Міністерство транспорту та зв’язку України
Українська Державна Академія Залізничного Транспорту
Кафедра “Транспортний зв’язок”
ПІДСИЛЮВАЧ ПОТУЖНОСТІ
Пояснювальна записка курсового проекту
з дисципліни “Електроніка та мікросхемотехніка”
Харків
2008
Зміст
Вступ
1 Попередній розрахунок підсилювача
1.1 Типова структурна схема підсилювача
1.2 Попередній розрахунок вихідного каскаду
1.3 Попередній розрахунок вхідного і проміжного каскадів
1.4 Розподіл спотворень по каскадах
2 Вибір схеми і розрахунок кінцевого каскаду
2.1 Розрахунок схеми на комплементарних транзисторах
2.2 Особливості розрахунку схеми на складених транзисторах
3 Розрахунок вхідного і проміжного каскадів
3.1 Розрахунок каскаду по постійному струму
3.2 Розрахунок резисторного каскаду з ЗЕ
3.3 Розрахунок каскадів на мікросхемах
4 Розрахунок узагальнюючих параметрів і схеми НЗЗ
4.1 Розрахунок якісних показників підсилювача
4.2 Розрахунок електричних параметрів підсилювача
Висновок
Список літератури
Вступ
У наш час однією із самих швидко розвиваючих і перспективних галузей науки та техніки є електроніка. Зараз практично неможливо знайти яку-небудь галузь промисловості у якій би не використовувалися електронні вимірювальні прилади, пристрої автоматики й обчислювальної техніки. Але всього цього не було б без винаходу напівпровідних пристроїв, у тому числі транзисторів і діодів, які є тими елементарними цеглинками, з яких і будується сучасний будинок електроніки. Спочатку, транзистор був розроблений саме як підсилювальний прилад, покликаний замінити громіздкі електронні лампи, а вже пізніше став використовуватись як основний елемент логічних схем. З тих пір практично всі електронні підсилювачі виконуються на основі транзисторів.
Пристрій, призначенний для підсилення вхідного сигналу за рахунок енергії джерел живлення називається підсилювачем. Важливим типом підсилювача є підсилювач потужності. Будучи або самостійними пристроями, або частиною більш складних апаратів, підсилювачі знайшли широке застосування в радіомовленні, звуковому кіно, техніці звукозапису, телебаченні, радіолокації й радіонавігації, ядерній фізиці, медицині й біології, системах автоматики й т.д. У даному курсовому проекті зроблений розрахунок підсилювача потужності на транзисторах і мікросхемі.
1 Попередній розрахунок підсилювача
1.1 Типова структурна схема підсилювача
Як вхідний каскад підсилювача використовують резистивний підсилювач на мікросхемі ОП. З метою одержання основного підсилення сигналу, яке здійснюється проміжним каскадом, використовують схему на транзисторі за схемою ЗЕ, отже саме він володіє найбільшим коефіцієнтом підсилення.
З метою забезпечення в навантаженні необхідної потужності , в якості вихідного каскаду підсилювача використовуємо безтрансформаторну двотактну схему, яка володіє малими габаритами і широким діапазоном частот.
Рисунок 1.1 Типова структурна схема підсилювача
1.2 Попередній розрахунок вихідного каскаду
За відомою потужністю на виході =8 Вт і опором навантаження =4 Ом визначають амплітуду напруги на виході:
Розраховуються необхідні коефіцієнти підсилення за напругою і потужністю:
;
;
де , – ЕРС і внутрішній опір джерела сигналу;
– потужність на вході підсилювача при вхідному опорі .
Так як напруга джерела живлення не задана, то її необхідно визначити зі співвідношення:
,
де , n=1, ;
напруга насичення транзистора (0,5… 2 В);
амплітуда напруги сигналу на виході;
(3…5)В- запас напруги, що враховує температурну нестабільність каскаду.
В
В
З ряду номінальних джерел вибираємо двополярне джерело живлення:
В В В.
Вибираємо схему каскаду за вихідною потужністю:
Вихідна потужність – більше 1…5 Вт,
Режим транзисторів – В,
Схема каскаду-двотактний без трансформаторний каскад з ЗЕ на складених транзисторах.
Транзистори для вихідного каскаду вибираються за потужністю розсіювання на колекторі при максимальній робочій температурі, за максимальними величинами напруги і струму, а також за верхньою робочою частотою.
Якщо підсилювач забезпечує в навантаженні потужність , то орієнтовне значення потужності, що розсіюється на колекторі, буде дорівнювати:
Вт
де, – для без трансформаторного каскаду;
– коефіцієнт використання транзистора;
– коефіцієнт, що враховує тип схеми ( двотактна ).
Для забезпечення надійної роботи підсилювача потужність повинна бути менше граничної потужності розсіювання транзистора при максимальній температурі навколишнього середовища
Вибір транзистора вихідного каскаду проведемо відповідно до наступних умов:
Вт
Визначимо максимально допустиму напругу:
В
Гранична частота підсилення струму транзистора в схемі з ЗЕ в обраного транзистора повинна задовольняти умові:
Гц
Транзистор повинен забезпечити в навантаженні амплітуду струму:
А
Максимальний припустимий струм колектора повинен задовольняти умові:
А
Обраний транзистор КТ817А задовольняє умовам, які наведені вище.
