Шифр проекта КР-2068998-32-РИБ-319-18-ПЗ

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: «Расчёт усилителя мощности»

По дисциплине «Схемотехника»

Студент Холкин Александр Васильевич РИБ-319

 

Пояснительная записка

Шифр проекта КР-2068998-32-РИБ-319-18-ПЗ

 

Руководитель проекта:

Завьялов С.А.

___________________

(Подпись, дата)

Разработал студент

___________________

(Подпись, дата)

 

Омск 2012

ФГОУ «Омский государственный технический университет»

 

Кафедра Радиотехнические устройства и системы диагностики

Специальность (21030062) Радиотехника

Задание

На курсовое проектирование (КР-2068998-32-РИБ-319-18-ПЗ)

по дисциплине «Схемотехника»

Студент Холкин Александр Васильевич РИБ-319

1 Тема проекта «Расчёт усилителя мощности»

2 Срок сдачи студентом законченного проекта________________________

3 Исходные данные к проекту: а) , б) , в) U_вх=2 В, г) U_вх=2 В, д) , е) k_Г=10%, д)

4 Содержание проекта (работы): Объём «ПЗ» – 22 страницы

4.1 Разделы пояснительной записки:

4.1.1 Анализ состояния вопроса;

4.1.1 Расчёт минимального коэффициента усиления усилителя;

4.2  Выбор оконечного каскада;

4.2.1 Выбор пары транзисторов VT9, VT10;

4.2.2 Расчёт начального смещения транзисторов VT9, VT10;

4.2.3 Расчёт источника тока на транзисторе VT5;

4.3 Разработка и расчет предоконечного каскада;

4.3.1 Выбор транзистора VT6;

4.4 Разработка и расчет входного каскада;

4.4.2  Расчёт источника тока на транзисторе VT3;

4.5 Расчёт ООС усилителя;

Основная рекомендуемая литература

а) Завьялов С.А. Схемотехника усилителей мощности низких частот -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010.-92 с.

б) Титце У. Полупроводниковая схемотехника – М.: ДМК Пресс, 2008г.

6 Дата выдачи задания_________________________________________

Руководитель_________________________________________________

^{(подпись, дата)}

Студент____________________________________________________

^{(подпись, дата)}

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 4

1. Анализ состояния вопроса. 5

1.1 Расчёт минимального коэффициента усиления усилителя. 7

2. Выбор оконечного каскада. 7

2.1 Выбор пары транзисторов VT9, VT10. 9

2.3 Расчёт начального смещения транзисторов VT9, VT10. 11

2.2 Расчёт источника тока на транзисторе VT7. 12

3. Разработка и расчет предоконечного каскада. 13

3.1 Выбор транзистора VT6. 14

4 Разработка и расчет входного каскада. 15

4.2 Расчёт источника тока на транзисторе VT3. 17

5. Расчёт ООС усилителя. 19

Заключение. 20

Список использованной литературы.. 21

 

Введение

 

Несмотря на быстрое развитие усилительной техники, бестрансформаторные усилители мощности по-прежнему играют важную роль.

Такие усилители могут быть легко выполнены по интегральной технологии. Именно поэтому современные БМУ представляют собой компактные и экономичные устройства. Кроме того, отсутствие частотно-зависимых элементов в цепях связи позволяет вводить глубокие отрицательные обратные связи не только по переменному, но и по постоянному току, что существенно улучшает характеристики усилителей.

Основной функцией усилителей мощности (УМ) является обеспечение в нагрузке заданного значения мощности; усиление по напряжению является второстепенным фактором, в результате УМ являются основными потребителями энергии источников питания. Для обеспечения высокого КПД мощные выходные каскады работают в режиме класса В или АВ. Схемы строят двухтактными на транзисторах различного типа проводимости (комплементарных), включенных по схеме с ОК или с ОЭ.

Исходные данные:

- Выходная мощность ;

- сопротивление нагрузки ;

- входное напряжение U_вх=2 В;

- внутреннее сопротивление источника сигнала ;

- частотный диапазон ;

- коэффициент гармоник k_Г=10%;

-

Анализ состояния вопроса

Анализ исходных данных для расчета усилителя начнём с определения структуры оконечного каскада. Исходя из величины сопротивления нагрузки и требуемой мощности, рассчитаем действующее значение напряжения в нагрузке.

