємо нелінійні спотворення, що вносяться предоконечного каскадом:
I К max = 80,8 мА; I К min = 38,2 мА; I 1 = 73 мА; I 0 = 64 мА; I 2 = 50 мА.




Знайдемо коефіцієнти гармонік:
; ; .
Розрахуємо коефіцієнт нелінійних спотворень:

За технічним завданням = 1,5%. Щоб зменшити нелінійні спотворення необхідно ввести негативний зворотний зв'язок, яка знизить коефіцієнт нелінійних спотворень у глибину зворотного зв'язку (А):

Знайдемо глибину зворотного зв'язку:

До введення зворотного зв'язку:

де U вих - напруга на виході предоконечного каскаду, U вх - напруга на вході предоконечного каскаду;
U вх = U БЕ max-U БЕ min
U вх = 0,76-0,7 = 0,06 В.
Коефіцієнт посилення зворотного зв'язку:
;
де δ - коефіцієнт передачі зворотного зв'язку.

Так як δ · K u>> 1, то

Розрахуємо опір навантаження по змінному струму для предоконечного каскаду:

де R ВХ.ОС - вхідний опір кінцевого каскаду.
Знаходимо опір зворотного зв'язку:

За лінійці номіналів підбираємо R14 = 12 Ом.
Перерахуємо глибину зворотного зв'язку і коефіцієнт підсилення з урахуванням отриманого значення R14


Так як необхідно отримати K u ос = 5,1 збільшимо глибину зворотного зв'язку

Зробимо розрахунок з урахуванням нової глибини зворотного зв'язку:

За лінійці номіналів підбираємо R14 = 47 Ом

Знайдемо напругу на вході предоконечного каскаду:

На транзисторі VT4 і на опорі зворотного зв'язку відбувається падіння напруга:
U Б 0 = U БЕ 0 + U R1 4 ;
U R 14 = I Е0 · R14;
Так як I Е0 ≈ I К0, то
U R 14 = I К0 · R14 = 42,5 · 10 -3 · 47 = 1,99 В.
За вхідний статичної ВАХ транзистора визначаємо, що U БЕ0 = 0,73 В.
U Б0 = 0,73 +1,99 = 2,72 В
Струм дільника висловимо з припущення, що він набагато більше струму бази:


За лінійці номіналів підбираємо R12 = 390 Ом.

За лінійці номіналів підбираємо R11 = 560 Ом.
Зробимо перерахунок струму дільника з урахуванням обраних номіналів резисторів R11 і R12:

Так як вхідний опір предоконечного каскаду представляє собою паралельне включення опору транзистора VT4, R11 і R12.

знайдемо I Б - амплітуду струму бази;
I Б = I Б max - I Б min = (1,12-0,5) · 10 -3 = 0,62 мА
розрахуємо опір транзистора:

з урахуванням зворотного зв'язку опір транзистора VT4:


Забезпечення робочої точки транзисторів кінцевого каскаду здійснюється за допомогою діода, включеного в прямому напрямку.
Вибір діода виробляємо виходячи з таких умов:
,
де - Напруга на діоді, - Напруга зсуву.
Напруга зсуву знаходимо з прохідної характеристики транзистора кінцевого каскаду:
У

Вибираємо діоди Д229А у кількості 4шт з наступними параметрами:
U пр = 0,4 В; I обр = 50 мкА; U обр = 200 В; I пр = 400 мА;
3.2 Розрахунок проміжного каскаду підсилювача
Так як наскрізний коефіцієнт посилення дорівнює 134,1 а коефіцієнт посилення предоконечного каскаду дорівнює 4,95.