Таблиця 1.1 Параметри транзистора КТ817А
Тип Структура МГц
Макс. доп. Параметри
Ркмакст, Вт Iк, А Uкэ, В
1 2 3 4 5 6 7
КТ817А n-р-n 3 25 3 25 20
Перевіримо умову:
Гц
Для схеми на складених транзисторах, крім вихідного транзистора, необхідно вибрати комплементарну пару, що задовольняє наступним умовам:
1) Вт
2) А
3) В
4) Гц
Обрані транзистори ГТ402А, ГТ404А задовольняють умовам, які наведені вище.
Таблиця 1.2 Параметри транзисторів ГТ402А, ГТ404А
Тип Структура МГц
Макс. доп. Параметри
Ркмакст, Вт Iк, А Uкэ, В
1 2 3 4 5 6 7
ГТ402А р-n-р 1 4 0,5 25 30
ГТ404А n-р-n
Перевіримо умову:
Гц
На вихідних характеристиках транзистора будується лінія навантаження, що проходить через точки “P” – ( /b; 0 ) і “M” – ( /b- ; ), де b=2- для без трансформаторної схеми. Точки: “P” (12;0) “M”(4;2).
Рисунок 2. Вхідні та вихідні характеристики транзистора КТ817А
За амплітудою базового струму за допомогою вхідної характеристики визначається амплітуда вхідної напруги =1,1-0,65=0,45В, а за ними – вхідний опір вихідного каскаду Ом і величина ЕРС передкінцевого каскаду з вихідним опором Ом
В
Коефіцієнт підсилення кінцевого каскаду за потужністю орієнтовано визначається за формулою:
;
Орієнтовано коефіцієнт підсилення вихідного каскаду за напругою дорівнює:
;
1.3 Попередній розрахунок вхідного і проміжного каскадів
Попередній розрахунок вхідного і проміжного каскадів полягає у визначенні числа каскадів, типів і схем включення транзисторів чи мікросхем.
Амплітуда вхідної напруги і струму кінцевого каскаду:
В
Для передкінцевого каскаду вибирається транзистор з потужністю, яка розсіюється на колекторі ( стоці ),
Вт,
і максимально припустимим струмом колектора ( стоку ),
А
і максимально допустимою напругою колектор емітер:
В
Обраний транзистор КТ815В задовольняє умовам, які наведені вище.
Таблиця 1.3 Параметри транзистора КТ815А
Тип Структура МГц
Макс. доп. Параметри
Ркмакст, Вт Iк, А Uкэ, В
1 2 3 4 5 6 7
КТ815В n-p-n 3 1 1,5 60 40
Перевіримо умову:
Гц
Коефіцієнти підсилення проміжного каскаду по потужності та напрузі:
Амплітуда вхідного струму передкінцевого каскаду:
А
Амплітуда вхідної напруги передкінцевого каскаду:
В
Вхідний опір передкінцевого каскаду:
Ом
Рисунок 3.Вихідні та вхідні характеристики транзистора КТ815В
Мікросхеми для вхідного і проміжного каскадів вибирають за величинами вхідного струму, напруги й опору наступного каскаду. У використовуваної мікросхеми припустимий опір навантаження повинен бути менше, а величини максимальної вихідної напруги і струму ( і )- більше відповідних вхідних величин наступного каскаду.
Умови вибору мікросхеми:
Параметри обраної мікросхеми представлені в таблиці 1.4
Таблиця 1.4 Параметри мікросхеми КР140УД1
Тип Коефіцієнт підсилення, тис Частота одиничного посилення, МГц Швидкість наростання вихідної напруги, V В/мкс Максимальний струм, мА Максимальна напруга, В Мінімальний опір, кОм Напруга живлення, В Струм споживання, мА Максимальна вхідна напруга, В Вхідний опір, кОм Вихідний опір, Ом
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
КР140УД1 2 5 0,5 3 6 1 12,6 8 1,5 300 100
Перевіримо умову вибору:
Гц
1.4 Розподіл спотворень по каскадах
Нелінійні спотворення цілком відносять на вихідних каскад. Щоб забезпечити малий рівень нелінійних спотворень у проміжних каскадах величини струму колектора і напруги колектор-емітер у робочій точці вибирають у 1,3…1,7 рази більше амплітуд перемінних складових струму і напруги.
Орієнтовно рівень нелінійних спотворень кінцевого каскаду можна оцінити за коефіцієнтами підсилення по струму в точках “P”, “M”.
, А, А,
, А, А,
,
;
%
Величина коефіцієнта нелінійних спотворень (КНС) оцінюється за співвідношенням цих коефіцієнтів для двотактного каскаду з режимом В- вище приблизно в 1,5 рази.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
