Размещено на http://www.allbest.ru/

Приднестровский государственный университет им. Т.Г. Шевченко

Инженерно-технический институт

Кафедра информационных технологий и автоматизированного

управления производственными процессами

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Электроника»

тема: «Избирательный усилитель»

Работу выполнила

студентка группы 10ДР62ИТ

А.В. Волкова

Руководитель,

ст. преподаватель

А.В. Варзяев

Тирасполь, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. УСИЛИТЕЛИ

1.1 Общие понятия

1.2 Основные параметры усилителей

1.3 Классификация усилителей

1.4 Примеры схем усилителей

2 ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Разработка функциональной схемы устройств

2.2 Разработка принципиальной схемы устройства

2.3 Расчёт принципиальной схемы устройства

2.4 Общая схема устройства

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Избирательными (или селективными) называются усилители, полоса пропускания которых сужена для отделения сигналов в нужной полосе частот от сигналов, помех или шумов других частот.

По принципу действия и схемному выполнению избирательные усилители можно разделить на: резонансные, полосовые, усилители с обратной связью. Наиболее часто избирательные усилители применяются для усиления сигналов высокой частоты и являются одними из важнейших каскадов радиопередающих и радиоприемных устройств. Однако во многих случаях избирательные усилители применяются и для усиления низкочастотных сигналов.

Основные технические показатели

Избирательные усилители характеризуются следующими основными техническими показателями: коэффициентом усиления К; избирательностью d -- величины ослабления усиливаемого сигнала при заданной расстройке; полосой пропускания 2?f; величиной искажений сигнала; диапазоном частот fmin...fmax-в случаях диапазонного усилителя или средней частоты f0; полосой пропускания -- для усилителей с фиксированной настройкой.

Требования к избирательным усилителям зависят от их конкретного назначения, но в основном сводятся к тому, что: коэффициент усиления должен быть достаточно большим, а усилитель обеспечивать необходимую избирательность при достаточной ширине полосы пропускания; искажения сигналов не должны превышать допустимой величины; усилитель должен работать устойчиво, т. е. не самовозбуждаться и иметь параметры, мало меняющиеся в процессе эксплуатации; диапазонные усилители должны обеспечивать настройку на любую частоту в пределах заданного диапазона. При этом их качественные показатели во всем диапазоне должны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям.

Размещено на http://www.allbest.ru/

электронный усилитель сигнал мощность

Различают избирательность по соседнему каналу характеризующую способность усилителя ослаблять сигналы соседнего по частоте мешающих радиостанции и избирательность по зеркальному каналу d, характеризующую способность усилителя ослаблять сигнал зеркальной станции. Частота зеркальной радиостанции отличается от частоты принимаемой радиостанции на величину, равную рассеянной промежуточной частоте. Обычно избирательность выражают в децибелах

d [дБ]=20 lg (K0 / K)

где К0-коэффициент усиления на резонансной частоте;

К -- коэффициент усиления при заданной расстройке.

Полосой пропускания избирательного усилителя 2?f называют область частот, в пределах которой ослабление спектра усиливаемых колебаний не превышает заданной величины. Обычно считается допустимым ослабление уровня сигнала на 3 дБ (в раз по сравнению с максимальным значением на резонансной частоте.

Об избирательных свойствах усилителя и его полосе пропускания удобно судить по резонансной характеристике усилителя, представляющей собой график зависимости отношения коэффициента усиления К при расстройке к коэффициенту усиления К0 при резонансе от частоты (рис. 1).

При расчете схем избирательных усилителей исходные данные могут варьироваться в зависимости от назначения и особенностей применения усилителя. Ниже рассматривается возможный порядок расчета избирательных усилителей различных видов.

Структурная схема усилителя представляет полосовой усилитель без обратной связи.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. УСИЛИТЕЛИ

1.1 Общие понятия

Электронным усилителем называют устройство, преобразующее маломощный электрический сигнал на входе в сигнал большей мощности на выходе с минимальными искажениями формы.

