.

Электронный усилитель (курсовая)

Язык: русский
Формат: курсова
Тип документа: Word Doc
1 730
Скачать документ

Федеральное агентство по образованию

 

Кафедра «Цифровые радиотехнические системы»

 

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине

«Схемотехника радиоэлектронных средств»

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

на курсовую работу по дисциплине

«Схемотехника электронных средств»

  • Тема работы – электронный усилитель
  • Исходные данные:

Номинальная мощность в нагрузке, Вт ………………………………………… 5

Рабочий диапазон частот, кГц……………………………………………. 0,51-15

Сопротивление нагрузки, Ом………………………………………………….. 8

Входное сопротивление усилителя, кОм………………………………….. >5

Тип входа ……………………………………………………………. дифференциальный

Нелинейные искажения, %………………………………………………………. 1,5

Частотные искажения, дБ………………………………………………………… 3,0

ЭДС источника сигнала (максимальная величина), мВ………………. 100

Внутреннее сопротивление источника сигнала, Ом……………………. 200

  • Содержание основных разделов пояснительной записки.
  • Введение, анализ технического задания.
  • Эскизный расчет структурной схемы.
  • Электрический расчет следующих каскадов:
  • оконечный каскад:
  • промежуточный каскад;
  • входной каскад;
  • Конструкторский расчет элементов схемы.
  • Перечень обязательных чертежей
  • Электрическая принципиальная схема;
  • Перечень элементов;

Дата выдачи задания

Руководитель ____

Студент

Аннотация

Электронный усилитель

Список литературы – 8 наименований

Графическое приложение – 1 лист ф. А3

По заданным данным (ТЗ) был разработан электронный линейный усилитель, усиливающий заданную мощность.

 


Содержание

Техническое задание

Аннотация

1       Анализ технического задания

2       Эскизный расчет

3       Расчет принципиальной схемы

3.1    Расчет выходного каскада

3.2    Расчет промежуточного каскада усилителя

3.3    Расчет входного каскада

4       Конструкторский расчет

4.1    Расчет разделительных конденсаторов

4.2    Расчет мощности рассеиваемой на резисторах

4.3    Расчет общего тока потребления

Список литературы

1 Анализ технического задания

 

Оконечный каскад.

Выходная мощность в техническом задании равна 10 Вт, поэтому в качестве выходного каскада выберем двухтактный каскад. Так как сопротивление нагрузки 8 Ом (меньше 100 Ом), то выходной каскад будет безтрансформаторным

Промежуточный каскад.

Промежуточным каскадом выберем каскад с общим эмиттером. Для обеспечения начального напряжения смещения между базой и эмиттером включим схему делителя.

Входной каскад.

Так как заданно входное сопротивление >5 кОм в качестве входного каскада будем использовать дифференциальный каскад на полевых транзисторах.

2 Эскизный расчет

 

Рассчитаем основные параметры:

Номинальная мощность в нагрузке: Pн=10 Вт.

Мощность, приходящаяся на одно плечо двухтактного каскада:

 

P~п=10/2=5 Вт.

 

Максимальная рассеиваемая мощность одного плеча:

 

Pрас. max =0,5·P~п=0,5·5=2,5 Вт.

 

Максимальный ток коллектора равен:

 

(1)

 

где Rн – заданное сопротивление нагрузки, Ом.

Тогда напряжение на нагрузке:

 

,

 

где Pн– номинальная мощность в нагрузке, Rн – заданное сопротивление нагрузки.

Найдем сквозной коэффициент усиления:

 

,

 

где – напряжение на нагрузке, Eu– ЭДС источника сигнала. Множитель 1,5 взят для запаса.

Так как выходной каскад включен по схеме с общим коллектором, то коэффициент усиления по напряжению: KU ≈ 1. Чтобы получить  необходимо в схему усилителя включить промежуточный каскад усиления с .

Пусть половина линейных искажений приходится на оконечный каскад (), а остальная часть остается на остальные каскады().

 

дБ;

Так как , находим ;

 

дБ

Так же найдем .

 

3 Расчет принципиальной схемы

 

3.1 Расчет выходного каскада

 

Подберем необходимый транзистор исходя из следующих условий:

 

PК max> Pрас. max,

IК max> IК max.

 

где PК max– постоянная рассеиваемая мощность коллектора, IК max– постоянный ток коллектора. (Pрас. max =1,25 Вт, IК max =1,11 А – рассчитанны в пункте 3)

Выбираем по пару комплиментарных транзисторов:

VT6 – КТ816А (p-n-p)

VT5 – КТ817А (n-p-n)

Их основные параметры:

  • Постоянный ток коллектора,Iкмах= 3 А
  • Постоянное напряжение коллектор-эмиттер, Uкэмах=25 В
  • Постоянная рассеиваемая мощность коллектора PК.MAX=25 Вт

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора транзисторов КТ816А и КТ817А приведена при работе их с теплоотводом.

