Електричні підсилювачи
Вибір типу транзисторів та схеми їх включення. Характеристика режимів роботи по постійному та змінному струму. Визначення коефіцієнта нелінійних спотворень вхідного сигналу та напруги джерела живлення підсилювача. Електричний розрахунок трансформатора.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | курсовая работа |
Язык | украинский |
Дата добавления | 13.11.2017 |
Размер файла | 615,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
8
Зміст
1. Завдання
2. Теоретичні відомості
3. Розрахунково-пояснювальна записка
3.1 Вибір типу транзистора
3.2 Розрахунок режиму роботи транзистора по постійному струму
3.3 Розрахунок режиму роботи транзистора
по змінному струму
3.4 Визначення потужності сигналу, яка віддається транзисторами у вибраному режимі їх роботи
3.5 Визначення коефіцієнта підсилення плеча каскаду по напрузі і потужності
3.6 Розрахунок коефіцієнта нелінійних спотворень сигналу
3.7 Розрахунок елементів схеми підсилювача
3.8 Розрахунок вихідного трансформатора
4. Специфікація
5. Графічна частина
Висновки
Список використаної літератури
1. Завдання
№ варіанта |
Режим роботи |
Рвх. Вт |
Кг, % |
mН=mв дБ |
fH , Гц |
fB, кГц |
RН, Ом |
Тр.н.с.. С° |
|
5 |
А |
2,0 |
3,5 |
2,0 |
120 |
16 |
12 |
33 |
Завдання на курсову роботу передбачає:
Вибір типу транзисторів та схеми їх включення.
Визначення найбільшої потужності, яка виділяється в транзисторі.
Розрахунок режимів роботи транзисторів по постійному і змінному струму.
Визначення напруги джерела живлення підсилювача
5.Визначення потужності сигналу, яка віддається транзисторами у вибраному режимі їх роботи.
Визначення коефіцієнта підсилення плеча каскаду по напрузі і потужності.
Розрахунок коефіцієнта нелінійних спотворень вхідного сигналу.
Визначення номінальних значень елементів схеми підсилювача і вибір 'їх типу.
Електричний розрахунок трансформатора у вихідному колі підсилювача.
транзистор струм сигнал підсилювач
2. Теоретичні відомості
Підсилення електричних сигналів - один з видів перетворення електромагнітної енергії, який відноситься до процесів її керування. Пристрій, який призначений для керування електричною енергією, для збільшення її потужності називають підсилювачем.
Структурна схема підсилювача має вигляд:
Вхідне коло підсилювача - коло підсилювача, до якоговмикається джерело керованої енергії, яке характеризується миттєвим значенням ЕРС (Еі) і внутрішнім опором (Zі).
Підсилювальний елемент - активний елемент електричного кола, який має управляючу властивість (транзистори, ЕВП, ІМС).
Вихідне коло - коло підсилювача, до якого підмикається навантаження, яке в загальному випадку носить комплексний характер.
Джерело живлення - джерело керуючої енергії, яка петворються підсилювальним елементом в енергію підсилювальних сигналів. Найчастіше в якості джерела живлення використовують гальванічні елементи.
Підсилювачі класифікують за такими ознаками:
За характером підсилювального сигналу:
підсилювачі гармонічних сигналів;
підсилювачі дискретних сигналів.
По діапазону підсилювальних частот:
підсилювачі постійного струму;
підсилювачі змінного струму.
За видом електричних параметрів підсилювального сигналу:
підсилювачі струму;
підсилювачі напруги;
підсилювачі потужності.
По типу підсилювальних елементів:
транзисторні;
ІМС;
електровакуумні.
По типу підсилюваних сигналів:
аперіодичні;
резонансні.
По призначенню:
телевізійні;
радіомовні;
радіотрансляційні;
вимірювальні.
Властивості підсилювачів характеризуються технічними показниками, які регламентуються відповідними стандартними. Число технічних показників визначається пизначенням підсилювача.