 

= ,

 

далее, находим амплитудное значение напряжения:

=154 В.

Найдем амплитуду тока в нагрузке:

Т.к. амплитудное значение напряжения в нагрузке большое и каскады предварительного усиления работают в классе А, т.е. на них будет падать напряжение равное двум источникам Eп=308 В. Транзисторы по напряжению следует выбирать с запасом, но к сожалению отечественная промышленность не может предоставить транзисторы, работающие при таких больших значения напряжения и таких малых токах. Следовательно, нужно уменьшать напряжения в нагрузке, при этом мощность должна оставаться требуемой. Для этого следует применить мостовую схему.

В мостовой схеме два выходных каскада включаются в противофазе и работают на общую нагрузку, которая включается между каскадами (рис. 1).

 

Рис. 1. Мостовая схема оконечного каскада, распределение токов

 

Нагрузка может подключаться к мостовой схеме непосредственно даже при однополярном питании, поскольку потенциал покоя обоих выходов одинаков. Поскольку каскады работают в противофазе, средняя точка нагрузки должна быть заземлена. Таким образом, каждый из каскадов мостовой схемы работает на нагрузку . Выходное напряжение  (на нагрузке) и ток в нагрузке   оказывается вдвое больше, чем напряжение каждого каскада относительно земли. Следовательно, при одном и том же напряжении питания выходная мощность на нагрузке  получается в четыре раза большей.

В данной курсовой работе выберем следующий способ реализации мостовой схемы, приведённой на рис. 2.

Рисунок 2 Мостовая схема последовательного возбуждения.

 

При идентичном значении коэффициента усиления, как и при последовательном подключении, оба плеча мостовой схемы получают сигнал одновременно.  работает как неинвертирующий, – как инвертирующий.

 

Выбор оконечного каскада

 

Выберем в качестве оконечного каскада двухтактный, бестрансформаторный, каскад на биполярных транзисторах, включенных по схеме с общим коллектором. Это позволит нам осуществить непосредственную связь с нагрузкой, а значит, обойтись без громоздких трансформаторов и разделительных конденсаторов. А т.к. последние являются частотно-зависимыми элементами, то их отсутствие существенно расширит полосу пропускания усилителя. Отсутствие частотно-зависимых элементов позволяет вводить глубокие обратные связи по постоянному току, что улучшает характеристики усилителя.

Выберем схему построения оконечного каскада.

Для повышения КПД транзисторы оконечного каскада используют в режиме класса В. Тогда оконечный каскад будет состоять из двух симметричных плеч, каждое из которых будет работать параллельно и в противофазе друг другу на общую нагрузку (Рисунок 3).

Однако при этом существенно увеличиваются нелинейные искажения. Поэтому выходные каскады обычно используют в режиме АВ (при этом в принципиальную схему добавляется цепь смещения), обеспечивая высокий КПД и малые нелинейные искажения. Такие схемы выполняют на комплиментарных транзисторах.

В данной курсовой работе применим следующий выходной каскад:

Рисунок 4. Оконечный каскад, включенный по схеме ОК и работающий в классе AB.

 

Оконечный каскад построен на комплементарных транзисторах VT9, VT10 включенных по схеме ОК. Начальное напряжение смещения выходных транзисторов задаётся с помощью транзистора VT8, а базовый ток источником тока на транзисторе VT7. Резисторы R12, R13 применены для реализации стабилизации тока покоя. Данное решение позволяет уменьшить нелинейные искажения и стабилизировать ток покоя.

 

Выбор транзистора VT6

 

Для предоконечного каскада входные параметры  оконечного каскада являются входными, то есть для выбора транзисторов используем следующие данные:

 

 

Исходя из рассчитанных данных выбираем транзистор: это КТ-865А - кремневые планарные p-n-p транзисторы предназначенные для работы в радиовещательных и телевизионных приемниках, в усилительной аппаратуре и других устройствах. Корпус герметичный, металлический, с гибкими выводами, пластмассовый. Масса транзистора не более 20 г.

 

 

По зависимости статичеcкого коэффициента передачи тока от тока коллектора [1] находим β=40.

