Курсовая работа: Усилитель мощности

🛑 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Тольяттинский политехнический институт
“Микроэлектроника и микросхемотехника”
3. Основание выбора структурной и принципиальной схем
4.2 расчет предварительного усилителя
4.3 расчет токов в цепях предварительного усилителя
Разработать усилитель мощности, с использованием операционных усилителей (ОУ), класс работ АБ (вид и спад амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) не имеет значения) и имеющий следующие параметры:
диапазон частот f Н
=50 Гц f В
= 500 Гц;
С развит и
ем м и
кроэлектрон и
к и
и
микросхемотехник
и стали появляться новые устройства, построенн ы
е на новой технологической основе - интегрально й
технологии. Данное нов ш
ество по з
вол и
ло значительно уменьшить габарит ы
проектируем ы
х устройст в
, т.к
. на кристале
микросхемы пло щ
адью не более 2
5 кв. м
м мо ж
но ра з
местить до 10000000 тран з
исторов, что поэволяет
строить на и
х основе сложные, высокоточные устройства с огромными коэффициентами
усилен и
я и
друг и
ми не менее вахными
параметрам и.
И
нтегральная технолог и
я после ее и
зобретен и
я разо ш
лась на два направления, это аналоговые и цифровые
интегральные схемы. В аналоговой интегральной схемотехнике
широкое пр и
менение н а
шл и
так называемые опера ц
ионные усилители, получиваие
свое название от первоначального их использован и
я в устройствах выполня ющи
х как и
е-либо математические операции. На самом деле операционные усилители это ус и
л и
тели дифференциального
напря ж
ен и
я с очень больш им
коэффициентом
усиления по напря ж
ени и
(современные ОУ
ус и
ливают сигнал в десятк и
и сотн и
тысяч ра з
) и с большим (десятк и
мегаом)
входным сопротивлением .
На операционных ус и
л и
телях, возмо ж
но строить разнообра з
ные по своему назначений устройства к пр им
еру: интеграторы, диф ф
еренциаторы ,
усил и
тели и
нвертирующие и
неинвертирующие,
активные фильтри
на
RC-элементах; и
это далеко не полный список устройств в которых применяются операц и
онные усил и
тели. Но так ж
е к а
к и
другие устройства у операционных усилителей есть и сво и
недостатк и
. Они и
ме ю
т небольшой входной ток смещения, который необход и
мо ко м
пенсировать, не равномерную АЧХ
по всей полосе пропускания, и
не очень большой по нынешн и
м требованиям частотный д и
апазон, также в отличие от идеального операц и
онного усилителя, реальные име ю
т не очень большой выходной ток (5. ..
5 0
мА).
Но не смотря на все эт и
недостатк и
операц и
онные усилители широко применяются в промышленной электроник и
в узлах автомат и
к и
, ус и
лен и
я и вычислен и
й, И
в качестве примера в данной курсовой работе рассматр и
вается схема усилителя мощности с пр и
менен и
ем операционного усилителя.
3. Основание выбора структурной и принципиальной схем

При проектировании усилителей мощности ставятся две основные задачи: обеспечение требуемой выходной мощности и поддержание данной мощности во всем диапазоне требуемых частот. Исходя из данной поставленной задачи можно получить структурную схему проектируемого усилителя (лист 1 приложения). Она состоит из:
Выходного каскада усилителя мощности
Выходной усилитель обеспечивает усиление по току необходимое для получения необходимой мощности на нагрузке. Данный каскад должен удовлетворят следующим требованиям:
Обеспечивать необходимый коэффициент усиления по току.
Иметь большое входное и малое выходное сопротивления.
В полосе пропускания не вносить искажений выше нормы т.е. обеспечить постоянную мощность на нагрузке в полосе частот от f Н
до f В
.
Иметь параметры, мало зависящие от температуры окружающей среды.
Предварительный усилитель-фильтр предназначен для усиления входного сигнала по напряжению и ограничения частотного диапазона входного сигнала в пределах требуемого частотного диапазона. Предварительный усилитель должен иметь следующие характеристики:
Обеспечить необходимый коэффициент усиления по напряжению.
Ограничивать частотный диапазон входного сигнала со спадами на краях диапазона не менее 20Дб/дек.
Иметь минимальный коэффициент нелинейных искажений
Источник питания должен обеспечивать требуемые выходные напряжения и токи равные максимальному пиковому значениютока потребляемого усилителем мощности.
Также он должен иметь коэффициент пульсаций не более 1% от номинального выходного напряжения при максимальном токе нагрузки, это необходимо для минимизации искажений вносимых источником питания в выходной сигнал. Нагрузка при расчете данного усилителя считается чисто активной
Исходя из вышеперечисленных требований, предъявляемых к проектируемому усилителю, была выбрана принципиальная схема усилителя.
В качестве выходного каскада усилителя мощности в задании на курсовую работу сказано применить двухтактный эмитерный повторитель работающий в режиме А-В.
Схема двухтактного выходного каскада работающего в режиме А-В приведена на рис. 3.1.
Схема построена на двух комплиментарных транзисторах типа КТ815 и КТ814. Для уменьшения потребляемой мощности каскад питается от однополярного источника напряжения +12В. в схеме применены разделительные конденсаторы С1 и С2 обеспечивающие гальваническую развязку с предварительным усилителем и нагрузкой, а также выполняющих роль фильтра ВЧ со спадом 20 Дб/дек на частотах ff В
должен быть больше 20 Дб/дек, будет использован фильтр Баттерворта второго порядка, который имеет спад 40 Дб/дек. Элементы С1, С2 и R1 и R2 рассчитываются согласно методу приведенному в [1] для частоты среза f В
. Операционный усилитель (ОУ) питается от двуполярного источника питания ± 12В. В качества ОУ выбран кристал К140УД7, обладающий хорошими частотными характеристиками, большим коэффициентом усиления и малым входным током. Причина выбора будет подробно рассмотрена в п. 4.3.
Принципиальная схема усилителя мощности представлена на листе 2 графической части
диапазон частот f Н
=50 Гц f В
= 500 Гц;
U ВЫХ
= Р ВЫХ
/ I Н
= 1/1 =1 (В) (4.2)
Разделительный конденсатор С4 был пасчитан из условия нижней граничной частоты f Н
=50 Гц
С4=1/(2*p* f Н
* R Н
*Ö(М Н
-1) ) (4.3)
Где М Н
– коэффициент искажений вносимый данным конденсатором в схему, для усиления мощности. Примем М Н
=1,3. Тогда, произведя расчет, получим:С4=3832 (мкФ)
Максимальное значение напряжения колектор-эммитер на транзисторах:
Максимальный ток коллектора транзисторов определим по формуле
I К
max
= U ВЫХ
/ R Н
=1/1 = 1 (А) (4.4)
По последним двум параметрам выбрали транзисторы комплиментарной пары:
Напряжение покоя на эмиттерах транзисторов равно:
U O
= 0.5*Е ПИТ
= 0,5*12=6 (В) (4.5)
I Б
max
= I К max
/ b min
=1/100 = 10 (тА) (4.6)
Базовый ток был выбран по входной ВАХ транзисторов [5] по началу линейного участка характеристики.
Далее был расчитан ток покоя коллектора по формуле:
I Ко­
= I Бо
* b min
=10 -3
* 100 = 0,1 (А) (4.7)
По [6] были выбраны диоды VD1 и VD2 с прямым падением напряжения U VD
=0.7 (В) и прямым током равным:
I VD
= 1.2* I Б
max
= 1.2*10 -2
= 12 (тА) (4.8)
Этим параметрам соответствуют диоды КД522А
Ток через резистор R5 рассчитан из условия
I R
5
= I Бо
+ I VD
= 12*10 -3
+ 10 -3
= 13*10 -3
(А) (4.9)
U R
5
= E ПИТ
– U O
– U Бэо
= 12-6-0,7=5,3 (В) (4.10)
R5 = U R
5
/ I R
5
= 5.3/13*10 -3
= 387 Ом (4.11)
Мощность выделяемая на резисторе R5:
P R
5
= I R
5
2
R5 =(13*10 -3
) 2
*387 =0.165 (Вт) (4.12)
Исходя из идентичности плеч каскада приняли сопротивление R6=R5 и выбрали
R ВХ
= R5/2 ll (R H
*b min
) = 66 (Ом) (4.13)
I ВХ
max
= I БМ
+ I R
5
= 10 -2
+13*10 -3
=23*10 -3
(А) (4.14)
Амплитуда входного напряжения каскада
U ВХ
max
= I ВХ
* R ВХ
+ U ВЫХ
= 23*10 -3
*66+1=2,083 (В) (4.15)
Коэффициент усиления выходного каскада по напряжению
K U
= U ВЫХ
/ U Вх
max
= 1 / 2,083 = 0,48 (4.16)
С3=1/(2*p* f Н
* R ВХ
*Ö(М Н
-1) ) (4.17)
М Н
=1,04 – коэффициент вносимых искажений для предварительного усилителя
4.2 Расчет предварительного усилителя

Изначально необходимо расчитать коэффициент усиления по напряжению предварительного усилителя по формуле
Где К U
общ
– коэффициент усиления по напряжению всего усилителя мощности.
К U
общ
= U ВЫХ
/ U ВХ
=1 / 0,1=10 (4.19)
Расчет фильтра производим по методике [1] согласно которой сначала выбираем конденсатор С1 из условия:
Где f СР
=f В
–частота среза фильтра.
Емкость конденсатора С2 расчитывается по формуле:
Где с и в – коэффициенты для фильтра Баттерворта второго порядка (из [таблица 3.1:1]). в=1,414 ; с=1
Сопротивление R1 рассчитаем из условия:
R1 = (1/p*f C
C1) / (в+Ö(в 2
+ 4*с*(А-1-С2/С1 )))=12400 (Ом) (4.22)
R2=1/(c*C1*C2*R1*(2*p*f C
) 2
) = 1021 (Ом) (4.23)
Исходя из значения коэффициента усиления А рассчитаем значения сопротивлений резисторов R3 и R4.
R3 = А*(R1+R2)/(А-1)= 13655 (Ом) (4.23)
R4 = А*(R1+R2) = 270790 (Ом) (4.24)
Выбираем R4 : МЛТ – 0,125 270 (кОм)
4.3 Расчет токов в цепях предварительного усилителя

