Проектування підсилювача низької частоти
Назва роботи: Проектування підсилювача низької частоти
Предметна область: Комунікація, зв'язок, радіоелектроніка та цифрові прилади
Опис: Розрахунок режиму роботи транзистора по постійному та змінному струму. Розрахунок ККД каскаду максимального вхідного сигналу. Розрахунок коефіцієнта гармонійних спотворень. Розрахунок елементів ланцюга усунення.
Дата завантаження: 2013-01-06
Розмір файлу: 354.5 KB
Роботу завантажили: 158 чол.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра електроніки та комп'ютерної техніки
”Проектування підсилювача низької частоти ”
Виконала студентка гр. ЕП-11 Синашенко О.В.
Керівник: Дудник А.Б.
1. Вибір принципової схеми
2. Розрахунок вихідного каскаду
3. Розрахунок режиму роботи транзистора по постійному та змінному струму
4. Розрахунок елементів ланцюга усунення
5. Розрахунок вхідного ланцюга каскаду
6. Розрахунок ККД каскаду для максимального вхідного сигналу
7. Розрахунок коефіцієнта гармонійних спотворень
8. Розрахунок фазоінверсного каскаду
9. Розрахунок вхідного каскаду
10. Розрахунок проміжного каскаду
11. Розрахунок елементів зв'язку
Список використаної літератури
Підсилювачами називають пристрої, призначене збільшення параметрів електричного сигналу (напруги, струму, потужності). Підсилювач має вхідний ланцюг, до якого підключається сигнал, що посилюється, і вихідний ланцюг, з якого вихідний сигнал знімається і подається в навантаження. У підсилювачах порівняно малопотужний вхідний сигнал управляє передачею значно більшої потужності з джерела живлення навантаження. Найбільшого поширення набули підсилювачі, побудовані на напівпровідникових.підсилювальні елементи (біполярні та польові транзистори); останніми роками підсилювачі переважно використовуються у вигляді готових неподільних компонентів - підсилювальних ІМС.
Найпростіший осередок, що дозволяє здійснити посилення, називається підсилювальним каскадом. Число каскадів у багатокаскадних підсилювачах залежить від необхідних значень коефіцієнтів посилення. Залежно від виконуваних функцій підсилювальні каскади поділяються на каскади попереднього посилення та вихідні каскади. Каскади попереднього посилення призначені підвищення рівня сигналу по напрузі, а вихідні каскади для отримання необхідних струму і потужності сигналу в навантаженні.
Електричні сигнали, що подаються на вхід підсилювачів можуть бути надзвичайно різноманітні; це можуть бути величини, що постійно змінюються, зокрема гармонічні коливання, різного виду імпульси. Як правило, ці сигнали пропорційні певним фізичним величинам. У режимах багато фізичні величини постійні чи змінюються дуже повільно. У перехідних процесах самі величини можуть змінюватися протягом малих проміжків часу. Тому підсилювач повинен посилювати як змінні, так і постійні або повільно змінюються величини. Такі підсилювачі є найбільш універсальними та поширеними. За традицією їх називають підсилювачами постійного струму (УПТ), хоча така назва і не зовсім точно: УПТ посилюють не тільки постійну складову (приріст сигналу), але й у більшості випадків вони є підсилювачами напруги, а не струму. В УПТ не можна пов'язувати джерело та навантаження через трансформатори та конденсатори, які не пропускають постійної складової сигналу. Ця умова викликає деякі труднощі при створенні УПТ, але вона зумовила ще більшепоширення УПТ з появою мікроелектроніки: УПТ не містять елементів, виконання яких у складі ІМС неможливе (трансформатори та конденсатори великої ємності).
Поряд із застосуванням основного типу підсилювачів - УПТ - у ряді випадків виявляється доцільним використання підсилювачів з ємнісним зв'язком. Ємнісний зв'язок між каскадами підсилювачів нині немає, оскільки конденсатори з великою ємністю нездійсненні як елементів ИМС.
Перевагою підсилювачів з ємнісним зв'язком: конденсатори не пропускають постійної складової.
