43010

Расчет УНЧ на БПТ

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Принципиальная схема каскада. Составив блоксхему усилителя выбирают принципиальные схемы входного и выходного устройств реостатноемкостные трансформаторные каскада мощного усилителя одноактный двухтактный трансформаторный бестрансформаторный каскадов предварительного усиления с прямой связью реостатный трансформаторный инверсный и т. После чего составляют принципиальную ориентировочную схему усилителя и распределяют заданные частотные искажения по цепям и каскадам вносящим эти искажения. Расчет усилителя производят начиная...

Русский

2013-11-03

221 KB

21 чел.

Министерство образования Российской Федерации

Ижевский государственный технический университет

Кафедра «Конструирование  радиоэлектронной аппаратуры»

Курсовая работа

“Расчет УНЧ на БПТ”

                                                 Выполнил:                    студент группы 671

                                                                                А.Н. Кирдяшкин

                                           Проверил:                   С. А. Дерендяев

Ижевск 2003 г.

Содержание

  1.  Техническое задание.
  2.  Цель работы.
  3.  Последовательность расчета усилителя.
  4.  Принципиальная схема каскада.
  5.  Определение типа транзисторов.
  6.  Выбор режима работы транзистора по постоянному току и расчет                               номиналов элементов усилителя.
  7.  Эквивалентная схема усилителя.
  8.  Расчет АЧХ и ФЧХ усилителя.
  9.  Вывод.
  10.  Литература.

Задание по работе:

Рассчитать УНЧ на БПТ по следующим исходным данным:

  •  Коэффициент  усиления – не менее 30дб;
  •  Полоса пропускания от 10 Гц до 10 КГц;
  •  Допустимая неравномерность частотной характеристики:  Мн=Мв=1,41;
  •  Амплитуда входного сигнала – 10 мВ;
  •  Входное сопротивление не менее 10 Ком;
  •  Сопротивление нагрузки не более 10 Ком;
  •  Емкость нагрузки – 50 пФ;
  •  Напряжение источника- + 9В.

Цель работы: Научиться рассчитывать УНЧ на БПТ.

Требования, предъявляемые к усилителю.

Для того чтобы, спроектировать усилитель. Необходимо знать: выходную мощность усилителя P вых., выходное напряжение Uвых., или сопротивление нагрузки Rн. Допустимый коэффициент гармоник Кг, рабочий диапазон частот (fн и fв), частотные искажения на низшей и высшей рабочих частотах Мн. дБ и Мв дБ; входные данные: входное напряжение Uвх, внутреннее сопротивление источника сигнала Rи.

Кроме указанных основных данных, должно быть известно назначение усилителя, условия его эксплуатации (например, диапазон измерения температуры окружающей среды и т. д.) , тип источника питания (выпрямитель, аккумулятор, гальванический элемент и др.).

Последовательность расчета усилителя.

Проектирования усилителя начинают с составления блок-схемы и выбора ее элементов, исходя из предьявленых к усилителю требований. Типовая блок-схема усилителя с входным и выходным устройствами, предварительным и мощным усилителями изображена на рисунке.

При выборе блок-схемы решают, ли в проектируемом усилителе входное выходные устройства, мощный усилитель, предварительный усилитель. Составив блок-схему усилителя, выбирают принципиальные схемы входного и выходного устройств (реостатно-емкостные, трансформаторные), каскада мощного усилителя (одноактный, двухтактный, трансформаторный, бестрансформаторный), каскадов предварительного усиления (с прямой связью, реостатный, трансформаторный, инверсный и т. д.). После этого выбирают транзисторы для всех усилительных каскадов и находят число каскадов, исходя из заданной выходной мощности или выходного напряжения и напряжения источника сигналов, приближенно определив требуемый от каскадов коэффициент усиления. После чего составляют принципиальную ориентировочную схему усилителя и распределяют заданные частотные искажения по цепям и каскадам, вносящим эти искажения. Распределение Мн и Мв производят отдельно на низшей и высшей рабочих частотах, затем переходят к выбору режимов работы транзисторов и электрическому расчету деталей схемы. Расчет усилителя производят, начиная с оконечного каскада, затем рассчитывают предоконечный каскад т. д.

Выбор схемы оконечного каскада, транзистора для него, режима работы и способа включения.

