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

19 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

6974. Правила поведения работников рудника (шахты) при возникновении пожара (аварии) в горных выработках 33.5 KB
  Правила поведения работников рудника (шахты) при возникновении пожара (аварии) в горных выработках При обнаружении очага возгорания, работник обязан сообщить об этом лицу технического надзора или сменному мастеру и, по возможности прист...
6975. История жизни и деятельности Л. Уитмера 32.87 KB
  Введение В современном мире известно немало имен, которые внесли вклад в развитие клинической психологии. В их числе и Лайтнер Уитмер - выдающийся американский психолог. Лайтнер Уитмер является первооткрывателем в области клинической псих...
6976. Главные оси и главные моменты инерции 32.5 KB
  Главные оси и главные моменты инерции Оси, относительно которых центробежный момент инерции равен нулю, называют главными осями (иногда их называют главными осями инерции). Через любую точку, взятую в плоскости сечения, можно провести в общем случае...
6977. Важнейшие проблемы хозяйства России 54.13 KB
  Введение Производители отмечают, что бизнес за последние два-три года стал более разумным, более ориентированным на долгосрочные цели. Профессионализм стал цениться выше хороших связей, желание потратить...
6978. План ликвидации аварий на горнорудном предприятии 45.5 KB
  План ликвидации аварий на горнорудном предприятии План ликвидации аварии (далее ПЛА) - это документ, определяющий меры и действия, необходимые для спасения людей и ликвидации аварий в начальной стадии их возникновения. Каждая его п...
6979. Трехступенчатый контроль и расследование несчастных случаев на производстве 46.92 KB
  Содержание Порядок проведения трехступенчатого контроля. Порядок расследования и учета несчастных случаев на производстве Обеспеченность рабочих санитарно-бытовыми помещениями: классификация и назначение СПБ Техника безопасности на...
6980. Программирование алгоритмов линейной и разветвляющейся структуры 41.5 KB
  Программирование алгоритмов линейной и разветвляющейся структуры Задание 1: Составьте и выполните программу линейной структуры согласно вариантам задания. Варианты задания Вычислить значение функции переменных при заданных значениях параметров: x=(8...
6981. Маркетинговая политика распределения 45.5 KB
  Маркетинговая политика распределения 1.Сущность маркетинговой политики распределения. 2.Каналы распределения продукции и их характеристики. 3. Посредническая деятельность в каналах распределения и её оценка. 1.Сущность маркетинговой политики распред...
6982. Маркетинг как открытая мобильная система 97 KB
  Маркетинг как открытая мобильная система Системный подход к организации маркетинга на предприятии. Характеристика основных этапов маркетинговой деятельности предприятия (анализ ситуации, планирование маркетинговой деятельности, реализация пл...