Расчет усилителя низкой частоты

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Февраля 2013 в 11:08, курсовая работа

Описание

Целью курсового проектирования является закрепление знаний по схемотехнике аналоговых электронных устройств, выбору их элементов, расчету качественных характеристик, приобретению навыков моделирования, оформления пояснительной записки и чертежей. В число проектируемых устройств входят различные усилители, генераторы гармонических колебаний, стабилизаторы постоянного напряжения.
Усилитель является одним из основных узлов различной аппаратуры в устройствах автоматики, телемеханики, вычислительной и информационно-измерительной техники.

Содержание

Введение...............................................................................................................3

1 Задания на выполнение курсовой работы......................................................4

2 Расчет усилителя низкой частоты..................................................................5

2.1 Расчет выходного каскада...........................................................................5

2.2 Расчет предоконечного каскада..................................................................8

2.3 Расчет входного каскада............................................................................10

2.4 Расчет элементов цепи обратной связи....................................................15

3 Компоновка схемы усилителя с последовательной ООС по напряжению.......................................................................................................17

Заключение.........................................................................................................21

Список литературы............................................................................................22

Электрическая принципиальная схема............................................................23

Перечень элементов электрической принципиальной схемы УНЧ.............24

Работа состоит из  1 файл

курсовая работа по электронике2.docx

— 172.89 Кб (Скачать документ)

Содержание

 

Введение...............................................................................................................3

 

1 Задания на выполнение курсовой работы......................................................4

 

2 Расчет усилителя низкой частоты..................................................................5

 

2.1  Расчет выходного каскада...........................................................................5

 

2.2  Расчет предоконечного каскада..................................................................8

 

2.3  Расчет входного каскада............................................................................10

 

2.4  Расчет элементов цепи обратной связи....................................................15

 

3 Компоновка схемы усилителя с последовательной ООС по напряжению.......................................................................................................17

 

Заключение.........................................................................................................21

 

Список  литературы............................................................................................22

 

Электрическая принципиальная схема............................................................23

 

Перечень  элементов электрической принципиальной схемы УНЧ.............24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Целью курсового проектирования является закрепление знаний по схемотехнике аналоговых электронных устройств, выбору их элементов, расчету качественных характеристик, приобретению навыков моделирования, оформления пояснительной записки и чертежей. В число проектируемых устройств входят различные усилители, генераторы гармонических колебаний, стабилизаторы постоянного напряжения.

Усилитель является одним из основных узлов  различной аппаратуры в устройствах  автоматики, телемеханики, вычислительной и информационно-измерительной техники. Усиление мощности сигнала осуществляется за счет потребления усилителем энергии  от источника питания. По ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых  частот усилители делятся на ряд  следующих типов:

  • усилители постоянного тока или усилители медленно меняющихся напряжений и токов, усиливающие электрические колебания любой частоты в пределах от низшей нулевой рабочей частоты до высшей рабочей частоты.
  • усилители переменного тока, усиливающие колебания частоты от низшей границы до высшей, но неспособные усиливать постоянную составляющую сигнала.
  • усилители высокой частоты (УВЧ), предназначенные для усиления электрических колебаний несущей частоты, например принимаемых приемной антенной радиоприемного устройства.
  • усилители низкой частоты (УНЧ), предназначенные для усиления гармонических составляющих не преобразованного передаваемого или принимаемого сообщения.

Из  трех типов транзисторных каскадов для усиления напряжения пригодны два: каскад с общей базой и каскад с общим эмиттером. Каскад с общим  коллектором может быть применен в многокаскадных системах, однако непосредственного усиления напряжения такой каскад не дает и выполняет  вспомогательную роль.  Для усиления напряжения звуковых частот наиболее пригоден каскад с общим эмиттером, так как он имеет более высокое входное и более низкое выходное сопротивления по сравнению с каскадом с общей базой.

Точный  анализ аналоговых устройств приводит к громоздким соотношениям, мало пригодным для практики инженерных расчетов. Рекомендуем использовать приближенные эквивалентные схемы и методы анализа, позволяющие получить простые и наглядные соотношения для параметрического синтеза устройств. Уточненный анализ и подгонку значений элементов спроектированных таким образом устройств можно

выполнить затем путем компьютерного моделирования с помощью пакетов Electronics Workbench или ASIMEC.

 

1 Задания на выполнение курсовой работы

 

Пусть стоит задача выбора основных элементов  двухтактного выходного каскада усилителя звуковых частот, представленный на рисунке 1, с выходной мощностью Вт   и сопротивлением нагрузки Ом.

Исходные параметры цепи приведены с соответствии с таблицей 1:

 


Таблица 1

Исходные  данные

 

Вариант

, Вт

, Ом

, мВ

, Ом

, Гц

, кГц

, оС

6

5

8

1000

300

15

25

50


 

где - активная мощность в нагрузке;

- активное сопротивление  нагрузки;

- ЭДС источника сигнала;

- внутреннее сопротивление  источника сигнала;

- нижняя граничная частота полосы  пропускания на уровне 3 дБ;

- верхняя граничная частота  полосы пропускания на уровне 3 дБ;

- максимальная температура  окружающей среды.

 

2 Расчета  усилителя низкой частоты

 

2.1 Расчет выходного каскада

 

Усилитель низкой частоты выполнен по схеме  с квазидополнительной симметрией выходных транзисторов. Усилитель питается от двухполярного источника. В точке покоя напряжение на нагрузке устанавливается равным нулю. В УНЧ используется цепь параллельной отрицательной обратной связи по напряжению через резистор R1 и вольтодобавочная цепь положительной обратной связи за счет элементов С2 и R6 [11,18].

Так как выходные каскады являются основными  потребителями энергии источников питания, они работают в режиме класса В или класса АВ, обеспечивая высокий  КПД. Для получения хороших энергетических показателей и небольших нелинейных искажений выбираем режим АВ. Резисторы R9 и R10, служащие для температурной стабилизации исходных рабочих точек оконечных транзисторов VT4 и VT5, берут порядка (5…15)% от . Выбираем R9 = R10 = 1 Ом из ряда Е12 с номинальной мощностью рассеяния 1 Вт.

Тогда полное сопротивление нагрузки одного плеча  в соответствии с формулой (1) составит:

 

                                               (1)

 

где  – активное сопротивление нагрузки;

 – сопротивление, находящийся в цепи усилителя VT4;

 

 

 

Требуемая максимальная выходная мощность , которую должны обеспечить транзисторы и которая определяется по формуле (2):

 

 

 

где – выходная мощность;

 

 

 

Максимальная  амплитуда тока нагрузки определяется в соответствии с формулой (3):

 

 

 

Требуемая величина напряжения источника питания, определяется в соответствии с формулой (4):

 

 

 

где – остаточное напряжение, которое определяется по формуле (5):

 

(5)

 

где –напряжение на коллектор – эмиттер для транзистора VT2, равное 0,5 В;

 – напряжение насыщения на  эмиттер – базе для транзистора  на VT4, равное 0,8 В;

 

 

 

 

 

Выбираем  Е  = 11 В. 

Максимальная  мощность потерь в каждом из выходных транзисторов [11] определяется по формуле (6):

 

 

 

где - коэффициент использования напряжения источника питания, который определяется по формуле (7):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Максимальное  напряжение на оконечном транзисторе  каждого плеча примерно равно удвоенному напряжению источника питания (когда один из транзисторов закрыт, а другой почти открыт) в соответствии с формулой (8):

 

 

 

 

 

По  значениям, и выбираем оконечные транзисторы типа КТ817В, основные параметры которого представлены в таблице 2.

 

Таблица 2

Основные  параметры транзистора типа КТ817В

 

           

3

5

60

60

5

25

           

25

2

1

0,6

0,1

3


 

Необходимая поверхность пластинчатого радиатора в квадратных сантиметрах при условии, что максимальная температура окружающей среды =50 оС, а температура перехода не превысит =120 оС, находится по формуле (9):

 

 

 

где  - тепловое сопротивление переход-корпус, равное ;

 

 

 

Роль  такого радиатора может выполнить  алюминиевая пластина со сторонами 10 и 4 см.

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Расчет  предоконечного каскада

 

Ток покоя оконечных транзисторов выбирают в диапазоне (3…10)%  от максимального тока нагрузки. В соответствии с формулой (10) примем

 

 

 

 

 

Исходный  ток через резистор примем равным 10% от (токи через резисторы и выбирают в несколько раз больше, чем токи баз VT4 и VT5) в соответствии с формулой (11):

 

 

 

.

 

Исходное  напряжение на резисторе  найдем по формуле (12):

 

 

 

где – пороговое напряжение входной характеристики транзистора;

 

.

 

Величина  сопротивления резистора  определяем по формуле (13):

 

 

 

 

 

Выбираем  из ряда Е12 с допустимым отклонением 10%. Максимальное напряжение на резисторе - определяем в соответствии с формулой (14):

 

 

 

 

 

 

 

Максимальные  токи определяются в соответствии с формулой (15):

 

 

 

 

 

 

 

где – коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе, который равняется , представленному в таблице 2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Расчет входного каскада

 

Максимальный  ток транзистора VT2 определяется в соответствии с формулой (16):

 

 

 

 мА.

 

Максимальное  напряжение на транзисторе VT2 определяется по формуле (17):

 

 

 

 

 

Напряжения  на транзисторах VT2 и VT4 практически одинаковы. Поэтому их максимальные мощности потерь различаются во столько же раз, что и токи и находят по формуле (18):

 

 

 

 

 

По  найденным значениям максимального  тока, напряжения и мощности выбираем в качестве VT2 транзистор типа КТ315B, а VT3 – транзистор типа КТ361B. Это наиболее распространенные транзисторы разного типа проводимости с одинаковыми параметрами, представленные в таблице 3.

 

Таблица 3

Параметры транзисторов типов КТ315B, КТ361B

 

Транзистор типа КТ315B

           

30

-

40

-

6

150

           

20…90

10

1

0,4

1

250

Транзистор типа КТ361B

           

50

-

40

40

4

150

           

40…160

10

1

-

1

250


Максимальный ток базы транзистора VT2 определяется в соответствии с формулой (19):

 

 

 

где -  коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе, который равняется , представленному в таблице 2;

 

 

 

Требуемый ток коллектора в рабочей точке  транзистора VT1 находим по формуле (20):

 

 

 

 

 

Принимаем ток  мА.

  Максимальная мощность потерь в транзисторе VT1 определяем по формуле (21):

 

 

 

 

 

В качестве VT1 выбираем транзистор КТ315В.

Для сохранения высокого коэффициента использования  источника питания при открывании транзистора VT3 потери постоянного напряжения на резисторе R5 (он служит для температурной стабилизации режима VT1) должны быть небольшими.

Принимаем В.

  Тогда сопротивление найдем по формуле (22):

 

 

 

 

 

 

 

Требуемое исходное напряжение смещения на резисторе  близко к сумме пороговых напряжений база-эмиттер транзисторов VT2, VT4, VT3 и рассчитывается следующим образом:

 

 

 

Отсюда  находим значение сопротивления  по формуле (23):

 

 

 

 

 

Суммарное падение напряжения на резисторах и определим как разность в соответствии с формулой (24):

 

 

 

Следовательно, сумма сопротивлений  и равна:

 

 

 

Сопротивление резистора  R6  выбирается из условий [7]:

 

 

 

        Выберем R3=3,3 кОм, R6=1,5 кОм из ряда Е12.

Информация о работе Расчет усилителя низкой частоты