В транзисторных усилителях звуковой частоты оконечный каскад обычно является каскадом мощного усиления должен отдавать в нагрузку заданную мощность сигнала при наименьшим потреблении мощности от источников питания и допустимом уровне нелинейных и частотных искажений. При проектировании оконечного каскада, прежде всего, решают, будет ли каскад одноактным или двухтактным. При этом учитывают, что двухтактный каскад отдает вдвое большую мощность, чем одноактный. Имеет меньший коэффициент гармоник, выходной трансформатор без постоянного подмагничивания и допускает в три-пять раз большую пульсацию источника питания, но требует двух транзисторов, выходной трансформатор с удвоенным числом витков первичной обмотки и средней точкой, а также инверсную схему предыдущего каскада. Кроме того, двухтактная схема позволяет использовать экономичный режим. Во, что сильно уменьшает необходимую мощность источника питания усилителя. При включении с общим эмиттером и общим коллектором транзисторы в плечах двухтактной схемы необходимо подбирать с одинаковыми значениями , а также по возможности с одинаковой граничной частотной.

Одноактный каскад имеет один транзистор и может быть использован только в режиме А, что увеличивает мощность источника питания. Он не требует инверсной схемы в предыдущем каскаде, допускает меньшую пульсацию источника питания, имеет более высокий коэффициент гармоник. Размеры выходного трансформатора у такого каскада больше из-за наличия постоянного подмагничивания.

Схема электрическая принципиальная УНЧ

                                                               рис. 1

                                               Задачи расчета.

Для расчета транзисторного каскада усиления необходимо иметь следующие данные: выходную мощность Р. вых, сопротивление нагрузки R.н., допустимый коэффициент гармоник К. г, низшую и высшую рабочие частоты f н и f в, допустимые коэффициенты частотных искажений каскада Мн и Мв, низшую и высшую температуру окружающей среды Т окр. макс. И Токр. мин. Кроме того, должен быть известен тип источника питания (сеть переменного тока, сухие батареи, аккумуляторы). В расчет каскада усилителя входит: выбор напряжения источника питания, если оно не задано, выбор точки покоя (тока покоя выходной цепи), тока и напряжения смешения входной цепи, сопротивления нагрузки выходной цепи переменному току, проверка по выходной динамической характеристике (нагрузочной прямой), отдаваемой каскадом мощности Р-, определение амплитуды тока и напряжения входного сигнала (входной мощности) и входного сопротивления каскада, расчет коэффициента гармоник каскада Кг, расчет сопротивлений, задающих смещение, и цепи стабилизации, если она необходима. К расчету каскада усилителя также относится расчет электрических данных выходного трансформатора, его конструктивный расчет и расчет радиатора, охлаждающего транзистор каскада мощного усиления.

Конструкция радиаторов, охлаждающих, транзисторы каскадов может быть различной. Радиатор выполняют из металла с высокой теплоотводностью обычно из алюминия.

Определение типа транзисторов.

 Для усилительного каскада транзистор выбирают по трем параметрам: верхней граничной частоте f, величине тока покоя коллектора IK0, и наибольшему допустимому напряжению коллектора UКЭ доп..

Граничная частота передачи тока базы f должна более чем в 5 раз превышать заданную верхнюю частоту усилителя fв:

f5 fВ = 50000 Гц.  

Ток покоя коллектора выбирается из условия IК доп. > IК0 > 1.5 IН,, где k=20lg(UН/U1), UН=100mB, IН = UН / RН=100мВ/10кОм=10 мкА. IК доп. > IК0 > 1.5*10mkA=15mkA.  

 Напряжение питания усилителя Ек должно быть выбрано исходя из значения наибольшего допустимого напряжения коллектора, т.е. меньше 0.8 UКЭ доп..

UКЭ доп=30В, зададимся EК=9В<0,8*UКЭ доп=0,8*30=24В.

Поставленным требованиям удовлетворяет импортный транзистор Q2N3904.

Его параметры:

– f = 250 МГц

IК доп.  = 100 мА >> 1.5 IК = 1 мА

– UКЭ доп. = 25 В. Зададимся ЕК = 9В < 0.8UКЭ доп. = 24В.

Выбор режима работы транзистора по постоянному току и расчет                              номиналов элементов усилителя.