Выберем напряжение питания исходя из следующего условия:

 

2Uкэ.доп.  Еп  2(Uост.+Uвых),                                                          (3)

 

где Uкэ.доп – максимально-допустимое значение напряжения коллектор – эмиттер для транзисторов КТ816А, КТ817А, Uост = 1 В – остаточное напряжение для транзисторов КТ816А,КТ817А, Uвых. – заданное выходное напряжение.

90 В  Еп  19,8 В

Выбираем напряжение питания равное 40 В.

Построим нагрузочную кривую на графике выходных характеристик транзистора КТ816А.

 

Рисунок 1. Выходные характеристики

 

Нагрузочная кривая проходит через точки  и

 

Рисунок 2                                                                                                                                               Рисунок 3

 

Используя входные и выходные характеристики транзистора, построим проходную характеристику.

 

IK, А0,450,751,071,32
IБ, мА5153045
UБЭ, В0,80,880,930,95

 

Рисунок 4

 

Исходя из построенной проходной характеристики, определяем:

 

Iк max= 1,11 А;  Iк min= 0,37 А

UБЭ max=0,925 В; IБ max= 22 мА

UБЭ min=0,775 В; IБ min= 2,5 мА

 

Из полученных значений определяем область изменения IБ и UБЭ:

 

UБЭ= UБЭ max– UБЭ min=0,925-0,775=0,15 В

IБ= IБ max– IБ min=(22-2,5)·10-3=19,5 мА

 

Определим значение входного сопротивления:

 

 

Определим коэффициент усиления:

 

 

где UВХ=UБЭ – входное напряжение выходных транзисторов, В;

UВЫХ – заданное выходное напряжение, В.

 

Рассчитаем входное сопротивление и коэффициент усиления,  с учетом обратной связи.

 

Rвхос= Rвхоэ (1+b·Ки);

 

где b- коэффициент передачи обратной связи

b=1 т.к имеется 100% отрицательная обратная связь.

 

 

Найдем входное напряжение оконечного каскада:

 

 

Рассчитаем g (коэффициент формы тока):

 

Принимаем g=0,9.

Найдем коллекторное сопротивление транзистора VT4, используется следующее соотношение:

 

 

По стандартному ряду сопротивлений выберем R13=470 Ом.

Вычислим коллекторный ток через транзистор VT4, А:

 

 

Выберем транзистор исходя из следующих условий:

 

 

 

Выбираем транзистор КТ815Б (n-p-n)

Его основные параметры:

  1. Постоянный ток коллектора, Iкмах= 1,5 А
  2. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер, Uкэмах=40 В
  3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора 10 Вт

 

Рисунок 5

 

Рисунок 6

 

Используя входные и выходные характеристики транзистора, построим проходную характеристику по формуле:

 

 

Полученные результаты внесены в таблицу 1.

Таблица 1.

h21э74,57575717372
Iб, мА0,50,530,660,810,951,12
Iк, мА38,24050607080,8
Uбэ, В0,70,7050,7150,7250,740,76

 

Рисунок 7

 

С помощью метода пяти ординат, рассчитаем нелинейные искажения, вносимые предоконечным каскадом:

 

IК max=80,8 мА; IК min=38,2 мА; I1=73 мА; I0=64 мА; I2=50 мА.

 

Найдем коэффициенты гармоник:

 

;               ;                  .

 

Рассчитаем коэффициент нелинейных искажений:

 

 

По техническому заданию =1,5%. Чтобы уменьшить нелинейные искажения необходимо ввести отрицательную обратную связь, которая снизит коэффициент нелинейных искажений в глубину обратной связи (А):

 

 

Найдем глубину обратной связи:

 

 

До введения обратной связи:

 

 

где Uвых– напряжение на выходе предоконечного каскада, Uвх– напряжение на входе предоконечного каскада;

Uвх= UБЭ max-UБЭ min

Uвх =0,76-0,7=0,06 В.

 

Коэффициент усиления обратной связи:

 

;

 

где δ – коэффициент передачи обратной связи.

 

 

Так как δ·Ku>>1, то

Рассчитаем сопротивление нагрузки по переменному току для предоконечного каскада:

 

 

где RВХ.ОС– входное сопротивление оконечного каскада.

Находим сопротивление обратной связи:

 

 

По линейке номиналов подбираем R14=12 Ом.