Усиление мощности сигнала осуществляется за счет потребления усилителем энергии от дополнительного источника, называемого источником питания.

Следовательно, усилитель представляет собой устройство, входной сигнал которого управляет преобразованием энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Источниками входного сигнала являются микрофон, фотоэлемент, предшествующий усилитель, термопара, химический источник тока и т. д.

Диапазон мощностей, отдаваемых различными источниками входного сигнала на вход усилителя, широк. Например, напряжение, поступающее на вход усилителя от передающей телевизионной трубки, составляет всего 2-5 мВ при малой мощности. Однако такие источники, как предшествующий усилитель, могут создавать напряжение, достигающее сотен вольт при мощности около 1 Вт.

Выходной электрический сигнал усилителя поступает на устройство, называемое потребителем или нагрузкой. В качестве потребителей электрического сигнала используются телефон, громкоговоритель, гальванометр, осциллограф, реле, последующий усилитель, электродвигатель и т. д.

Значения потребляемой мощности для различных видов нагрузки лежат в широких пределах; например, мощность, потребляемая телефоном, составляет сотые доли ватт. В то же время мощность, потребляемая городской сетью проводного вещания, достигает сотен киловатт.

1.2 Основные параметры усилителей

Коэффициент усиления - показывает во сколько раз сигнал на входе больше, чем сигнал на выходе.

(1.1)

Если усилитель многокаскадный, то коэффициент усиления определяется как:

(1.2)

Изменение громкости звука пропорционально логарифму от соответствующего изменения звуковой энергии. Поэтому в современных усилителях коэффициент усиления измеряется в децибелах.

Усилитель в один децибел - это отношение мощности как десять к одному, для которых десятичный логарифм равен 1:

(1.3)

Если усилитель многокаскадный, то в децибелах он выражается как:

(1.4)

Диапазон усиливаемых частот - это область частот, в которых изменение коэффициента усиления не превышает допустимых значений.

Выходная мощность - это мощность, которая развивается усилителем в нагрузке.

Номинальная выходная мощность - наибольшее значение мощности, при которой искажения в усилителе не превышают допустимых значений.

Электрический КПД - это отношение выходной мощности к мощности, расходуемой источником анодного питания усилителя (соответствует ламповым усилителям):

(1.5)

Промышленный КПД - отношение выходной мощности к суммарной мощности питания цепи усилителя:

(1.6)

(1.7)

Частотные искажения - искажения любой фирмы электрических сигналов обусловленные различной степенью усиления слагающих напряжения различной частоты.

1.3 Классификация усилителей

По различным признакам усилителей делятся на ряд классов:

- усилители гармонических сигналов, предназначенные для усиления периодических сигналов различной величины и формы, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее длительности устанавливающихся процессов в цепях усилителя.

- усилители импульсных сигналов, предназначенные для усиления непериодических сигналов, например непериодической последовательности электрических импульсов различной величины и формы.

По 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.

1.4 Примеры схем усилителей

В настоящее время состав элементной базы позволяет собирать высококачественные усилители, используя крайне малое количество элементов, поскольку существуют микросхемы позволяющие создавать усилители для различных областей применения. В данных примерах мы будем рассматривать микросхемы серии TDA, которые получили свою известность, начиная с 1995г.

Рассмотрим усилители мощность которых составляет 3 - 12 Вт.

1) Усилитель на интегральной микросхеме TDA2021[2]

Основные характеристики усилителя:

Напряжения питанияот 3,7 до 12 В

Потребляемый ток (Vin=0) 90 мА макс.

Выходная мощность1Вт тип.при 9В, 4 Ом и d = 0.05 %

Выходная мощность0,5 Вт тип. при 3,7В, 4 Ом и d = 0.5 %

Номинальный частотный диапазон20 - 80.000 Гц

Схема усилителя принципиальная представлена на рисунке 1.1[3]:

Рисунок 1.1 - Функциональная схема усилителя на ИМ TDA2021

2) Микросхема TDA3454 представляет собой УНЧ класса А.

Основные характеристики усилителя:

Напряжения питанияот 5 до 14 В

Потребляемый ток (Vin=0) 12мА макс.

Выходная мощность0,3Вт тип. при 5 В, 4 Ом и d = 0.002 %

Выходная мощность0,5 Вт тип.при 14В, 8 Ом и d = 0.5%

Номинальный частотный диапазон20 - 80.000 Гц

Схема усилителя принципиальная представлена на рисунке 1.2 [4]:



Рисунок 1.2 - Функциональная схема усилителя на ИМ TDА3454

2) Микросхема TDA 2343 представляет собой УНЧ класса АВ.

Основные характеристики усилителя:

Напряжения питанияот 5 до 12 В

Потребляемый ток (Vin=0) 19мА макс.

Выходная мощность0,7Вт тип. при 5 В, 4 Ом и d = 0.2 %

Выходная мощность 1 Вт тип.при 12В, 8 Ом и d = 0.5%

Номинальный частотный диапазон20 - 80.000 Гц

Схема усилителя принципиальная представлена на рисунке 1.3[5]:



Рисунок 1.3 - Функциональная схема усилителя на ИМ TDА2343

2 ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Разработка функциональной схемы устройств

Выбор схемы усилителя

Усилитель с инвертированием входного сигнала применяют при преобразовании напряжения.

Он имеет близкий к нулю синфазный входной сигнал при любых дифференциальных входных сигналах, в то время как у не инвертирующих усилителей синфазный сигнал равен амплитуде входного напряжения. Отсутствие синфазного входного сигнала позволяет получить несколько лучшие характеристики преобразования. Поэтому данное включение является предпочтительным в точных преобразовательных устройствах. Усилители, осуществляющие точное стабилизирование сигналов, иногда называют масштабирующими.

Рис. 2.1. Структурная схема устройства

2.2 Разработка принципиальной схемы устройства

Расчёт схемы усилителя

Для работы в узкой полосе частот рассмотрим избирательный усилитель с емкостной связью, так как емкостная схема связи (емкостной делитель) целесообразна в полосовых усилителях с фиксированной настройкой. Принципиальная схема приведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема усилителя

2.3 Расчёт принципиальной схемы устройства

Сначала произведем расчет резисторов R1', R2', R3', Uвх, Iвых, Iвх по общей схеме.

Исходные данные

Выходная мощность Рн	Выходное напряжение Uвых	Входное сопротивление	Коэффициент усиления Kн
Вт	В	кОм	-
1	10	120	1600

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

(2.5)

(2.6)

Исходные данные: фиксированная частота настройки к заданной полосе пропускания (в супергетеродинных приемниках -- промежуточная частота) fпр; требуемый коэффициент усиления К; максимальный коэффициент устойчивого усиления; входное сопротивление последующего каскада Rвх сл; тип транзисторов с параметрами Ek, Ik; Sрасч, Ck,h11э,h22э,Cвх,Cвых; ; эквивалентная добротность контура Qэкв.

В результате расчета необходимо определить: параметры включения контура m1и m2 ; резонансный коэффициент усиления К0 ; данные элементов схемы.

Расчёт схемы усилителя.

1. Выбираем тип транзистора. Основным показателем при этом является граничная частота транзистора fгр , значение которой должно удовлетворять условию

(2.7)

Выписываем из справочника параметры транзистора: Ск -- емкость коллекторного перехода, nФ; h11э -- входное сопротивление при включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером, Ом; h22э -- выходная проводимость, См.

Таблица1 - Параметры транзистора 2N3904:

Показатель	Ед. изм.	Табличное значение	Значение для расчета схемы
Ik	мА	10	10
Ek	В	12	12
Ck	пФ	4,0	4,0
h11Э	кОм	1,0	1,0
h22Э	мкСм	1,0-40	20
h21Э	-	100-400	250
h11Б	пФ	8,0	8,0
fгр	мГц	250	250

2. Далее необходимо определить крутизну сквозной характеристики выбранного транзистора S. При этом возникают определенные трудности, так как значение крутизны обычно в справочниках не приводится. Учитывая, что в случае включения транзистора по схеме с общим эмиттером

(2.8)

можно найти крутизну либо графическим путем по характеристикам выбранного транзистора, либо рассчитать ее значение по формуле

(2.9)

h21э-- коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала в схеме с общим эмиттером; h11э -- входное сопротивление транзистора в ре-жиме малого сигнала в схеме с общим эмиттером, Ом. Следует учитывать, что с увеличением частоты крутизна транзистора уменьшается.

Поэтому окончательно расчетное значение крутизны транзистора равно

(2.10)

(2.11)

3. Определяем максимальный коэффициент устойчивости каскада



где Sрасч - расчетная крутизна транзистора на чистоте fпр мА/В, fmax выражается в мегагерцах; Ck - в пикофарадах.

4. Определяем коэффициент шунтирования контура входным сопротивлением последующего каскада и выходным сопротивлением транзистора, допустимый из условий устойчивости.

(2.13)

где Rвх.сл. - входное сопротивление последующего каскада, кОм; h22э - выходная проводимость транзистора в схеме с общим эмиттером, См.

5. Находим необходимое значение конструктивного и эквивалентного затухания контура

(2.14)

(2.15)

6. Рассчитываем характеристическое сопротивление контура при m1=1

(2.16)

( в выражается в омах; h22э - в сименсах)

7. Эквивалентную емкость контура определяем по формуле:

(2.17)

(fпр выражается в мегагерцах; - в килоомах)

8. Определяем коэффициент включения контура со стороны последующего каскада

(2.18)

9. Общая величина емкости емкостного делителя, составленного из конденсаторов С3 и С4 (рис. 3), равна (с учетом, что m1=1)

(2.19)

где Свых - выходная емкость транзистора (дается справочно = 10 пФ).

10. Определяем величины емкостей, входящих в контур,

(2.20)

где Свх - входная емкость транзистора выбранного типа (для последующего каскада равная 2 пФ справочно).

Для этих емкостей наиболее подходят конденсаторы полистирольные с оксидным диэлектриком. Обозначение К71

Характеристики

Номинальная емкость	Номинальное напряжение	Частота	Диапазон температур
22пФ-20мкФ	35-160	103, 106	-60,+80

Используем конденсаторы К71-5 с допуском ±2%, которые характеризуются малыми потерями. Для С3 выберем К71-5-0,024 мкФ, для С4 - К71-5-0,52 мкФ.

11. Действительная эквивалентная емкость контура

(2.21)

должна быть больше значения Сэкв, найденного по формуле

При выполнении условия С'экв? Сэкв расчет произведен правильно.

22353>23348, т.е. расчет произведен верно

12. Определяем индуктивность контура

(2.21)

(L1 выражается в микрогенри; fпр - в мегагерцах; Сэкв - в пикофарадах).

Для L1 наиболее подходит катушка МКИ-3 с индуктивностью 1260 мкГн.

13. Уточняем величину характеристического сопротивления [Ом] контура после выбора емкостей

(2.22)

14. Находим резонансный коэффициент усиления

(Sрасч выражается в миллиамперах на вольт; ' - в килоомах).

Необходимо, чтобы К0>K и К0<Куст.

При выполнении этих условий расчет произведен правильно.

15. Задаемся сопротивлением развязывающего фильтра (R4 на рис.3) порядка (0,2…1) кОм и определяем емкость фильтра

(2.24)

(С5 выражается в микрофарадах; fпр - в мегагерцах; R4 - в килоомах).

Аналогично С3, С4 для С5 выбираем К71-5-0,11 мкФ.

16. Рассчитываем параметры элементов схемы усилителя. Резистор R3 в эмиттерной цели термостабилизации режима работы транзистора находим по закону Ома

( 2.25)

принимая величину падения напряжения UЭ на резисторе R3 порядка 0,7...1,5В а величину тока коллектора равному справочному значению этого тока для выбранного типа транзистора.

Сопротивление резистора R2 делителя напряжения определяем по формуле

(2.26)

где д -- коэффициент нестабильности схемы (принимается в пределе 1,5...4); Ек напряжение источника питания каскада (выбирается в зависимости от величины допустимого напряжения на коллекторе для выбранного типа транзистора).

Сопротивление резистора R1 равно

 (2.27)

Выберем для R1, R2, R3 постоянные непроволочные резисторы С2-МЛТ-0,25 с допуском ±5%.

Для R1- С2-МЛТ-0,25-110 Ом с допуском ±1%, R2 - С2-МЛТ-0,25-1200 Ом с допуском ±2%, R3 - С2-МЛТ-0,25-100 Ом с допуском ±1%, R4 - С2-МЛТ-0,25-500 Ом с допуском ±1%.

Для того чтобы на резисторе R3 не возникало напряжения отрицательной обратной связи, его обычно шунтируют блокировочным конденсатором С2 (рис. 3)

Емкость этого конденсатора может быть найдена по формуле

(2.28)

где С2 выражается в микрофарадах; fmin -- в мегагерцах; R3 -- в килоомах.

Емкость разделительного конденсатора С1 определяем но формуле

(2.29)

(С1 выражено в микрофарадах; fmin -- в мегагерцах),

а величину эквивалентного входного сопротивления каскада (в килоомах) -- из соотношения

(2.30)

где h11э -- входное сопротивление выбранного транзистора. Аналогично могут быть рассчитаны элементы схемы последующего каскада усилителя.

Для С1, С2 выбираем К71-5-0,008 мкФ и К71-5-0,07 мкФ

Примечание.

Полученные значения сопротивлений и емкостей округляются до ближайших стандартных величин.

2.4 Общая схема устройства

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На примере курсового проекта я научилась: применять знания, которые я получила при изучении теоретического курса, на практике; решать некоторые инженерные задачи (на примере избирательного усилителя); работать с научно-технической и патентной литературой; осуществлять поиск известных технических решений. Разрабатываемый в данной курсовой работе прибор предназначен выполнять функцию усиления входного напряжения в узкой полосе частот. Применение высокоточного (прецизионного) усилителя обеспечивает высокую точность и хорошую стабильность работы. Большое внимание уделено описанию принципа работы схемы усилителя.

Избирательный усилитель позволяет существенно исключить влияние шумов и помех на входной сигнал, поэтому позволяет без особых искажений усиливать входящий сигнал.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. -М.: Энергоатомиздат, 1987. - 320с.: ил.

Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высшая школа, 1991.

Зарубежные транзисторы и их аналоги: справочник/ И.И. Пєтухов. -М.: РадиоСофт, 1999. - т.1, 560.

Ибрагим К.Ф. Основы электронной техники: Элементы. Схемы. Системы. - М.: Мир, 2001. - 398 с.

Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов для студентов специальностей 210300 - "Роботы и робототехнические системы", 220200 "Автоматизированные системы обработки информации и управления", 210100 - "Управление и информатика в технических системах" / Уфимский государственный авиационный технический университет; Сост. Р.Г. Валеева, Ю.В. Старцев. Уфа, 1997.-42 с.

Методические указание по выполнению курсовой работы по дисциплинам "Электроника" и "Электроника и основы схемотехники" / Уфимский государственный авиационный технический университет; Сост. Ф.Х. Кутдусов. - Уфа, 2001.-33 с.

Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. - СПб.: Корона - принт, 1998. - 398 с.

Расчет параметров катушек индуктивности: учебное пособие. И.И. Пєтухов. -М.: РадиоСофт, 2002. - , 435.

Резисторы. Конденсаторы. Трансформаторы. Дроссели. Коммутационные устройства. РЭА. Справочник / Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. прохоренко, Ю.П. Ходоренко. - Минск: Беларусь, 1994. - 591 с.

Хоровиц П., Хилл У.. Искусство самотехники: В 3-х томах: Т.1. Пер. с англ. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Мир, 1993.-413 с., ил.

Размещено на Allbest.ru