Завдання на курсову роботу
Розрахувати підсилювач низької частоти з параметрами:
Опір навантаження: (Ом),
Номінальна вихідна напруга (В),
Внутрішній опір джерела сигналу (Ом),
Величина ЕРС джерела сигналу (мВ),
Діапазон посилюваних частот (Гц),
Допустимий фазовий зсув (град),
Діапазон робочих температур (С).
Підсилювач проектується як функціонально і конструктивно закінчений пристрій. Кількість напруг живлення повинна бути мінімально.
Підсилювач включає наступні складові блоки:
- каскад попереднього посилення (один чи кілька)
Нижче подаємо структурну схему підсилювача:
Малюнок 1 Структурна схема підсилювача
ВХК – вхідний каскад;
ПК – каскад попереднього посилення;
ФІК - фазоінверсний каскад;
ВихК – вихідний каскад.
Розрахунок підсилювача завжди починається з вихідного каскаду. Він ведеться, зазвичай, графоаналітичним шляхом. Після визначення необхідних значень напруги, струму і потужності вхідного сигналу вихідного каскаду приступають до розрахунку попереднього каскаду попередня.
Розрахувавши кінцевийкаскад і визначивши зазначені вище величини, приступають до розрахунку проміжного каскаду, а вже після цього до розрахунку вхідного каскаду.
Завершується розрахунок всього підсилювача визначенням величин розділових та блокувальних ємностей.
1 Обґрунтування схеми вихідного каскаду підсилювача
У цьому розділі визначається тип використовуваного каскаду трансформаторний або безтрансформаторний. І тому проводиться розрахунок низки параметрів каскаду.
1.1. Амплітудне значення колекторної напруги транзистора:
1.2. Амплітудне значення колекторного струму транзистора:
1.3. Потужність, що виділяється каскадом у навантаженні:
1.4. На основі отриманих параметрів вибирається із трьох запропонованих транзисторів (КТ815, КТ817, КТ819) транзистор КТ817 з наступними параметрами:
1.5. Визначаємо необхідну напругу джерела живлення:
де - Опір насичення транзистора;
Оскільки Еп не потрапляє в діапазон (12÷15), то буде використаний трансформаторний каскад з Еп = 12(В).
2 Обґрунтування та розрахунок параметрів вихідного каскаду
Розрахунок підсилювача завжди починається з вихідного каскаду. Він ведеться, зазвичай, графоаналітичним способом. Проводиться розрахунок схеми каскаду, наведеної малюнку 2.
Малюнок 2 Трансформаторний каскад
2.1. Розрахунок режиму транзистора по постійному та змінному струмам
Оскільки потужність, що виділяється каскадом у навантаженні, становить Вт, то ККД вихідного трансформатора становитиме
2.1.1. Потужність, що віддається транзисторами в навантаження:
2.1.2. Потужність розсіювання на колекторі транзисторів:
2.1.3. Амплітудне значення змінної складової колекторної напруги:
2.1.4. Коефіцієнт трансформації вихідного трансформатора:
2.1.5. Амплітудне значення змінної складової колекторного струму:
2.1.6. Максимальна температура колекторного переходу:
2.1.7. Потужність, що розсіюється на колекторі при температурі:
2.1.8. Перевірка вибраного каскаду:
- Умови виконуються, тобто. каскад обраний правильно.
2.1.9. Розмір струму колектора в режимі спокою:
де k 2 коефіцієнт, що визначає термостійкість транзистора в робочій точці; k 2 =500.
Перевіримо виконання умови:
2.1.10. Максимальна сумарна коливальна потужність, що виділяється в колекторному та емітерному ланцюгах:
де k 4 ¦ коефіцієнт, що задає співвідношення потужностей, що виділяються в колекторному та емітерному ланцюгах;
Приймаємо k 4 =0,05 тоді:
2.1.11.Еквівалентний опір, що характеризує сумарне навантаження змінних складових струмів у колекторному та емітерному ланцюгах:
2.1.12. Опір у колекторному та емітерному ланцюгах, що відповідають прийнятому значенню k 4 :
де α | коефіцієнт передачі струму емітера для транзистора:
Вибираємо номінальне значення емітерного опору з ряду Е24:
2.1.13. Активний опір половини первинної обмотки вихідного трансформатора:
2.1.14. Напруга колектор-емітер у режимі спокою:
Перевіримо виконання умови:
2.1.15. Для визначення коефіцієнта температурної нестабільності каскаду Sвх за розрахованими значеннями I 0k , U 0k , I km , U km будується навантажувальна характеристика змінного струму (додаток А).