Для расчета токов выберем ОУ применяемый в предварительном каскаде К140УД7. И оновременно проверим возможность его эксплуатации в данной роли. Его характеристики:
K У
U
=50000f КР
=0,8 (МГц) I ВЫХ
=30 (мА)
Ввиду того, что входное сопротивление велико входным током ОУ можно пренебречь.
Расчет токов произведем на частоте f В­
и для нее расчитаем реактивное сопротивление конденсаторов С1 и С2.
Х С1
= 1/(2*p* f В­
*С1) = 16000 (Ом) (4.25)
Х С2
=1/(2*p* f В­
*С1) = 795 (Ом) (4.26)
Для расчета токов составим схему замещения рис 4.3.
U ВХ
= 0,1 (В); U ВЫХ ОУ
= U ВХ
* А = 2,083 (В)
R1’= R1=12 (кОм); R2=R2+Х С2
=1000+795=1795 (Ом)
R3’=Х С1
=16 (кОм); R4’= R3 + R4 = 283 (кОм)
По законам Кирхгофа составим систему уравнений
решив данную систему получили следующие значения токов:
I 1
= 8 (мкА) I 2
= -110 (мкА) I 3
= -118 (мкА)
Полученные токи, которые в 40 раз превосходят входной ток ОУ, но в 7 раз меньше максимального выходного, позволяют считать расчет верным т.к входной ток ОУ практически не оказывает влияния на токи в цепях предварительного усилителя-фильтра, а выходной ток не превышает максимально допустимый.
Расчитав схему усилителя мощности убедился, в том, что с применением операционных усилителей можно создавать малогабаритные устройства с хорошими характеристиками и малым числом дискретных элементов. Расчитанный усилитель обладает всеми параметрами представленным в задании и обеспечивает на активной нагрузке сопротивлением 1 Ом выходную мощность 1 Вт, при амплитуде входного напряжения 0,1 В, усилитель работает в частотном диапазоне 50…500 Гц и обеспечивает спад АЧХ на границах не менее 20 Дб/дек.
Данный усилитель построен с применением в качестве предъварительного усилителя-фильтра схемы фильтра НЧ Батерворта второго порядка. В качестве выходного каскада был применен двухтактный каскад на комплиментарных транзисторах, работающих в режиме А-В.
Запитывается усилитель от двуполярного источника питания с выходным напряжением ± 12 (В).
[1] “Интегральная электроника в измерительных устройствах” – Л,: Энергоатомиздат, 1988,- 304 с,: ил
[2] Хоровиц П., Хилл У., “Искуство схемотехники” пер. с англ.-М: Мир, 1983.-Т.1.598 с., ил.
[3] М.Н. Дьяконов, В.И. Кабабанов. – М.: Радио и связь,1983.-576с., ил
[4] А.Л. Булычев, В.Н. Галкин. “Аналоговые интегральные схемы”.- Минск., Беларусь; 1993
[5] “Справочник по транзисторам” / К.М. Брежнева, Е.И. Гатман и др. – М.радио и связь, 1981.-656с., ил
[6] “Диоды”: Справочник/А.В. Баюков, А.А. Зайцев.-М.: энергоатомиздат, 1982.- 744с.,ил

Название: Усилитель мощности
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: курсовая работа
Добавлен 10:17:12 21 июля 2009 Похожие работы
Просмотров: 1073
Комментариев: 14
Оценило: 3 человек
Средний балл: 4
Оценка: неизвестно   Скачать

Схема выходного каскада усилителя мощности
Эквивалентная схема для расчета токов

Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Курсовая работа: Усилитель мощности
Аргументы К Итоговому Сочинению
Разбор Словосочетания Писали Сочинение
Мәдениет Адамның Рухани Тіршілігі Эссе
Эссе В Руке Девушки
Реферат: Слово о Законе и Благодати
Сочинение Про Бабушку 4 Класс Небольшое
Контрольная работа: Развитие транспортно-логистической системы России. Выбор системы складирования
Структура Сочинения Рассуждения По Русскому Языку
Реферат по теме Финансовая деятельность предприятия
Реферат по теме Ультразвук и инфразвук
Сро В Сфере Финансового Рынка Автореферат Диссертации
Пример Курсовой По Юриспруденции Про Пенсию
Реферат по теме Борис Годунов и смутное время
Курсовая Работа На Тему Социальная Психология. Конфликты
Реферат: Грошовий ринок
Курсовая работа по теме Усечения в англоязычной прессе
Реферат Ору По Гимнастике
Контрольная работа: Состояние окружающей среды города Сыктывкара
Сочинение В П Некрасов
Реферат: Зведення і угрупування статистичних даних
Реферат: Разработка балансов
Реферат: Теорії емоцій і особистості
Курсовая работа: Выносливость и основы методики ее воспитания