Пересчитаем глубину обратной связи и коэффициент усиления с учетом полученного значения R14

 

Так как необходимо получить Kuос=5,1 увеличим глубину обратной связи

 

 

Произведем расчет с учетом новой глубины обратной связи:

 

 

По линейке номиналов подбираем R14=47 Ом

 

 

 

Найдем напряжение на входе предоконечного каскада:

 

 

 

На транзисторе VT4 и на сопротивлении обратной связи происходит падение напряжение:

 

UБ0=UБЭ0+UR14 ;

UR14=IЭ0·R14 ;

 

Так как IЭ0≈IК0 , то UR14=IК0·R14=42,5·10-3·47=1,99 В.

По входной статической ВАХ транзистора определяем, что UБЭ0=0,73 В.

 

UБ0=0,73+1,99=2,72 В

 

Ток делителя выразим из предположения, что он гораздо больше тока базы:

 

 

 

 

По линейке номиналов подбираем R12=390 Ом.

 

 

 

По линейке номиналов подбираем R11=560 Ом.

Произведем перерасчет тока делителя с учетом выбранных номиналов резисторов R11 и R12:

 

 

 

Так как входное сопротивление предоконечного каскада представляет собой параллельное включение сопротивления транзистора VT4, R11 и R12.

 

найдем IБ – амплитуду тока базы;

 

IБ= IБ max – IБ min=(1,12-0,5)·10-3=0,62 мА

 

рассчитаем сопротивление транзистора:

 

 

с учетом обратной связи сопротивление транзистора VT4:

 

 

Обеспечение рабочей точки транзисторов оконечного каскада осуществляется с помощью диода, включенного в прямом направлении.

Выбор диода производим исходя из следующих условий:

 

,

 

где – напряжение на диоде, – напряжение смещения.

Напряжение смещения находим из проходной характеристики транзистора оконечного каскада:

 

В

 

 

Выбираем диоды Д229А в количестве 4шт со следующими параметрами: Uпр=0,4 В; Iобр=50 мкА; Uобр=200 В; Iпр=400 мА;

 

3.2 Расчет промежуточного каскада усилителя

 

Так как сквозной коэффициент усиления равен 134,1 а коэффициент усиления предоконечного каскада равен 4,95.

 

 

Для получения заданного коэффициента усиления нам необходим  каскад предварительного усиления с коэффициентом усиления Ku=5,2 и входной каскад с коэффициентом усиления Ku≤1.

Выберем транзистор КТ315В

Его основные параметры:

  1. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ, h21э=30…120
  2. Постоянный ток коллектора, Iкмах= 100 мА
  3. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер, Uкэмах=40В
  4. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора 150 мВт
  5. Обратный ток коллектора IК об=1 мкА
  6. Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при IК=20 мА

Uнас=0,4 В.

  1. Емкость коллектора CК=7 пФ
  2. Постоянная времени цепи обратной связи τОС=300 пс.

Введем ограничение по току: пусть IК max=150 мА.

Uкэmin возьмем больше Uнас=0,4. Пусть Uкэ min=0,8 В.

Выберем UR10=(0,1…0,2)·ЕП.

Пусть UR10=0,15·ЕП=0,15·40=6 В.

Тогда получаем условие:

 

;

 

где – напряжение на выходе промежуточного каскада, – обратный ток коллектора.

Так как  В, получаем:

 

 

мА

 

Выбираем  и  мА.

 

 

Найдем мощность рассеяния транзистора:

 

 

 

Полученное значение мощности не превысило допустимое (150 мВт).

 

По линейке номиналов подбираем R9=1 кОм.

Рассчитаем нагрузку каскада по переменному току:

 

 

Удостоверимся в возможности этого тока:

 

,

.

 

Рассчитаем коэффициент усиления каскада по напряжению:

 

,

 

где h21Э– статический коэффициент передачи тока, h11Э– входное сопротивление транзистора.

 

 

rБЭ  найдем как:

 

Ом

Ом

Ом

 

Так как нам необходимо получить усиление каскада KU=5,2 введем отрицательную обратную связь.

 

,

 

где δ – коэффициент передачи обратной связи.

Исходя из неравенства, >>1, получаем

 

;

 

По линейке номиналов подбираем R10=22 Ом.

 

Проведем перерасчет коэффициента усиления и глубины обратной связи:

 

Найдем напряжение на входе каскада:

 

 

Ток базы находим из следующей формулы:

 

мА.

 

Ток делителя находим из условия

 

мА.

;

;

 

где UR10 – напряжение на резисторе обратной связи;

 

 

Так как для кремниевых транзисторов  В

 

 

 

По линейке номиналов подбираем R8=27 Ом.

 

По линейке номиналов подбираем R7=7,5 кОм.

 

Проведем перерасчет  с полученными значениями R7 и R8

 

 

Рассчитаем входное сопротивление каскада. Оно представляет собой параллельное соединение входного сопротивления транзистора VT3 и резисторов R7 и R8.

