Реферат: Проектирование усилителя мощности на основе ОУ

👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

Задание на курсовое проектирование по курсу

«Основы электроники и схемотехники»


Студент: Данченков А.В.
группа ИИ-1-95.

Тема: «Проектирование усилительных устройств на базе интегральных операционных усилителей»


Расчитать усилитель мощности на базе интегральных операционных усилителей с двухтактным оконечным каскадом на дискретных элементах в режиме АВ.
Оценить, какие параметры усилителя влияют на завал АЧХ в области верхних и нижних частот.
Структура усилителя мощности .................................................................... 3
Предварительная схема УМ (рис.6) .............................................................. 5
Расчёт параметров усилителя мощности ...................................................... 6
1. Расчёт амплитудных значений тока и напряжения .............................. 6
2. Предварительный расчёт оконечного каскада ..................................... .
6
3. Окончательный расчёт оконечного каскада ......................................... 9
4. Задание режима АВ. Расчёт делителя .................................................. 10
5. Расчёт параметров УМ с замкнутой цепью ООС ................................ 11
6. Оценка параметров усилителя на завал АЧХ в области ВЧ и НЧ ...... 12
Заключение .................................................................................................... 13
Принципиальная схема усилителя мощности .............................................. 14
Спецификация элементов .............................................................................. 15
Библиографический список .......................................................................... 16
В настоящее время в технике повсеместно используются разнообразные усилительные устройства. Куда мы не посмотрим - усилители повсюду окружают нас. В каждом радиоприёмнике, в каждом телевизоре, в компьютере и станке с числовым программным управлением есть усилительные каскады. Эти устройства, воистину, являются грандиознейшим изобретением человечества .
В зависимости от типа усиливаемого параметра усилительные устройства делятся на усилители тока, напряжения и мощности.
В данном курсовом проекте решается задача проектирования усилителя мощности (УМ) на основе операционных усилителей (ОУ). В задачу входит анализ исходных данных на предмет оптимального выбора структурной схемы и типа электронных компонентов, входящих в состав устройства, расчёт цепей усилителя и параметров его компонентов, и анализ частотных характеристик полученного устройства.
Для разработки данного усилителя мощности следует произвести предварительный расчёт и оценить колличество и тип основных элементов - интегральных операционных усилителей. После этого следует выбрать принципиальную схему предварительного усилительного каскада на ОУ и оконечного каскада (бустера). Затем необходимо расчитать корректирующие элементы, задающие режим усилителя ( в нашем случае АВ ) и оценить влияние параметров элементов схемы на АЧХ в области верхних и нижних частот.
Оптимизация выбора составных компонентов состоит в том, что при проектировании усилителя следует использовать такие элементы, чтобы их параметры обеспечивали максимальную эффективность устройства по заданным характеристикам, а также его экономичность с точки зрения расхода энергии питания и себестоимости входящих в него компонентов.
Усилитель мощности предназначен для передачи больших мощностей сигнала без искажений в низкоомную нагрузку. Обычно они являются выходными каскадами многокаскадных усилителей. Основной задачей усилителя мощности является выделение на нагрузке возможно большей мощности. Усиление напряжения в нём является второстепенным фактом. Для того чтобы усилитель отдавал в нагрузку максимальную мощность, необходимо выполнить условие R
вых

=
R
н .


Основными показателями усилителя мощности являются: отдаваемая в нагрузку полезная мощность P

н


, коэффициент полезного действия h

, коэффициент нелинейных искажений K

г

и полоса пропускания АЧХ.
Оценив требуемые по заданию параметры усилителя мощности, выбираем структурную схему , представленную на рис.1

, основой которой является предварительный усилительный каскад на двух интегральных операционных усилителях К140УД6
и оконечный каскад (бустер) на комплементарных парах биполярных транзисторов. Поскольку нам требуется усиление по мощности, а усиление по напряжению для нас не важно, включим транзисторы оконечного каскада по схеме “общий коллектор” (ОК). При такой схеме включения оконечный каскад позволяет осуществить согласование низкоомной нагрузки с интегральным операционным усилителем, требующим на своём входе высокоомную нагрузку (т.к. каскад “общий коллектор” характеризуется большим входным R
вх

и малым выходным R
вых

сопротивлениями), к тому же каскад ОК имеет малые частотные искажения и малые коэффициенты нелинейных искажений. Коэффициент усиления по напряжению каскада “общий коллектор” K u

£
1.

Для повышения стабильности работы усилителя мощности предварительный и оконечный каскады охвачены общей последовательной отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению. В качестве разделительного элемента на входе УМ применён конденсатор C
р


. В качестве источника питания применён двухполярный источник с напряжением E
к

=
±
15 В.

Режим работы оконечного каскада определяется режимом покоя (классом усиления) входящих в него комплементарных пар биполярных транзисторов. Существует пять классов усиления: А, В,
АВ, С
и D
,
но мы рассмотрим только три основных: А, В
и АВ
.
Режим класса А
характеризуется низким уровнем нелинейных искажений ( K
г

£
1%)
низким КПД ( h

<0,4)
. На выходной вольт-амперной характеристике (ВАХ) транзистора ( см. рис. 2.1

) в режиме класса А
рабочая точка ( I

K0

и U

K

Э0

)
располагается на середине нагрузочной прямой так, чтобы амплитудные значения сигналов не выходили за те пределы нагрузочной прямой, где изменения тока коллектора прямо пропорциональны изменениям тока базы. При работе в режиме класса А
транзистор всё время находится в открытом состоянии и потребление мощности происходит в любой момент. Режим усиления класса А
применяется в тех случаях, когда необходимы минимальные искажения а P

н
и h

не имеют решающего значения.
Режим класса В
характеризуется большим уровнем нелинейных искажений ( K
г

£
10%)
и относительно высоким КПД ( h

<0,7)
.
Для этого класса характерен I

Б0

= 0 ( рис 2.2
),
то есть в режиме покоя транзистор закрыт и не потребляет мощности от источника питания. Режим В применяется в мощных выходных каскадах, когда неважен высокий уровень искажений.
Режим класса АВ
занимает промежуточное положение между режимами классов А
и В.
Он применяется в двухтактных устройствах. В режиме покоя транзистор лишь немного приоткрыт, в нём протекает небольшой ток I

Б0

( рис. 2.3
),
выводящий основную часть рабочей полуволны U

вх

на участок ВАХ с относительно малой нелинейностью. Так как I

Б0

мал, то h

здесь выше, чем в классе А
, но ниже, чем в классе В
, так как всё же I

Б0

> 0
. Нелинейные искажения усилителя, работающего в режиме класса АВ
, относительно невелики ( K
г

£
3%) .

В данном курсовом проекте режим класса АВ
задаётся делителем на резисторах R 3

- R 4

и кремниевых диодах VD 1
-VD 2

.
Расчёт параметров усилителя мощности



1. Расчёт амплитудных значений тока и напряжения на нагрузке


1.1 Найдём значение амплитуды на нагрузке U

н

. Поскольку в задании дано действующее значение мощности, применим формулу:
P н
=¾¾¾Þ U

н

=
Ö
2R
н

P
н

= Ö 2*4 Ом * 5 Вт = 6.32 В


1.2 Найдём значение амплитуды тока на нагрузке I

н

:

2. Предварительный расчёт оконечного каскада


Для упрощения расчёта проведём его сначала для режима В.

2.1 По полученному значению I

н
выбираем по таблице ( I

к ДОП

> I

н

)комплиментарную пару биполярных транзисторов VT1-VT2 :
КТ-817
(n-p-n типа)и КТ-816
(p-n-p типа). Произведём предварительный расчёт энергетических параметров верхнего плеча бустера ( см рис. 3.1

).
2.2 Найдём входную мощность оконечного каскада P
вх

. Для этого нужно сначала расчитатькоэффициент усиления по мощности оконечного каскада K p

ок

, который равен произведениюкоэффициента усиления по току K i

на коэффициент усиления по напряжению K u

:
Как известно, для каскада ОК K u

£
1 ,
поэтому, пренебрегая K u

,
можно записать:
Из технической документации на транзисторы для нашей комплементарной пары получаем b
= 30
.
Поскольку b
велико, можно принять K p

ок

=
b
+1
»
b
.
Отсюда K p

ок

= 30 .

Найдём собственно выходную мощность бустера. Из соотношения
получим P
вх

=
¾¾
, а с учётом предыдущих приближений
2.3 Определим амплитуду тока базы транзистора VT1 I

б

vt1

:

I

б

=
¾¾¾
,
т.к. I

н

=
I

к

vt1

получим :
I

б

vt1

=
¾¾¾
»
¾¾¾
=
¾¾¾¾
= 52 мА


2.4Определим по входной ВАХ транзистора напряжение на управляющем
переходе U

бэ

( c

м

.

рис 3.2

)

Отсюда находим входное напряжение U

вх

vt1


U

вх

vt1

= U

бэ

vt1

+
U

н

=
1.2 В + 6.32 В = 7.6 В


2.5 Определим входное сопротивление верхнего плеча бустера R
вх

:
Поскольку из-за технологических особенностей конструкции интегрального операционного усилителя К140УД6
полученное входное сопротивление (оно же сопротивление нагрузки ОУ ) мало (для К140УД6
минимальное сопротивление нагрузки R min

оу

= 1 кОм ),
поэтому для построения оконечного каскада выбираем составную схему включения (чтобы увеличить входное сопротивление R
вх

).
Исходя из величины тока базы транзистора VT1 I

б

vt1

(который является одновременно и коллекторным током транзистора VT3 )
выбираем комплементарную паруна транзисторах КТ-361
(p-n-p типа) и КТ-315
(n-p-n типа).Соответственно схема оконечного каскада примет вид, показанный на рис. 3.3

.
3.

Окончательный расчёт оконечного каскада


3.1 Расчитаем входную мощность P
вх

ок

полученного составного оконечного каскада. Исходя из того, что мощность на входе транзистора VT1 P
вх

мы посчитали в пункте 2.2 ,
получим :
P
вх

ок

= ¾¾¾»¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 3.2

мВт


3.2 Определим амплитуду тока базы I

б

vt3

транзистора VT3. Поскольку I

к

vt3

»
I

б

vt1

имеем:
I

б

vt3

=
¾¾¾
» ¾¾¾
=
¾¾¾
» 1

мА


3.3 Определим по входной ВАХ транзистора VT3
напряжениена управляющем переходе U

бэ

vt3

( см. рис. 3.4

). Поскольку U

бэ

vt3

= 0.6 В ,

для входного напряжения оконечного каскада U

вх

ок

имеем:
U

вх

ок

=
U

н

+
U

бэ

vt1

+
U

бэ

vt1

=
(6.32 + 1.2 + 0.6) В = 8 В


3.4 Определим входное сопротивление оконечного каскада R
вх

ок

:

Полученное входное сопротивление полностью удовлетворяет условию
где R
н

min

оу

= 1кОм

(для ОУ К140УД6
).
4.

Задание режима

АВ. Расчёт делителя


Для перехода от режима В к режиму АВ на вход верхнего плеча нужно подать смещающее напряжение +0.6 В, а на вход нижнего плеча - –0.6 В. При этом, поскольку эти смещающие напряжения компенсируют друг друга, потенциал как на входе оконечного каскада, так и на его выходе останется нулевым. Для задания смещающего напряжения применим кремниевые диоды КД-223
( VD1-VD2
, см. принципиальную схему

), падение напряжения на которых U

д


= 0.6 В


Расчитаем сопротивления делителя R
д


1

=
R
д


2

=
R
д


.

Для этого зададим ток делителя I

д


, который должен удовлетворять условию:
Положим I

д


= 3 А

и воспользуемся формулой
R
д


= ¾¾¾¾
=
¾¾¾¾¾¾
=
4.8 Ом » 5 Ом
5. Расчёт параметров УМ с замкнутой цепью ООС


Для улучшения ряда основных показателей и повышения стабильности работы усилителя охватим предварительный и оконечный каскады УМ общей последовательной отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению

. Она задаётся резисторами R 1

и R 2

(см. схему на рис. 6

).
Исходя из технической документации на интегральный операционный усилитель К140УД6
его коэффициент усиления по напряжению K u

оу1

равен 3*10 4
.

Общий коэффицент усиления обоих ОУ равен :
K u

оу

=
K u

оу1

*
K u

оу2

= 9*10 8



Коэффициент усиления по напряжению каскадов, охваченных обратной связью K u

ос

равен:
U

вых ос

К
u

( K u

оу1

*
K u

оу2

*
K u

ок

) 1

K u

ос

=
¾¾¾
=
¾¾¾¾
=
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
»
¾

E
г

1 +
c
K u

1 +
c
( K u

оу1

*
K u

оу2

*
K u

ок

)
c

Изобразим упрощённую схему нашего усилителя , заменив оконечный каскад его входным сопротивлением ( см. рис. 3.5

) (ООС на схеме не показана, но подразумевеется ). Здесь R
н

экв

º
R
вх

ок

= 8 кОм

;
U

вых ос

=
U

вх

ок

= 8 В ,
Е г
= 15 В

(из задания ) .


Найдём параметры сопротивлений R 1

и R 2

, задающих обратную связь. Зависимость коэффициента обратной связи c
от сопротивлений R 1

и R 2

может быть представлена следующим образом:
¾¾
=
¾¾¾
=
¾¾¾
Þ
5333 = 1 + 10
R 2

Þ
R 2

= 540 кОм


6.

Оценка влияния параметров усилителя на завал АЧХ в области верхних и нижних частот


Усилитель мощности должен работать в определённой полосе частот ( от ¦
н

до ¦
в

) . Такое задание частотных характеристик УМ означает, что на граничных частотах ¦
н

и ¦
в

усиление снижается на 3 дБ по сравнению со средними частотами, т.е. коэффициенты частотных искажений М н

и М в

соответственно на частотах ¦
н

и ¦
в

равены:
В области низких частот (НЧ) искажения зависят от постоянной времени t
нс

цепи переразряда разделительной ёмкости С р
:

М нс
=
Ö
1 + ( 1
/ ( 2
p
¦
н

t
нс

)) 2


Постоянная времени t
нс

зависит от ёмкости конденсатора С р

и сопротивления цепи переразряда R
раз

:

При наличии нескольких разделительных ёмкостей ( в нашем случае 2) М н

равно произведению М нс

каждой ёмкости:
Спад АЧХ усилителя мощности в области высоких частот (ВЧ) обусловлен частотными искажениями каскадов на ОУ и оконечного каскада, а так же ёмкомтью нагрузки, если она имеется. Коэффициент частотных искажений на частоте ¦
в

равен произведению частотных искажений каждого каскада усилителя:
М в ум

= М в1

* М в2

* М в
ок

* М вн


Здесь М в1

, М в2

, М в
ок

, М вн

- коэффициенты частотных искажений соответственно каскадов на ОУ, оконечного каскада и ёмкости нагрузки С н

. Если K u

оу

выбран на порядок больше требуемого усиления каскада на ОУ, то каскад ОУ частотных искажений не вносит ( М в1
=
М в2
= 1
).
Коэффициент искажений оконечного каскада задаётся формулой:
М в
ок
= 1 + (
Ö
1+ (
¦
в

/
¦
b

) - 1)(1 - K u
o

к

)

Здесь ¦
b

- верхняя частота выходных транзисторов. Коэффициент частотных искажений нагрузки М вн

, определяемый влиянием ёмкости нагрузки С н

в области высоких частот зависит от постоянной времени t
вн

нагрузочной ёмкости :
М вн
=
Ö
1 + ( 1
/ ( 2
p
¦
в

t
вн

)) 2


t
вн

= С н
* (
R
вых

ум

| | R
н

)
При неправильном введении отрицательной обратной связи в области граничных верхних и нижних частот может возникнуть ПОС ( положительная обратная связь) и тогда устройство из усилителя превратится в генератор. Это происходит за счёт дополнительных фазовых сдвигов , вносимых как самим усилителем, так и цепью обратной связи. Эти сдвиги тем больше, чем большее число каскадов охвачено общей обратной связью. Поэтому не рекомендуется охватывать общей ООС больше, чем три каскада.
В данном курсовом проекте мы расчитали основные параметры и элементы усилителя мощности, а так же оценили влияние параметров усилителя на завалы АЧХ в области верхних и нижних частот.
1. Д. В. Игумнов, Г.П. Костюнина - “Полупроводниковые устройства
непрерывного действия “ - М: “Радио и связь”, 1990 г.
2. В. П. Бабенко, Г.И. Изъюрова - “Основы радиоэлектроники”. Пособие по
курсовому проектированию - М: МИРЭА, 1985 г.
3. Н.Н. Горюнов - “ Полупроводниковые приборы: транзисторы”
Справочник - М: “Энергоатомиздат”, 1985 г.

Название: Проектирование усилителя мощности на основе ОУ
Раздел: Рефераты по технологии
Тип: реферат
Добавлен 19:21:37 04 сентября 2005 Похожие работы
Просмотров: 732
Комментариев: 16
Оценило: 4 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Резистор МЛТ-0.5 - 0.1 кОм
±
10 %

Резистор МЛТ-0.5 - 540 кОм
±
10 %

Если Вам нужна помощь с учебными работами, ну или будет нужна в будущем (курсовая, дипломная, отчет по практике, контрольная, РГР, решение задач, онлайн-помощь на экзамене или "любая другая" учебная работа...) - обращайтесь: https://clck.ru/P8YFs - (просто скопируйте этот адрес и вставьте в браузер) Сделаем все качественно и в самые короткие сроки + бесплатные доработки до самой сдачи/защиты! Предоставим все необходимые гарантии.
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.

Реферат: Проектирование усилителя мощности на основе ОУ
Сочинение по теме Ранние повести «Материнское поле» и «Первый учитель»
Реферат На Тему Недревесная Продукция Леса
Мое Любимое Сочинение Лермонтова
Сколько Томов Ленина В Полном Собрании Сочинений
Реферат: Влияние радиации на происхождение жизни
Курсовая работа по теме Автоматизированное рабочее место преподавателя. Учёт посещаемости и успеваемости студентов
Какие Бывают Темы Сочинений
Носители Информации Реферат
Реферат: Общая тактика св вс США 6
Контрольная Работа Сложноподчиненное Предложение
Реферат: Гіпоталамус у період стресу
Курсовая работа по теме Формы взаимодействия воспитателей ДОО с семьями младшего дошкольного возраста
Цель Наказания Курсовая
Современные Ноутбуки Реферат
Реферат: Камеральные проверки: на что обратить внимание
Курсовая Работа На Тему Функциональные Основы Формирования Квартир
Дипломная Работа На Тему Родительские Права И Обязанности По Воспитанию Детей
Реферат: Социология гендерного равенства
Сочинение по теме Лирический герой в творчестве Цветаевой
Реферат: Концепции Я у Ч.Кули и Дж.Мида (Доклад)
Реферат: Лизинг
Доклад: Halford
Доклад: Bachman-Turner overdrive