Возьмём  с запасом

R7=10 Ом;

Расчёт ООС усилителя

 

,                                   

 

Зададим R17 и R16:

R17=15 MoM и R16=560 кОм;

 

Найдём R15и R14:

                              

 

R14=R17-R16-R15=15000000-560000-560000=15 МоМ;

                    

 

Заключение

В данной работе спроектирован усилитель мощности, соответствующий заданным параметрам.

В ходе работы разработана принципиальная электрическая схема этого усилителя.

В данной работе представлен расчет каждого из каскадов усилителя и приведены используемые в процессе расчета характеристики.

К данному курсовому проекту прилагается чертеж, выполненный на бумаге формата А3 и представляет собой принципиальную электрическую схему спроектированного усилителя.

Список использованной литературы

1. ГОСТ 7.32-2001. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.

2. Завьялов С.А. Схемотехника усилителей мощности низких частот: учеб. пособие / С.А. Завьялов, К.В. Мурасов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010.-92 с.

3. Титце У. Полупроводниковая схемотехника: справочное руководство: [пер. с нем.] / У. Титце, К. Шенк. – М.: Мир, 1983.

4. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике / П. Шкритек. – М.: Мир, 1991.

5. Хоровиц П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл. − М.: Мир, 2002.

6. Остапенко Г.С. Усилительные устройства / Г.С. Остапенко. – М.: Радио и связь, 1989.

7. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: справочник / К.М. Брежнева [и др.]; под. ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981.

8. Полупроводниковые приборы: Транзисторы: справочник / В.Л. Аронов [и др.]; под общ. ред. Н.Н. Горюнова. – 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

9. Ровдо А.А. Схемотехника усилительных каскадов на биполярных транзисторах / А.А. Ровдо. – М.: Додека, 2002.

10. Морган Джонс. Ламповые усилители: [пер. с англ.] / Д. Морган. – М.: ДМК Пресс, 2007.

11. Ежков Ю.С. Справочник по схемотехнике усилителей. – М.: ИП Радио Софт, 2002.

12. Интернет-источник. – http://mosfet.data-chip.ru/

13. Интернет-источник. – http://www.rlocman.ru/datasheet/data.html?di= 56443

14. Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. Вып. 2. Модели компонентов аналоговых устройств / В.Д. Разевиг. – М.: Радио и связь, 1992.

15. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-CAP 5 / В.Д. Разевиг. – М.: «Солон», 1997.

16. ГОСТ 7.1-2003. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления.

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: «Расчёт усилителя мощности»

По дисциплине «Схемотехника»

Студент Холкин Александр Васильевич РИБ-319

 

Пояснительная записка

Шифр проекта КР-2068998-32-РИБ-319-18-ПЗ

 

Руководитель проекта:

Завьялов С.А.

___________________

(Подпись, дата)

Разработал студент

___________________

(Подпись, дата)

 

Омск 2012

ФГОУ «Омский государственный технический университет»

 

Кафедра Радиотехнические устройства и системы диагностики

Специальность (21030062) Радиотехника

Задание

На курсовое проектирование (КР-2068998-32-РИБ-319-18-ПЗ)

по дисциплине «Схемотехника»

Студент Холкин Александр Васильевич РИБ-319

1 Тема проекта «Расчёт усилителя мощности»

2 Срок сдачи студентом законченного проекта________________________

3 Исходные данные к проекту: а) , б) , в) U_вх=2 В, г) U_вх=2 В, д) , е) k_Г=10%, д)

4 Содержание проекта (работы): Объём «ПЗ» – 22 страницы

4.1 Разделы пояснительной записки:

4.1.1 Анализ состояния вопроса;

4.1.1 Расчёт минимального коэффициента усиления усилителя;

4.2  Выбор оконечного каскада;

4.2.1 Выбор пары транзисторов VT9, VT10;

4.2.2 Расчёт начального смещения транзисторов VT9, VT10;

4.2.3 Расчёт источника тока на транзисторе VT5;

4.3 Разработка и расчет предоконечного каскада;

4.3.1 Выбор транзистора VT6;

4.4 Разработка и расчет входного каскада;

4.4.2  Расчёт источника тока на транзисторе VT3;

4.5 Расчёт ООС усилителя;

Основная рекомендуемая литература

а) Завьялов С.А. Схемотехника усилителей мощности низких частот -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010.-92 с.

б) Титце У. Полупроводниковая схемотехника – М.: ДМК Пресс, 2008г.

6 Дата выдачи задания_________________________________________

Руководитель_________________________________________________

^{(подпись, дата)}

Студент____________________________________________________

^{(подпись, дата)}

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 4

1. Анализ состояния вопроса. 5

1.1 Расчёт минимального коэффициента усиления усилителя. 7

2. Выбор оконечного каскада. 7

2.1 Выбор пары транзисторов VT9, VT10. 9

2.3 Расчёт начального смещения транзисторов VT9, VT10. 11

2.2 Расчёт источника тока на транзисторе VT7. 12

3. Разработка и расчет предоконечного каскада. 13

3.1 Выбор транзистора VT6. 14

4 Разработка и расчет входного каскада. 15

4.2 Расчёт источника тока на транзисторе VT3. 17

5. Расчёт ООС усилителя. 19

Заключение. 20

Список использованной литературы.. 21

 

Введение

 

Несмотря на быстрое развитие усилительной техники, бестрансформаторные усилители мощности по-прежнему играют важную роль.

Такие усилители могут быть легко выполнены по интегральной технологии. Именно поэтому современные БМУ представляют собой компактные и экономичные устройства. Кроме того, отсутствие частотно-зависимых элементов в цепях связи позволяет вводить глубокие отрицательные обратные связи не только по переменному, но и по постоянному току, что существенно улучшает характеристики усилителей.

Основной функцией усилителей мощности (УМ) является обеспечение в нагрузке заданного значения мощности; усиление по напряжению является второстепенным фактором, в результате УМ являются основными потребителями энергии источников питания. Для обеспечения высокого КПД мощные выходные каскады работают в режиме класса В или АВ. Схемы строят двухтактными на транзисторах различного типа проводимости (комплементарных), включенных по схеме с ОК или с ОЭ.

Исходные данные:

- Выходная мощность ;

- сопротивление нагрузки ;

- входное напряжение U_вх=2 В;

- внутреннее сопротивление источника сигнала ;

- частотный диапазон ;

- коэффициент гармоник k_Г=10%;

-

Анализ состояния вопроса

Анализ исходных данных для расчета усилителя начнём с определения структуры оконечного каскада. Исходя из величины сопротивления нагрузки и требуемой мощности, рассчитаем действующее значение напряжения в нагрузке.

 

= ,

 

далее, находим амплитудное значение напряжения:

=154 В.

Найдем амплитуду тока в нагрузке:

Т.к. амплитудное значение напряжения в нагрузке большое и каскады предварительного усиления работают в классе А, т.е. на них будет падать напряжение равное двум источникам Eп=308 В. Транзисторы по напряжению следует выбирать с запасом, но к сожалению отечественная промышленность не может предоставить транзисторы, работающие при таких больших значения напряжения и таких малых токах. Следовательно, нужно уменьшать напряжения в нагрузке, при этом мощность должна оставаться требуемой. Для этого следует применить мостовую схему.

В мостовой схеме два выходных каскада включаются в противофазе и работают на общую нагрузку, которая включается между каскадами (рис. 1).

 

Рис. 1. Мостовая схема оконечного каскада, распределение токов

 

Нагрузка может подключаться к мостовой схеме непосредственно даже при однополярном питании, поскольку потенциал покоя обоих выходов одинаков. Поскольку каскады работают в противофазе, средняя точка нагрузки должна быть заземлена. Таким образом, каждый из каскадов мостовой схемы работает на нагрузку . Выходное напряжение  (на нагрузке) и ток в нагрузке   оказывается вдвое больше, чем напряжение каждого каскада относительно земли. Следовательно, при одном и том же напряжении питания выходная мощность на нагрузке  получается в четыре раза большей.

В данной курсовой работе выберем следующий способ реализации мостовой схемы, приведённой на рис. 2.

Рисунок 2 Мостовая схема последовательного возбуждения.

 

При идентичном значении коэффициента усиления, как и при последовательном подключении, оба плеча мостовой схемы получают сигнал одновременно.  работает как неинвертирующий, – как инвертирующий.