До основних технічних показників відносяться:
вхідні/вихідні праметри;
ККД і споживана потужність;
коефіцієнт підсилення;
амплітудна характеристика і динамічний діапазон;
лінійні і нелінійні спотворення;
перехідні спотворення;
шуми.
Підсилювачем потужності називається підсилювач в якому вихідна потужність підсиленого сигналу співрозмірна з потужністю, яка підводиться до колекторного кола підсилювача від джерела живлення.
Підсилювальний каскад - це сукупність підсилюваль-них елементів з усіма додатковими елементами, які забезпечують заданий режим роботи.
Принцип підсилення підсилювальним каскадом на біполярних транзисторах полянає в тому, що підсилення напруги, струму або вихідної потужності відбувається за рахунок частини енергії або потужності джерела живлення по постійному струму.
Потужнім каскадом прийнято вважати каскад в якому транзистори віддають в навантаження потужність, близьку до максимально можливої. Основними вимогами, які ставляться до потужних вихідних каскадів, є одержання необхідної потужності в навантаженні і її максимальний коефіцієнт корисної дії при допустимих спотвореннях сигналу. Вимога максимального ККД має найбільше значення для підсилювачів з живленням від автономних джерел. Максимальне підсилення - другорядна вимога, оскільки необхідне підсилення може бути одержане в інших каскадах.
Транзистори, які стоять в підсилювачах потужності можуть працювати в режимах класів А, В, АВ.
Режим А - це такий режим, при якому робоча точка знаходиться по середині лінійної частини прохідної характеристики. Амплітуда вихідного струму змінюється напротязі повного періоду підсилювального сигналу. Тобто кут відсікання и=180
Режим В - режим з такою відсічкою, при якій вихідний струм тече практично тільки напротязі півперіода сигналу и=90. При цьому робоча точка лежить на початку прохідної характеристики.
Режим АВ - проміжний режим, при якому вихідний струм протікає напротязі більш, як одного півперіоду. Кут відсікання лежить в межах 30 < и <180
Вибір режиму здійснюється прикладенням відповідної напруги між базою та емітентом. В режимах класів АВ і В можуть працювати тільки двотактні каскади.
Однотактні вихідні каскади застосовуються деколи в підсилювачах з малою вихідною потужністю, оскільки їх ККД не перевищує 40%
Трансформаторні двотактні вихідні каскади в основному використовуються в режимі АВ, при якому ККД перевищує 50%. В цьому режимі втрати енергії джерелом живлення досить малі при відсутності сигналу і підвищується з підвищенням рівня сигналу, а рівень нелінійних спотворень більший, ніж при роботі в режимі класу А.
3. Розрахунково-пояснювальна записка
3.1 Вибір типу транзистора
1) Вихідна (коливальна) потужність сигналу в колекторному колі трансформатора:
[Вт],
де зт=0,8 - ККД вихідного трансформатора.
2) Потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора:
,
де зА=0,45 - ККД колекторного кола транзистора в режимі роботи А (лежить в межах 0,40,45).
3) Максимальна потужність яка розсіюється на колекторі транзистора з врахуванням температури навколишнього середовища:
,
де Рkmaxp. - максимально допустима розрахункова потужність транзистора, який вибирається.
Трмах=+850С - максимальна температура колектор-ного переходу для германієвих транзисторів.
Тр ном=+200С - номінальна температура, при якій значення потужності, яка розсіюється на колекторі транзистора максимальна.
Тдс=+330С - температура довколишнього середовища
4) Розрахункове значення граничної частоти транзистора для схеми з спільним емітером:
[кГц],
де Мв - визначається у відносних одиницях:
Мв=Мн(дБ)=20lgМв
Мв=Мн=
5) Вибираємо тип транзистора виходячи з умов:
Вибрав транзистор ГТ403А:
fh21e=1000 кГц;
Pk max=4 Вт (з тепловідводом).
Так, як умова Pk maxр? Pk max виконується тільки при наявності тепловідводу, то проводжу розрахунок поверхні охолодження радіатора:
[см2],
де RTT=150С/Вт -- величина теплового опору колекторного переходу.
6) Тип вибраного транзистора та параметри вибраного транзистора:
Pk max=4 Вт (з тепловідводом);
fh21e=1000 кГц;
Uke max=30 В;
h21e=2060;
Ik max=1,25 А;
RTT=150С/Вт
3.2 Розрахунок режиму роботи транзистора по постійному струму
Напруга на колекторі транзистора в режимі спокою:
Uke0=(0.30.5)Uke max = 0,3•20 = 6 [B]
Напруга джерела живлення:
Ek=2.25Uke0= 2.25•6 = 13.5 [B]
Величина колекторного струму в режимі спокою:
[A]
Побудова ЛН_ на вихідних статичних характеристиках транзистора і визначчення координати робочої точки: {Ik0; Uke0; Іб0}:
Uke0=6 B;
Ik0=0.46 A;
Iб0?23 mA.
5) Величинаемітрного струму в режимі спокою:
Ie0=Ik0+Iб0=0.46+23=23•10-3+0.46=0.483 [A]?0.5 [A]
3.3 Розрахунок режиму роботи транзистора по змінному струму
1) Опір колекторного навантаження по змінному струму для одного плеча схеми:
[Oм]
2) Спад напруги на Rк~:
URk~=Ik0•Rк~= 0.46•14.4 = 6.6 [B]
3) Напруга між колектором і емітером транзистора:
Uke~=Uk0+URk~= 6+6.6 = 12.6 [B]
4) На РИС.1 наносимо точки {0, Uke~} та {Ik0, Uke0}.
За графіком на РИС.1 визначаємо мінімальне і максимальне значення вихідного струму та напруги транзистора:
Ik min=2.0 mA;
Ik max=0.88 A;
Uke max=12.6 B;
Uk min=2.0 B
3.4 Визначення потужності сигналу, яка віддається транзисторами у вибраному режимі їх роботи
1) Потужність, яку віддає транзистор у вибраному режимі роботи:
Pk~=0.125•(Ik max - Ik min)2•Rk~=
=0.125•(0.88-2)2•14.4 = 2,26 [Bт]
2) Перевірка виконання умови:
Pk~?P~.
2.26>1.25 [Вт]
(умова виконується)
3.5 Визначення коефіцієнта підсилення плеча каскаду по напрузі і потужності
1) На вхідній динамічній характеристиці транзистора відкладаємо відповідні координати робочої точки і граничних точок (див графічну частину РИС.2):
{Iб0;Uбe0}, {Iб max;Uбe max}, {Iб min;Uбe min}
Iб0 = 23 mA;
Uбe0 = 0.47 B;
Iб max = 64 mA;
Uбe max = 0.68 B;
Iб min = 2 mA;
Uбe min = 0.17 B.
2) Амплітудні значення вхідного струму та напруги:
3) Вхідний опір транзистора по змінному струму:
4) Потужність на вході підсилювача:
Коефіцієнт підсилення по напрузі:
KUдБ=20lg KU =26,19 [дБ]
6) Коефіцієнт підсилення по потужності:
KPдБ=10lgKP =27,49 [дБ]
3.6 Розрахунок коефіцієнта нелінійних спотворень сигналу
1) Формуємо наскрізну динамічну ВАХ підсилювального елемента за сім'єю вхідних і вихідних статичних характеристик і навантажувальної прямої змінного струму каскаду Ік=f(Ei): для цього визначаємо значення Uke для трьох точок (А, Р, В) по вхідних і вихідних статичних характеристиках транзистора (див. графічну частину РИС.3).
2) Дані заносимо в таблицю і будуємо наскрізну динамічну ВАХ транзистора по табличним даним.
т. А |
т. Р |
т. В |
||
Uke, B |
2,8 |
6 |
9 |
|
Ik, A |
0,66 |
0,46 |
0,26 |
|
Iб, mA |
48 |
23 |
8 |
|
Uбe, B |
0,6 |
0,47 |
0,36 |
|
E, B |
24,6 |
11,97 |
4,36 |
3) Виділяємо на наскрізній характеристиці (РИС.3) п'ять ординат - значень колекторного струму у характерних точках:
Ik min=0.26 A;
Ik сер=0.46 A;
Ik max=0.66 A;
Ik1=0.36 A;
Ik2=0.56 A.
4) Амплітудні значення 2, 3, 4 гармонік колекторного струму:
Ikm1=[(Ik max-Ik min)+(Ik2-Ik1)]= [(0.66-0.26)+(0.56-0.36)]=0.2 A
Ikm2=[(Ik max+Ik min)-2Ik cер]=[0.66+0.26-2•0.46)]=0 A
Ikm3=[(Ik max-Ik min)-2•(Ik2-Ik1)] = [(0.66-0.26)- -2*(0.56-0.36)]=0 A
Ikm4 = [(Ik max+Ik min)-4•(Ik2+Ik1)+6•Ik cер] = [0.92- -4•0.92+6•0.46]=0 A
5) Перевіряємо правильність розрахунків амплітудних значень гармонік колекторного струму^
Ik max= Ikm1+Ikm2+Ikm3+Ikm4+Ik cер,
де
Ik cер=[ Ik max+Ik min+2Ik2+2Ik1]= [0.92+1.12+0.72]=0.46 A
Ik max=0.46+0.2=0.66 (Умова виконується).
6) Обчислюємо значення КГр%:
КГр%
7) Перевіряємо виконання умови:
КГр%?КГ%.
0<3.5
(умова виконується).
3.7 Розрахунок елементів схеми підсилювача
Елементи ланки емітерної термостабілізації транзистора:
Значення резистора Re:
Re=
Значення резисторів Re1 Re2 звичайно приймають рівним 1 Ом:
Re0=
Re1 =Re2=1 [Oм]
Вибираємо стандартне значення опорів
Rе1ст=R51 ст= 1 Ом;
Rе2ст=R52 ст= 1 Ом;
Rе0ст=R5ст= 3,6 Ом.
Елементи розв'язуючого фільтра Rф і Сф:
Значення резистора Rф:
URф=(0.10.3)Ek
URф=0.2•Ek=0.2•13.5=2.7 [B]
IП=(310)Іб0
IП=7•Іб0=7,23•10-3161 mA
Вибір стандартного значення
Rф ст=R6ст=9.1 Ом
3) Ємність розв'язуючого фільтру Сф
Сф?[Ф]
4) Вибір стандартного значення СФст=СЗст:
СФст=СЗст=3•10-3 [Ф]
5) Вибір робочої напруги на СФ=СЗ. Вибирається з умови:
UCфр?1.5•(Ek-URф)
UCфр?1.5•(13.5-2.7)=16.2 [B]
Елементи подільника напруги:
Значення резисторів R2=R4, R1=RЗ,
при умові, що R2=R4?(35)Rвх VT:
R2=R4= [Ом]
R1=RЗ=[Ом]
Вибір стандартного значення опорів:
R1ст=RЗст=16 Ом
R2ст=R4ст=51 Ом
Потужність, яка розсіюється на резисторах:
PRe0=2••Reocm=2•(0.5)2•3.6?1 [Bт]
PRф=2•(IП+Iб0)2•Rфcm=2•((161+23)•10-3)2•9,1=0,62 [Вт]
PRe=PRe1=(IП+Iб0)2•Re1cm=(0.5)2•1=0.25 [Вт]
PR1=PR3=(IП+Iб0)2•R1cm=(184•10-3)2•16=0.54 [Вт]
PR2=PR4=(IП)2•R2cm=(161•10-3)2•51=0.98 [Вт]
Вибір типу резисторів: (Див. специфікацію)
Роздільні конденсатори:
Значення ємностей роздільних конденсаторів С1 і С2:
С1і С2=[Ф]
2) Вибираємо стандартне значення конденсаторів С1ст, С2ст:
С1ст=С2ст=4,3 [мкФ]
Робоча напруга на роздільних конденсаторах С1 і С2:
UC1p,C2p?1.5•Ek
UC1p,C2p=1.5•13.5=20.25 [В]
Вибираємо тип конденсаторів:
(Див. специфікацію)
3.8 Розрахунок вихідного трансформатора
1) Коефіцієнт трансформації.
n=
2) Опір первинної і вторинної обмоток трансформатора.
r1=[Ом]
r2=[Ом]
C=0.5 - коефіцієнт, який врахохвує наявність в первинній обмотці трансформатора постійної складової струму і лежить в межах (0,20,7)
3) Індуктивність первинної обмотки трансформатора.
L1=[Гн]
4. Специфікація
Поз. познач. |
Назва |
К-ть |
Примітки |
|
Резистори |
||||
R51, R52 |
C2-27-0.25-1 Ом0.5% |
2 |
||
R2, R4 |
C2-23-1.0-51 Ом2% |
2 |
||
R1, R3 |
C2-23-1.0-16 Ом2% |
2 |
||
R6 |
C2-23-1.0-9.1 Ом2% |
1 |
||
Конденсатори |
||||
С1, С2 |
K71-3-160 B-4.3 мкФ1% |
2 |
||
С3 |
K71-3-160 B-3 мкФ1% |
1 |
||
Транзистори |
||||
VT1, VT2 |
ГТ403А |
2 |
5. Графічна частина
Типова схема двотактного трансформаторного підсилювача та транзисторах включених по схемі з спільним емітером
Висновки
В даній курсовій роботі я спроектував вихідний двотактний трансформаторний підсилювач потужності в режимі роботи класу А.
Так як в даній роботі мені було потрібно одержати максимальний коефіцієнт підсилення по потужності при коефіцієнті гармонік 4%, я вибрав схему включення транзисторів зі спільним емітером. Як відомо саме таке включення дає найбільший коефіцієнт підсилення при, великому коефіцієнті гармонік. Для підсилювача було вибрано транзистори типу ГТ403А структури n-p-n, тому для відкриття транзисторів на їх бази потрібно подавати додатні пів хвилі відносно “землі ”.
Так як вибраний транзистор задовільняє потрібній потужності лише за умови присутності радіатора, було проведено розрахунок його площі охолодження. За напругу живлення було прийнято нестандартну напругу 13,5 В, тому потрібний розрахунок фільтра.
Максимальні значення колекторного і базового струмів не перевищують заданих для даного транзистора в довіднику. Розрахував, що попередній каскад повинен бути інверсний і забеспечувати вихідну напругу 0,26 В і потужність 4,03 mВт . При цьому вихідна потужність буде рівна заданій, а коефіцієнт підсилення по потужності буде складати 27,49 дБ.
Розрахунковий коефіцієнт гармонік рівний 0, що не перевищує заданого. Тому каскад вносить допустимі нелінійні спотворення і не потребує введення від'ємного зворотного зв'язку. Також були розраховані елементи емітерної термостабілізації, елементи подільників напруги зміщення робочої точки фіксованою напругою бази, роздільні конденсатори, що служать для затримання постійної складової попереднього каскаду і частковий розрахунок електричних параметрів вихідного трансформатора.
Список використаної літератури
Цыкина Г.В. Проэктирование транзисторних усилителей низкой частоты «Связь», 1978.
Гершунский Б.С. Справочник по расчету електрон-ных схем «Вища школа», 1983.
Транзисторы широкого использования. Справочник Под ред. Перельмана. 1981.
Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник. Под ред. Горюнова Н.Н.
Р.М. Терещук, К.М. Терещук, С.А. Седов «Полупроводниковые приемно-усилительные устройства» Справочник кадиолюбителя. К.-«Наукова думка», 1987.
. Під ред. Горюнова Н.Н. «Справочник по полупро-водниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам» «Энегния» - Москва - 1976.
Під ред. Горюнова Н.Н. «Справочник по полупро-водниковым диодам и транзисторам». Випуск №2 - «Энегния» - Москва - 1968.
Е.И. Манаев «Основы радиоэлектроники» - «Радио и связь» - 1985.
А.О. Васін. Конспект лекцій - ЛТК - Львів - 2000.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Проектування підсилювача низької частоти з диференційним вхідним каскадом: розробка структурної схеми, розрахунок напруги джерела електроживлення, коефіцієнта загальних гармонійних спотворень, елементів кіл зміщення і стабілізації режиму транзисторів.
курсовая работа [342,4 K], добавлен 16.03.2011Розробка схеми підсилювача змінного струму, який має п'ять каскадів підсилення. Визначення типів транзисторів. Вибір і розрахунок інтегрального стабілізатору напруги для живлення підсилювача низької частоти та однофазного випрямляча малої потужності.
курсовая работа [478,8 K], добавлен 20.09.2011Розрахунок потужності вхідного сигналу. Вибір схеми, типу підсилюючих приладів, орієнтовної величини коефіцієнту підсилення за потужністю вихідного каскаду. Максимальне значення колекторного струму кінцевих транзисторів. Розрахунок третього каскаду ПНЧ.
курсовая работа [261,3 K], добавлен 23.05.2012Методи розробки структурної схеми пристрою. Вибір схеми підсилювача потужності та типу транзисторів. Розрахунок співвідношення сигнал-шум та частотних спотворень каскадів. Розробка блоку живлення та структурної схеми пристрою на інтегральних мікросхемах.
курсовая работа [603,3 K], добавлен 14.10.2010Визначення числа каскадів підсилювача. Розподіл частотних спотворень. Розрахунок кінцевого каскаду. Розрахунок нелінійних спотворень кінцевого каскаду. Активний регулятор тембру. Опір ланцюга зворотнього зв’язку. Коефіцієнти підсилення за напругою.
курсовая работа [902,4 K], добавлен 25.04.2012Розрахунок основних параметрів випрямляча в керованому режимі. Вибір захисту тиристорів від перевантажень за струмом та напругою. Вибір схеми та розрахунок параметрів джерела живлення, вхідного кола генератора пилкоподібної напруги та пускових імпульсів.
курсовая работа [817,0 K], добавлен 30.03.2011Мікросхемні та інтегральні стабілізатори напруги широкого використання. Розробка принципової електричної схеми. Розрахунок схеми захисту компенсаційного стабілізатора напруги від перевантаження. Вибір і аналіз структурної схеми та джерел живлення.
курсовая работа [294,4 K], добавлен 06.03.2010Вибір і розрахунок підсилювача потужності звукової частоти: розробка схеми, параметри мікросхеми. Вибір схеми стабілізованого джерела живлення. Розрахунок компенсаційного стабілізатора, випрямляча, силового трансформатора, радіаторів, друкованої плати.
курсовая работа [105,9 K], добавлен 29.01.2014Загальні відомості, параметри та розрахунок підсилювача, призначення елементів і принцип роботи підсилювального каскаду. Розрахунок режиму роботи транзисторів, вибір пасивних елементів та номінальних значень пасивних і частотозадаючих елементів схеми.
курсовая работа [990,6 K], добавлен 16.11.2010Вибір джерела живлення залежно від призначення підсилювача і необхідної вихідної потужності (напруга сигналу при навантаженні). Живлення ланцюгів транзистора. Властивості каскадів при різних ввімкненнях. Розрахунок амплітудно-частотних характеристик схем.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 24.02.2010