Для отримання заданого коефіцієнта посилення нам необхідний каскад попереднього підсилення з коефіцієнтом посилення K u = 5,2 і вхідний каскад з коефіцієнтом посилення K u ≤ 1.
Виберемо транзистор КТ315В
Його основні параметри:
Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ОЕ, h 21е = 30 ... 120
Постійний струм колектора, I кмах = 100 мА
Постійна напруга колектор-емітер, U кемах = 40В
Постійна розсіює потужність колектора 150 мВт
Зворотний струм колектора I К об = 1 мкА
Напруга насичення колектор-емітер при I К = 20 мА U нас = 0,4 В.
Ємність колектора C К = 7 пФ
Постійна часу ланцюга зворотного зв'язку τ ОС = 300 пс.
Введемо обмеження по струму: нехай I К max = 150 мА.
U ке min візьмемо більше U нас = 0,4. Нехай U ке min = 0,8 В.
Виберемо U R 10 = (0,1 ... 0,2) · Е П.
Нехай U R 10 = 0,15 · Е П = 0,15 · 40 = 6 В.
Тоді отримуємо умову:

;
де - Напруга на виході проміжного каскаду, - Зворотний струм колектора.
Так як В, отримуємо:

мА
Вибираємо
і мА.

Знайдемо потужність розсіювання транзистора:

Отримане значення потужності не перевищила допустиму (150 мВт).

За лінійці номіналів підбираємо R9 = 1 кОм.
Розрахуємо навантаження каскаду по змінному струму:


Переконався в можливості цього струму:
,
.
Розрахуємо коефіцієнт посилення каскаду по напрузі:
,
де h 21Е - статичний коефіцієнт передачі струму, h 11Е - вхідний опір транзистора.


r БЕ знайдемо як:
Ом
Ом
Ом

Так як нам необхідно отримати посилення каскаду K U = 5,2 введемо негативний зворотний зв'язок.
,
де δ - коефіцієнт передачі зворотного зв'язку.
Виходячи з нерівності, >> 1, отримуємо

;

За лінійці номіналів підбираємо R10 = 22 Ом.
Проведемо перерахунок коефіцієнта посилення і глибини зворотного зв'язку:


Знайдемо напругу на вході каскаду:

Струм бази знаходимо з наступної формули:
мА.
Струм дільника знаходимо з умови

мА.
;
;
де U R 10 - напруга на резисторі зворотного зв'язку;

Так як для кремнієвих транзисторів
У

За лінійці номіналів підбираємо R8 = 27 Ом.

За лінійці номіналів підбираємо R7 = 7,5 кОм.
Проведемо перерахунок з отриманими значеннями R7 і R8

Розрахуємо вхідний опір каскаду. Воно представляє собою паралельне з'єднання вхідного опору транзистора VT3 і резисторів R7 і R8.

Знайдемо вхідний опір транзистора VT2 з урахуванням зворотного зв'язку:
, Де А-глибина зворотного зв'язку.


3.3 Розрахунок вхідного каскаду
Оскільки необхідно забезпечити великий вхідний опір, вибираємо схему на польових транзисторах.
Виберемо транзистор КП307А, з параметрами:
S = 4мА / В (при U СІ = 10 В, U ЗИ = 0 В) - крутизна характеристики,
U ЗІ.0ТС = 0,5 В - напруга затвор-витік відсічення,
I З = 5мА - струм витоку затвора,
I C. НАЧ = 3мА - початковий струм стоку,
U СІ.МАКС = 27 В, U ЗС.МАКС = 27 В,
P C. МАКС = 250 мВт.
Розрахуємо струм навантаження:

Напруга на навантаженні вхідного каскаду:

Тоді потужність на навантаженні:

З умови R вх> 5 кОм (за технічним завданням), виберемо опору R6 і R1:
R1 = R6 = R вх / 2 = 8000 / 2 = 4000 Ом
Розрахуємо струм і напруга на вході:


Знайдемо коефіцієнт підсилення:

Знайдемо струм стоку:
I C МАКС = I C НАЧ = 3 мА
I C МІН = 0,1 · I C НАЧ = 0,3 мА
мА
Знайдемо опір R5:

За лінійці номіналів підбираємо R5 = 12 кОм
Напруга U ЗІ.0 висловимо зі співвідношення I C 0 = I C НАЧ = S · U ЗІ.0:

Визначимо струми на опору R1 і R6:

Знайдемо опору R2 і R4:

Знайдемо опір R 3:
З умови отримуємо R3:

За лінійці номіналів підбираємо R3 = 62 Ом

4. Конструкторський розрахунок
4.1 Розрахунок розділових конденсаторів
Визначимо величину розділового конденсатора C 5
,
де - Нижня частота роботи підсилювача, М ок - коефіцієнт частотних спотворень кінцевого каскаду.

За промислової лінійці конденсаторів виберемо: З 5 = 56 мкФ.
Знайдемо величину розділового конденсатора C 4:
,

За промислової лінійці конденсаторів виберемо З 4 = 2,7 мкФ.
Визначимо величину розділових конденсаторів C 3 і C 2:
,
де R ВХ - вхідний опір каскаду попереднього підсилення.

За лінійці конденсаторів виберемо З 3 = З 2 = 2,58 мкФ.
Визначимо величину розділового конденсатора C 1:
,

де - Вхідний опір вхідного каскаду.
Найближчим значенням з промислової лінійки конденсаторів є 62 нФ.
Розрахуємо напруга на конденсаторах:

В;
В;
У
За довідником підбираємо тип конденсаторів:

Тип
Номінальна напруга, В
Номінальна ємність, мкФ
Допуск,%
З 1
З 2
З 3
З 4
З 5
4.2 Розрахунок потужності розсіювання на резисторах
Потужність, що розсіюється на резисторах, визначається за наступною формулою:
,
де I - струм через резистор,
R - опір резистора.
Розрахуємо ці потужності:
мВт,
мВт,
мВт,
мВт.
мВт,
мВт,
мВт,
мВт.
мВт,
мВт,
мВт.
мВт,
При виборі резисторів, їх потужність розсіювання будемо брати в 1,5 - 2 рази більше отриманої в розрахунках.
4.3 Розрахунок загального струму споживання
Розрахуємо загальний струм споживання підсилювача. Для цього складемо струми від кожного каскаду. Одержуємо:


мА
Вт
ККД підсилювача дорівнює:
%

Список літератури
1. Войшвилло Г.В. Підсилювальні пристрої: Учеб. для вузів .- 2-е изд.-М.: Радіо і зв'язок, 1983 - 264 с.
2. Остапенко Г. С. Підсилювальні пристрої: Учеб. посібник для вузів .- М.: Радіо і зв'язок, 1989 .- 400 с.: іл.
3. Опадчій Ю.Ф. Аналогова та цифрова електроніка (Повний курс): Учеб. для вузів .- М.: Гаряча Лінія-Телеком, 2000 .- 768 с.: іл.
4. Проектування підсилюючих пристроїв: Учеб. посібник / За ред. Н.В. Терпугова. -М.: Вищ. школа, 1982 - 190 с.: іл.
5. Довідник по напівпровідникових діодів, транзисторів і інтегральних схем. / Під Ренді. М.М. Горюнова .- М.: «Енергія», 1997 .- 744 с.: Іл.
6. Лавриненко В.Ю. Довідник по напівпровідникових приладів .- 9-е изд., Перераб. -К.: Техніка, 1980. -464 С.: Іл.
7. Резистори, конденсатори, трансформатори, дроселі, комутаційні пристрої РЕА. / За ред. М.М. Акімов, Є.П. Ващуком. - Мн.: Білорусь, 1994. -591 С.: Іл.
8. Галкін В.І. Напівпровідникові прилади-2-е вид., Перераб. і доп. - Мн.: Білорусь, 1987. -285 С.: Іл.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
85.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Електронний підсилювач 2
Електронний документообіг
Електронний уряд
Електронний уряд
Електронний документ 2
Електронний секундомір
Електронний документ
Електронний банкінг
Електронний бізнес
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru