Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Разработка принципиальной электрической схемы усилителя

2. Расчётная часть

2.1 Техническое задание

2.2 Расчёт общих параметров усилителя

2.3 Расчёт входного каскада

2.4 Расчёт выходного каскада

2.5 Расчет ФНЧ и ФВЧ

2.6 Расчет коэффициента гармоник

2.7 КПД усилителя

3. Заключение

Список использованной литературы

Введение

Характерной особенностью современных электронных усилителей является исключительное многообразие схем, по которым они могут быть построены.

Усилители различаются по характеру усиливаемых сигналов: усилители гармонических сигналов, импульсные усилители и т. д. Также они различаются по назначение, числу каскадов, роду электропитания и другим показателям. Однако одним из наиболее существенных классификационных признаков является диапазон частот электрических сигналов, в пределах которого данный усилитель может удовлетворительно работать. По этому признаку различают следующие основные типы усилителей:

§ Усилители низкой частоты, предназначенные для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный диапазон которых лежит в пределах от десятков герц до десятков килогерц. Характерной особенностью УНЧ является то, что отношение верхней усиливаемой частоты к нижней велико и обычно составляет не менее нескольких десятков.

§ Усилители постоянного тока - усиливающие электрические сигналы в диапазоне частот от нуля до высшей рабочей частоты. Они позволяют усиливать как переменные составляющие сигнала, так и его постоянную составляющую.

Избирательные усилители - усиливающие сигналы в очень узкой полосе частот. Для них характерна небольшая величина отношения верхней частоты к нижней. Эти усилители могут использоваться как на низких, так и на высоких частотах и выступают в качестве своеобразных частотных фильтров, позволяющих выделить заданный диапазон частот электрических колебаний. Узкая полоса частотного диапазона во многих случаях обеспечивается применением в качестве нагрузки таких усилителей колебательного контура. В связи с этим избирательные усилители часто называют резонансными.

1. Разработка принципиальной электрической схемы усилителя

Схемная реализация входного каскада представлена на рис 1.

Рисунок 1. Схемная реализация входного каскада

Это схема дифференциального каскада. Я решил выбрать дифференциального каскад по следующим причинам:

ь дифференциальный каскад обеспечивает повышенную температурную стабильность предварительного усиления

ь к дифференциальному каскаду проще подключить обратную связь

ь у дифференциального каскада сравнительно большое входное сопротивление.

Схемная реализация каскада предварительного усиления представлена на рис 8. Это схема усилителя на биполярном транзисторе включенном по схеме с общим эмиттером. Я выбрал эту схему так как у нее сравнительно большие коэффициенты усиления по напряжению и по току, а также большое входное сопротивление. Недостаток этой схемы - сдвиг фаз между входным и выходным сигналом равен 180.

Схемная реализация выходного каскада представлена на рис 2.

Рисунок 2. Схемная реализация выходного каскада

Это схема двухтактного усилителя мощности работающего в режиме В. Двухтактный усилитель мощности обладает более низким коэффициентом нелинейных искажений, чем однотактный усилитель мощности. Также важным преимуществом двухтактной схемы является ее малая чувствительность к пульсациям питающих напряжений.

Электрическая принципиальная схема представлена на рис 3.

усилитель биполярный транзистор эмиттер



Рисунок 3. Электрическая принципиальная схема

2. Расчётная часть

2.1 Техническое задание

Вариант	Pвых	F	Кг	Мu	КПД	Ег
12	50(Вт)	20-20000(Гц)	2 %	1.2(Дб)	50 %	20*10-3(В)

2.2 Расчёт общих параметров усилителя

Сопротивление нагрузки для усилителя звука не должно превышать 10Ом. Пусть:

Тогда, максимальное напряжение в нагрузке:

Максимальный ток протекающий через нагрузку:

Максимальный коэффициент усиления:

;

Коэффициент усиления в полосе пропускания (по уровню "0.707"):

.

Рассчитаем напряжение питания усилителя по формуле:

Для большинства мощных транзисторов = 0,5..2 В. Предварительно можно принять = 1 В. Зададимся падением напряжения на резисторе, установленном в эмиттерной цепи: = 1 В.

.

Полученную величину округлим до ближайшего целого числа, а затем примем из стандартного ряда Е 24:

= 36 В.

2.3 Расчёт входного каскада

Рисунок 4. Дифференциальный каскад

Подбор транзисторов.

VT2, VT5 (N-P-N) КТ 8131Б.

.

VT1, VT4, (P-N-P) 2Т 708АД.

.

VT3, VT6 (N-P-N) КТ 3102ДМ.

.

Определение рабочих точек для VT1, VT2, VT3, VT4, VT5, VT6.

При определении рабочих точек необходимо учесть, что VT1 включен в диодном режиме, и, т.к. дифференциальный усилительный каскад выполняется по принципу сбалансированного моста (равенство соответствующих потенциалов: ; ; ), то не должно превышать VT1. Тогда:

;

.

.

.

Расчёт R1 и R3.

Примем R_ВХ=60000(Ом), а r_б=65(Ом) тогда:

.

.

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е 24:

.

Расчёт R2.

.

Источник тока должен обеспечить ток

.

.

.

Выберем потенциал базы из условия обеспечения большого диапазона допустимых значений синфазной составляющей сигнала .

Рассчитаем номинал резистора , задающего, при фиксированном потенциале базы транзистора , его ток:

.

.

По ВАХ смотрим ток:

.

;

;

.

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е 24:

.

Расчёт R5.

.

.

.

.

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е 24:

.

Расчёт R4.

.

.

..

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е 24:

.

"Токовое зеркало". Выполнено на транзисторах и , при этом транзистор используется в диодном включении. По выполняемым функциям эта схема является управляемым источником тока на , причем входным током является ток коллектора , а выходным ? ток коллектора . Для точного "отображения" на выходе входного тока необходимо, чтобы параметры и были идентичными, для этого также можно выбрать транзисторную сборку ().

Идентичность транзисторов, входящих в сборку, позволяет получить коэффициент отражения "токового зеркала" близким к 1:

,

где ? коффициенты передачи по току транзисторов и .

При отсутствии входного сигнала, то есть в режиме покоя, ,

.

2.4 Расчёт выходного каскада

Выбор транзисторов.

Зная напряжение питания усилителя и максимальный ток протекающий через нагрузку, выберем транзисторы для выходного каскада по следующим условиям:

I_kmax I_нmax

U_кэmax 2 E_k

По справочной литературе выбираем следующие транзисторы:

VT10, VT12 (N-P-N) КТ 630Г

.

VT11, VT13 (P-N-P) КТ 664Б 9

Рисунок 4. Усилитель мощности

VT8(P-N-P) КТ 3102

.

Расчёт R8.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е 24:

.

Выбор диодов.

В отсутствии сигнала.

.

.

.

VD1,VD2,VD3 - B200-13.

.

По ВАХ: при падении напряжения 0.9 вольт протекающий ток через диод равен ~5мА. Ток отходящий на базы транзисторов VT10 и VT11 очень мал, исходя из этого:

.

.

VT9, VT7(N-P-N) КТ 3102ДМ

.

Выберем потенциал базы VT9 из условия обеспечения большого диапазона допустимых значений синфазной составляющей сигнала.

Расчёт R9.

.

.

.

.

.

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е 24:

.

Расчёт R6.

.

.

.

.

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е 24:

.

Расчёт R7.

.

.

.

.

Приведем рассчитанное сопротивление к ряду Е 24:

.

Расчет коэфициентов частотных искажений.

Бёрём заданный коэффициент искажений:

.

Распределим его между двумя конденсаторами от фильтров согласно условию:

.

Тогда в общем случае:

.

2.5 Расчет ФНЧ и ФВЧ

R_Г=20(Ом).

.

.

.

.

Приведем рассчитанное значения элементов к ряду Е 24:

.

.

.

.

Расчет коэффициента усиления входного каскада.

, (2.41)

где - входное сопротивление промежуточного каскада на VT8, определенное в режиме ХХ;

.

.

.

- объемное сопротивление базы, .

Тогда:

.

.

.

.

Тогда:

.

Расчет коэффициента усиления промежуточного каскада.

Имеется каскад по схеме ОЭ.

.

.

.

Расчет коэффициента усиления выходного каскада.

.

.

.

Расчет общего коэффициента усиления.

В нашем случае имеется трехкаскадный усилитель. Его коэффициент усиления определяется как: , где , , - коэффициенты усиления первого, второго и третьего каскадов соответственно в режиме холостого хода.

Т.е. общий коэффициент усиления усилителя низкой частоты:

.

2.6 Расчет коэффициента гармоник

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5. Определение гармонических составляющих выходного тока методом пяти ординат по сквозной характеристике

Метод расчета.

Для расчета коэффициента гармоник транзисторных каскадов используют сквозную динамическую характеристику переменного тока, так как она включает в себя нелинейность как входной, так и выходной цепи транзистора при помощи упрощенных методов гармонического анализа.

Наиболее распространенным методом является метод пяти ординат, при использовании которого на сквозной динамической характеристике отмечают пять точек, соответствующих:

полной положительной амплитуде ЭДС сигнала ;

половине положительной амплитуды ЭДС сигнала ;

нулевой точке;

половине отрицательной амплитуды ЭДС сигнала ;

полной отрицательной амплитуде ЭДС сигнала ;

Значения выходного тока, соответствующие этим точкам, обозначаются соответственно , , , , .

Амплитуды первой, второй, третьей, четвертой гармоник выходного тока , , , и его среднее значение за период находятся как:

;

;

;

;

.

Правильность вычислений проверяется по уравнению:

.

После этого найденные значения , , , подсавляют в формулу для расчета коэффициента гармоник:

.

Построение сквозной характеристики.

,

где - входное напряжение, определяемое по входной характеристике и соответствующее определенным значениям тока базы ;

- выходное сопротивление промежуточного каскада на VT8.

Для построения сквозной характеристики определим несколько точек, соответствующих току коллектора VT8. Определим соответствующие токи базы.

; ;

; ;

; ;

; ;

. .

Для каждого тока базы по входной характеристике VT8 определяем напряжение и для каждого определим , зная что:

.

- сопротивление коллекторного перехода VT5.

.

; ;

; ;

; ;

; ;

. .

Тогда:

;

;

;

;

.

Амплитуды гармоник:

;

;

;

;

.

Производим проверку:

.

Рассчитываем коэффициент гармоник:

.

Полученный коэффициент гармоник на порядок превышает заданный в техническом задании. Обеспечить требуемую величину коэффициента можно

за счёт проведения отладки схемы.

2.7 КПД усилителя

Коэффициент полезного действия усилителя определяется, в основном, мощностью, отбираемой от источника питания выходным каскадом:

,

где .

Тогда:

3. Заключение

Расчет параметров усилителя производился при идеальных условиях, а именно:

сопротивление генератора - БМ;

сопротивление нагрузки - ББ.

В реальных условиях это не совсем так и эти сопротивления учитываются при расчете.

Кроме того, рассчитанные значения сопротивлений и емкостей приводятся к стандартным значениям, выпускаемым промышленностью, а это также ведет к ухудшению свойств усилителя.

Дана схема была смоделирована на программе Circuit Maker и отвечает всем требованиям указанным в техническом задании.

Для ознакомления с характеристиками (АЧХ, Фурье и т.д.), к курсовой работе прилагается диск на котором имеется рабочая схема.

Список использованной литературы

1. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М.: Энергия. 1977. - 670 с.

2. Горюнов Н.Н. Транзисторы: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 904 с.

3. Шакирова Р.Х., Гатиатуллина Т.Ю., Данилин О.Е. Проектирование электронных устройств: Учебное пособие-Уфа,2007. -76 с.

4. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.:Высш. школа,1982. - 496 с.

5. Изьюрова И.С. Расчет электронных схем. - М.: Высш. школа 1987. - 335 с.

Размещено на Allbest.ru