Расчет выходного каскада с общим эмиттером:

По семейству выходных и входных характеристик транзистора выберем рабочую точку,  

для этого построим нагрузочную прямую: выбираем значение тока коллектора IК, IК0=10мA, UКЭ=1/2* ЕК=4,5B.

Построим выходную характеристику транзистора, для этого в DesignLab’е выполним схему включения транзистора с общим эмиттером, где R1  ЕП / Ikmax =418Ом.

Задав параметры схемы, построим график рисунок 2.

                                                                  рис. 2

Рабочая точка имеет следующие координаты IК0=10мA, UКЭ=4,5B. IБ=25мкA.

Построим входную характеристику транзистора рисунок. 3.

       

рис. 3

Расчет.

Сопротивление нагрузки: RН=10кОм.

Находим амплитуду выходного сигнала: K=20lg(UН/U1), выражаем UН, UН=250mB.

Ток коллектора покоя: IК0=10мA.

По входной характеристике рис. 3 находим: ток покоя базы, напряжение покоя между базой и эмиттером: UБЭ0=0,667B, IБ0 =0,05мA.

Входное сопротивление транзистора, характеризуется сопротивлением цепи база – эмиттер: rВХ=U/I=(0,680-0,654)/(0,078-0,03)=0,8кОм.

Сопротивление в цепи коллектора RK рассчитывается: RK=(EП - UКЭ)/ IК0=(9-4,5)В/10мA=450Ом.

Рассчитываем сопротивление в цепи эмиттера RЭ. Для этого, прежде всего, зададимся падением напряжения на нем:U =0.2 EП =1,8В

Отсюда RЭ2 = URЭ / IЭ0  URЭ / IK0 = 180Ом.

Рассчитываем сопротивление делителя R4: R4=(EП-UЭ0-UБЭ0)/(IБ0+IД), где UЭ0=0.2 EП=1,8В. IД=(2-5) IБ0=0,15мA.

R4=(9-1,8-0,667)/(0,05+0,15)=32,6кОм.

Сопротивление делителя: R5=(UЭ0+UБЭ0)/ IД=(1,8+0,667)/0,15=16кОм.

Выходное сопротивление каскада: RВЫХ=450Ом.

Входное сопротивление каскада: RВХ=[(R4 R5)/( R4+R5)]*rВХ/[(R4 R5)/( R4+R5)]+rВХ=(10,8*0,8)/(10,8+0,8)=0,7кОм.

Расчет входного каскада с общим коллектором:

По семейству выходных и входных характеристик транзистора выберем рабочую точку, для этого построим нагрузочную прямую: выбираем значение тока коллектора IК, IК0=5мA, UКЭ=1/2* ЕК=4,5B.

Построим выходную характеристику транзистора, для этого в DesignLab’е выполним схему включения транзистора с общим эмиттером, где R1  ЕП / Ikmax =850Ом. Задав параметры схемы, построим график рисунок 2.

                                                                          рис. 4

Рабочая точка имеет следующие координаты IК0=5мA, UКЭ=4,5B, IБ=25мкA.

Построим входную характеристику транзистора рис. 4.

Расчет

Сопротивление нагрузки: RН=0,7кОм.

Ток коллектора покоя: IК0=5мA.

По входной характеристике рис. 4 находим: ток покоя базы, напряжение покоя между базой и эмиттером: UБЭ0=0,650B, IБ0 =0,025мА.

Напряжение коллектор – эмиттер покоя: UКЭ0=(0,4-0,45) EП=0,4*9=3,6В.

Входное сопротивление транзистора, характеризуется сопротивлением цепи база – эмиттер: rВХ=U/I=1кОм.

Сопротивление эмиттера R3: R3=(EП - UКЭ0)/IЭ=(9-3,6)/5м=1кОм.

Рассчитываем сопротивление делителя R2: R2=(EП - UКЭ0 - UБЭ0)/IБ0

R2=(9-3,6-0,650)/0,025=190кОм.

Выходное сопротивление каскада: RВЫХ=RЭrК(Э), где rЭ=Т/(IК0+IБ0), rЭ=26/(10+0,025)=2,6Ом, RВЫХ=1000*2,6/(1000+2,6)=2,6Ом.

Входное сопротивление каскада: RВХ=(1+)(R3*RН)/(R3+RН).

                                                                 рис.5

               где  = h21 Э min * h21 Э max   = 400 * 1000  = 632. RВХ=(1+632)(1*0,7)/(1+0,7)=260кОм.

Входное сопротивление усилительного каскада:  RВХ=    RВХR2 = (260*190)/(260+190) =110кОм.

Расчет емкостей С1, С2, С3, С4. 

Для расчета разделительных конденсаторов С1, С2, С3 необходимо задаться коэффициентом частотных искажений на нижней рабочей частоте МНР, вносимых этим конденсатором, распределяя заданные допустимые искажения MН = 1.41 дБ между разделительным. Ср. и блокировочным С4 конденсаторами.

Блокировочный конденсатор. С: СЭ=(10 – 20)/2fНR7, где fН=10Гц.

СЭ=10/6,28*10*180=884мкФ.

Разделительные конденсаторы С1, С2, С3:  С1=1/(2fН*(R1+ RВХ)* МН2-1), где МН=1,41, С1=1/(6,28*10*142010*0,994)=112нФ.                                                                                  

С2=1/(2fН*(RВЫХ+ RВХ)* МН2-1 ), С1=1/(6,28*10*8405*0,994)=1,2мкФ.

С3=1/(2fН*(RВЫХ+ RВХ)* МН2-1 ), С1=1/(6,28*10*10002,6*0,994)=1,6мкФ.

Эквивалентная схема усилителя.

R1

R2

R3

Rк1

rвх1

rвх2

Rвых1

Rвых2

Cр1

Cр2

h21Iб1

h21Iб2

0,2МОм

32,6кОм

16кОм

0,4кОм

1кОм

0,8кОм

2,6Ом

450Ом

112нФ

1,2мкФ

10мА

20мА

Расчет АЧХ и ФЧХ усилителя.

Для построения АЧХ и ФЧХ характеристик, в DesignLab’е выполним схему усилительного каскада низкой частоты, который представлен на  рис. 6                                               

                                                         

                                                                               рис. 7

Задав номиналы элементов, зайдем в диалоговое окно и выберем меню Analysis режима Setup (устанавливаем параметры). В меню Analysis режима Setup строим графики, которые представлены на рисунке 7.

Мы наблюдаем на рисунке 7, что полоса пропускания немного уже (не соответствует техническим характеристикам), для того чтобы расширить полосу пропускания будем изменять емкость разделительных конденсаторов, т.е. увеличивать. Также изменим амплитуду, для этого будем изменять сопротивление R7. Рис. 8

АЧХ  ФЧХ

рис. 8

 Изображаем графики с новыми параметрами.


Вывод.

   В курсовом проекте, я научился: вычислять АЧХ и ФЧХ усилителя по полученной функции, составлять эквивалентную схему, рассчитывать номиналы пассивных элементов, сравнивать результаты.


Список литературы.

  1.  Ю. А. Буланов, С. Н. Усов “Усилители и радиоприемные устройства” Москва “Высшая школа” 1980.
  2.  И. П. Жеребцов “Основы электроники”  ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1985г.
  3.  Г. В. Войшвилло “Усилительные устройство” Москва “Радио и связь” 1983.
  4.  И. П. Степаненко “Основы теории транзисторов и транзисторных схем” “Энергия” Москва 1967.
  5.  А. В. Цыкина “Проектирование транзисторных усилителей” “Связь” Москва 1965.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33533. Отражение истории в судьбе Г.Мелехова (по роману М.Шолохова «Тихий Дон») 14.64 KB
  Григорий Мелехов – это главный герой романа. На войне герой возмужал заслужил четыре георгиевских креста и четыре медали стал офицером поддержал казачью честь и славу но стал злым. После знакомства с большевистской философией герой чувствует себя зрячим. Трех коней убили под Григорием в пяти местах продырявлена его шинель но геройство оказывается напрасным – поток Красной армии затопляет Донскую землю.
33534. Проблематика и жанровые особенности романа М.Шолохова «Тихий Дон» 16.39 KB
  Действительно Шолохов в отличие от автора “Войны и мира†не дает в романе теоретического обоснования своей исторической концепции несмотря на то что его трактовка исторических событий нередко отличается от главенствовавшей тогда в исторической науке. В своем романе Шолохов рисует жизнь русского донского казачества. В этом романе Шолохов освещает проблемы связанные с войной и революцией начала 20 века. Но есть в романе и другое.
33535. Политическая лирика В.Маяковского 18.44 KB
  Февральская и Октябрьская революции явились для Маяковского началом реального воплощения его идей о новом свободном человеке и счастливом мироустройстве. Отныне романтический индивидуализм присущий лирическому герою Маяковского уступил место соборности единению с миллионами я сменилось на мы конфликт личности и общества был снят самой историей. Футуристическая эстетика Маяковского сменилась доктриной коммунистического футуризма и Левого фронта искусств с его идеями искусства как жизнестроения. Знаменитые Окна РОСТА регулярно...
33536. Идейно-тематические особенности рассказов М.Зощенко. Герои, конфликты 15.7 KB
  Несмотря на то что герой не считает себя удачливым в жизни так как выходит ему время от времени перетык и прискорбный случай он философствует Жизнь штука не простая а сложная имеет на все свои взгляды: и на мужицкую жизнь блекота и слабое развитие техники и на культуру иностранную которую он знает. Я всегда стремился к изображению положительных сторон жизни. которые проповедовали свободу искусства от политики изображали действительность исходя из фактов жизни быта. Главным фактом в то время была революция которую...
33537. Повесть В.Распутина «Прощание с Матерой» как итоговое произведение «деревенской» прозы 17.11 KB
  Жанр повести можно определить как философскую притчу. Таким образом один из основных философских смыслов повести заключается в том что не нами начинается жизнь на земле и не нашим уходом заканчивается. В повести двадцать две главы в которых воспроизводится быт жителей Матеры в последние три месяца их пребывания на острове. Трагическая развязка повести проявляет авторскую позицию.
33538. «Матренин двор» А. Солженицына как начало второго этапа развития «деревенской прозы. Особенности этого этапа 17.23 KB
  Хозяйка дома Матрена одинокая женщина лет шестидесяти. Матрена Васильевна избу не жалела ни для мышей ни для тараканов ибо в шуршании мышей непрерывном как далекий шум океана шорохе тараканов не было ничего злого не было лжи. Матрена отличалась трудолюбием: вставала в четырепять утра тихо вежливо стараясь не шуршать топила русскую печь ходила доить козу по воду ходила и варила в трех судочках . Матрена никому не могла отказать: без нее ни одна пахота не обходилась.
33539. Основные конфликты «деревенской» прозы 50-х гг 15.2 KB
  Деревенская проза ведет свое начало с 50х годов. Очеркистыдеревенщики 50 60х годов не позволяли себе сомневаться в необходимости колхозов не поднимали руку на то как осуществлялось партийное руководство ими но показывали сколько вреда наносят бездумные директивы галочная система. 50е ГОДЫ – овечкинский этап – МОМЕНТ ПРОЗРЕНИЯ после лакировочнобесконфликтного наваждения 40х годов. Овечкинское направление в литературе 50х годов было: резкой реакцией на литературную мифологию 40х годов; возвращением деревенской прозы...
33540. «Василий Теркин» А.Твардовского. Образ героя, художественные особенности 20.78 KB
  Твардовский возобновил работу над образом Василия Теркина которую он начал еще в 1940 г. Твардовский развертывает биографию Теркина как судьбу многих бойцов как обобщение тяжелого и славного пути всей Советской Армии. Создавая образ Теркина автор типизировал массовые явления действительности и прямо указывал на распространенность таких героев: Парень в этом роде В каждой роте есть всегда Да и в каждом взводе. Твардовский по его признанию освобождал ее от всего что сводит книгу к какойто частной истории мельчит ее лишает ее той...
33541. Тип героя и конфликты в рассказах В.Шукшина 16.71 KB
  Автор настойчиво подчеркивает его чудаковатость которая отличает героя от других правильных людей. Создается проблемная для героя ситуация: тайком присвоить бумажку или объявить всем о находке и отдать ее владельцу ведь она этакая зеленая дурочка лежит себе никто ее не видит. Употребляя по отношению к неодушевленному предмету слово дурочка Шукшин передает нюансы душевного состояния героя: радость от находки и от сознания того что никто кроме него не видит бумажку.