 

 

Найдем входное сопротивление транзистора VT2 с учетом обратной связи:

 

, где А– глубина обратной связи.

 

3.3 Расчет входного каскада

 

Так как необходимо обеспечить большое входное сопротивление, выбираем схему на полевых транзисторах.

Выберем транзистор КП307А, с параметрами:

S=4мА/В (при UСИ=10 В, UЗИ=0 В) – крутизна характеристики,

UЗИ.0ТС = 0,5В – напряжение затвор-исток отсечки,

IЗ=5мА – ток утечки затвора,

IC.НАЧ=3мА – начальный ток стока,

UСИ.МАКС=27 В , UЗС.МАКС=27 В,

PC.МАКС= 250 мВт.

 

Рассчитаем ток нагрузки:

 

 

Напряжение на нагрузке входного каскада:

Тогда мощность на нагрузке:

 

 

Из условия Rвх>5 кОм (по техническому заданию), выберем сопротивления R6 и R1:                             R1=R6=Rвх/2=8000/2=4000 Ом

Рассчитаем ток и напряжение на входе:

 

 

Найдем коэффициент усиления:

 

Найдем ток стока:

 

ICМАКС = ICНАЧ = 3 мА

ICМИН = 0,1 · ICНАЧ = 0,3 мА

мА

 

Найдем сопротивление R5:

 

 

По линейке номиналов подбираем R5=12 кОм

Напряжение UЗИ.0 выразим из соотношения IC0 = ICНАЧ = S·UЗИ.0 :

 

 

Определим токи на сопротивления R1 и R6:

 

 

Найдем сопротивления R2 и R4:

 

 

Найдем сопротивление R3:

Из условия  получаем R3:

 

 

По линейке номиналов подбираем R3 = 62 Ом

4 Конструкторский расчет

 

4.1 Расчет разделительных конденсаторов

 

Определим величину разделительного конденсатора C5

 

,

 

где – нижняя частота работы усилителя, Мок – коэффициент частотных искажений оконечного каскада.

 

 

 

По промышленной линейке конденсаторов выберем: С5 = 56 мкФ.

Найдем величину разделительного конденсатора C4:

 

,

 

По промышленной линейке конденсаторов выберем С4 = 2,7 мкФ.

Определим величину разделительных конденсаторов C3 и C2:

 

,

где RВХ– входное сопротивление каскада предварительного усиления.

 

 

 

По линейке конденсаторов выберем С32=2,58 мкФ.

Определим величину разделительного конденсатора C1:

 

,

 

где  – входное сопротивление входного каскада.

Ближайшим значением из промышленной линейки конденсаторов является 62 нФ.

 

Рассчитаем напряжение на конденсаторах:

 

В;

В;

В

 

По справочнику подбираем тип конденсаторов:

 

 ТипНоминальное напряжение, ВНоминальная емкость, мкФДопуск, %
С1    
С2    
С3    
С4    
С5    

 

4.2 Расчет мощности рассеиваемой на резисторах

 

Мощность, рассеиваемая на резисторах, определяется по следующей формуле:

 

,

 

где I – ток через резистор, R – сопротивление резистора.

Рассчитаем эти мощности:

 

мВт,

мВт,

мВт,

мВт.

мВт,

мВт,

мВт,

мВт.

мВт,

мВт,

мВт.

мВт,

 

При выборе резисторов, их мощность рассеяния будем  брать в 1,5 – 2 раза больше полученной в расчетах.

 

4.3 Расчет общего тока потребления

 

Рассчитаем общий ток потребления усилителя. Для этого сложим токи от каждого каскада. Получаем:

 

мА

Вт

 

КПД усилителя равен:

 

%

 


Список литературы:

 

  1. Войшвилло Г.В. Усилительные устройства: Учеб. для вузов.– 2-е изд.–М.: Радио и связь, 1983– 264 с.
  2. Остапенко Г. С. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов.– М.: Радио и связь, 1989.– 400 с.: ил.
  3. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учеб. для вузов.– М.: Горячая Линия-Телеком, 2000.– 768 с.:ил.
  4. Проектирование усилительных устройств: Учеб. пособие/ Под ред. Н.В. Терпугова. –М.: Высш. школа, 1982– 190 с.: ил.
  5. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам./ Под ренд. Н.Н. Горюнова.– М.: «Энергия», 1997.– 744 с.: ил.
  6. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам.– 9-е изд., перераб. –К.: Техника, 1980. –464 с.: ил.
  7. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА./ Под ред. Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков. – Мн.: Беларусь, 1994. –591 с.: ил.
  8. Галкин В.И. Полупроводниковые приборы –2-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Беларусь, 1987. –285 с.: ил.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019