Координати точки А 0: Т.А 0 [U 0k; I 0k] т.а 0 [10,778; 0,05], I б = 0,63 (мА).
Координати точки В: т.б [U 0k + I 0k * (r 1n + R е / α); 0],
U 0k + I 0k * (r 1n + R е /α) = 10,778 +0,05 * (0,437 +0,22 / 0,96154) = 10,81 (В).
Координати точки А1: т. А1 [].
Через точки А 0 і Б будується характеристика навантаження по постійному струму. В результаті паралельного зміщення навантажувальної характеристики змінного струму вгору по навантажувальній характеристиці по постійному струму визначається значення збільшення струму колектора транзистора ∆I KT , яке можна допустити при його нагріванні.
2.1.16. Допустима нестабільність каскаду, обумовлена зміною I k0 від температури:
де ∆I T - збільшення зворотного струму колектора.
де I k0t температурний коефіцієнт зворотного струму колектора.
де – температурний коефіцієнт зворотного струму колектора; для кремнієвих транзисторів;
- Температура перегріву колекторного переходу.
2.2. Розрахунок елементів ланцюга усунення
2.2.1. Шляхом перенесення точок А 0 та А 1 з вихідної характеристики транзистора КТ817А на вхідну, зняту при Uке > 0 (додаток Б), визначаються параметри:
- Напруга з урахуванням транзистора як спокою U 0б ,
- Максимальна напруга на базі U бmax
- Амплітуда змінної складової базового струму I бm
- Базового напруження U бm.
U 0б = 0,658 (В), I 0б = 0,63 (мА),
U бm =0,388(В), I бm =104,37(мА),
U бmax = 1,046 (В), I бmax = 105 (мА).
2.2.2. Напруга в середній точці базового дільника в режимі спокою (нехтуючи падінням напруги на вторинній обмотці вхідного трансформатора):
2.2.3. Постійна складова струму через резистор R2:
2.2.4.Опір резистора R2:
2.2.5. Опір резистора R1:
Вибираємо номінальні значення опорів базового дільника з ряду Е24:
2.2.6. Опір у базовому ланцюгу:
2.2.7. Фактичний коефіцієнт нестабільності:
2.3. Розрахунок вхідного ланцюга каскаду
2.3.1. Амплітудне значення вхідної напруги:
2.3.2. Вхідний опір транзистора:
2.3.3. Вхідний опір:
2.3.4. Вхідна потужність:
2.3.5. Коефіцієнт посилення каскаду за напругою:
2.4. Розрахунок ККД каскаду для максимального вхідного сигналу
2.4.1. Середнє значення струму, споживаного одним транзистором:
2.4.2. Потужність, що споживається колекторним ланцюгом двох транзисторів:
2.4.3. Потужність, що споживається ланцюгом усунення:
2.4.4. ККД каскаду:
3 Розрахунок фазоінверсного каскаду
Фазоінверсний каскад (каскад з розділеним навантаженням) призначений для отримання двох вихідних сигналів, що мають зсув по фазі 180˚. Схема фазоінверсного каскаду наведено малюнку 3.
Малюнок 3 - Схема фазоінверсного каскаду
3.1. Потужність, що віддається транзистором навантаження, тобто. у вхідний ланцюг вихідного каскаду:
3.2. Напруга живлення визначається за умов:
3.3. На основі наведених параметрів вибирається транзистор КТ815А. Його параметри:
3.4. Приймаємо. Воно задовольняє зазначеним умовам:
3.5. Падіння напруги на емітерному опорі:
3.6. Зміна напруги колектор-емітер при зміні робочої температури транзистора:
3.7. Мінімально допустимий струм колектора повинен у кілька разів перевищувати зворотний струм колекторного переходу за максимальної температури: