Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МО РБ
УО «Полоцкий государственный университет»
Кафедра радиоэлектроники
Курсовая работа
по курсу:
“Аналоговая электроника”
на тему:
“Проектирование усилителя мощности звуковой частоты”
Вариант 16
Разработал: Сковородко Л.Ю.
Группа 09-ПЭл
Проверил: Якубович О.Н.
Новополоцк 2011г.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
Курсовая работа
Содержание:
Список использованной литературы 23
Приложение А 24
Техническая электроника широко внедряется практически во все отрасли науки и техники, поэтому знание основ электроники необходимо всем инженерам. Особенно важно представлять возможности современной электроники для решения научных и технических задач в той или иной области. Многие задачи измерения, управления, интенсификации технологических процессов, возникающие в различных областях техники, могут быть успешно решены специалистом, знакомым с основами электроники.
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, мощности, усилители звуковой частоты.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
Курсовая работа
Усилители звуковой частоты предназначены для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный спектр которых лежит в пределах от десятков герц до десятков килогерц. Современные УНЧ выполняются преимущественно на биполярных и полевых транзисторах в дискретном или интегральном исполнении. Назначение УНЧ в конечном итоге состоит в получении на заданном сопротивлении оконечного нагрузочного устройства требуемой мощности усиливаемого сигнала.
Все усилители мощности звуковой частоты предназначены для решения одной задачи - повысить уровень поступающих на них электрических сигналов до величины, обеспечивающей нормальную работу громкоговорителей.
2 Выбор элементной базы
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
Курсовая работа
Предположительно усилитель низких частот будет реализован на трёхкаскадной структуре. Оконечный каскад предварительно планируется реализовать на паре комплиментарных транзисторов со схожими характеристиками и близкими по значению параметрами.
Предоконечный каскад является связующим между оконечным и входным, так как может быть, что входное сопротивление оконечного каскада будет очень мало. Предоконечный каскад будет реализован на базе какого-нибудь транзистора. Входной каскад будет основываться на ИМС, которая будет выбрана в ходе расчётов.
Между полученными каскадами планируется разместить разделительные конденсаторы, чтобы предотвратить попадание постоянных составляющих из одного каскада в другой.
3 Расчёт оконечного каскада
Для расчёта был выбран оконечный каскад на паре комплементарных транзисторах, изображённый на рисунке 1.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
Курсовая работа
Рисунок 1 – Схема оконечного каскада УМЗЧ
Выбор транзисторов по допустимой мощности рассеяния на коллекторе, и максимальной амплитуде коллекторного тока:
Pmax(0.250.3)Pвых Рmax(0.26250.75) (Вт)
По этим параметрам выбираем транзисторы VT1 и VT2 для оконечного каскада - КТ814А и КТ815А соответственно, параметры которых приведены ниже:
Iкmax = 1.5 (A) Uкэmax = 40 (B)
Pкmax = 2 (Bт) h21 = 40 70
Определим точки для построения нагрузочной прямой по выходной характеристике транзистора КТ814А (КТ815А):
Uкэ= Еп=15=15 (B) Iк=Еп /Rн=15/3=5 (A)
По этим значениям построим нагрузочную прямую. Результат построения отображён на рисунке 2.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
Курсовая работа
Рисунок 2 - Семейство выходных характеристик и нагрузочная прямая для транзистора КТ814А (КТ815А)
На рисунке 3 изображена входная характеристика транзистора КТ814 (КТ815А).
По входной характеристике транзистора КТ814А (КТ815А) определяем рабочую область:
Iбmin=0,25 (мA) Uэб0=0,7 (B)
Iбmax= 23 (мA) Uэбmax=0,88 (B)
Imб= 22,75 (мA) Umб=0,18 (B)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
Курсовая работа
Рисунок 3 - Входная характеристика транзистора КТ814А (КТ815А)
Определим глубину ООС:
F=1+g21*Rн , где g21 - усреднённая крутизна характеристики транзистора.
F=1+7,17* 3=22,52
Рассчитаем делитель напряжения для выходного каскада:
Iдел=(35)Iб0; Iдел=(0,751,25) (мA)
Следовательно, выбираем ток делителя, равный: Iдел=0,75 (мA)
согласно ряда Е24
Iдиода= Iдел+Iб0; Iдиода=0,75+0,25=1 (мA)
При этих токах падение напряжения на диодах должно составлять: 2*Uэб0=1.4 [B]
Включение двух диодов КД-514А последовательно, обеспечат требуемое падение напряжения.
Вольтамперная характеристика диода КД-514А изображена на рисунке 4.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
Курсовая работа
Рисунок 4 - Вольтамперная характеристика диода КД-514А
Рассчитаем входное сопротивление с учётом ООС:
; где ;
Рассчитаем амплитудные значения на входе:
; ;
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
Курсовая работа
Построим сквозную характеристику:
Выбираем Rг=103 (Oм)
Данные для построения сквозной характеристики приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Данные для построения сквозной характеристики
|
Iб, (мA) |
Iк, (мA) |
Uэб, (B) |
Iб* Rг, (B) |
Eб= Iб * Rг + +Uэб, (B) |
|
0.25 |
20 |
0.70 |
0,026 |
0,726 |
|
1 |
90 |
0,77 |
0,103 |
0,873 |
|
2 |
210 |
0,80 |
0,206 |
1,006 |
|
5 |
490 |
0,83 |
0,515 |
1,345 |
|
7 |
580 |
0,85 |
0,721 |
1,571 |
|
10 |
720 |
0,86 |
1,030 |
1,890 |
|
15 |
850 |
0,87 |
1,545 |
2,415 |
|
23 |
1000 |
0,88 |
2,369 |
3,249 |
Полученная сквозная характеристика отображена на рисунке 5.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
Курсовая работа
Рисунок 5 – Сквозная характеристика
По сквозной характеристики определяем:
I1=1,0 (A)
I2=0,6 (A)
Отсюда следует:
Задаём коэффициент асимметрии плеч который равен Х=0.5, тогда коэффициент нелинейных искажений по второй гармонике:
С учётом ООС:
Коэффициент передачи для предоконечного каскада:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
Курсовая работа
Рассчитаем частотные искажения в области верхних и низних частот:
где ωВ = 2πfВ – верхняя круговая частота;
τВ = τβ + τК – постоянная времени транзисторного каскада;
τК = Ск*Rн, Ск – емкость коллекторного перехода (справочные данные); Rн – сопротивление нагрузки.
ωВ = 2*3,14*10000 = 62800;
τК = 60*10-12*3 = 1,8*10-10
τВ = 5,3*10-8 + 1,8*10-10 = 5,326*10-8
ωВ = 2πfН
ωН = 2*3,14*80 = 502,4;
Схема предоконечного каскада представлена на рисунке 6.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
Курсовая работа
Рисунок 6 – Схема предоконечного каскада
Определяем сопротивление резистора R3:
R3 = Rк (0.2 0.3) Rвых = 0,3*172=51 (Ом), где Rвых = Rвх.ок.
Определяем сопротивление резистора R4:
R4 = Rэ = 0.5*Rк= 0.5 * 51=25,5 27 (Ом)
Определяем статический и динамический токи:
На основании этих данных выбираем транзистор КТ911В со следующими параметрами:
Uэкmax=40 (В) Iкmax=400 (мA)
На семействе выходных характеристик этого транзистора строим статическую нагрузочную прямую. Результат показан на рисунке 7.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
Курсовая работа
Рисунок 7 - Семейство выходных характеристик КТ911В
По нагрузочной прямой на рисунке 7 выбираем рабочую точку А с координатами:
Рисунок 8 - Входная характеристика транзистора КТ911В
Для нахождения Rвх, проведем касательную к точке покоя А и найдем Rвх.пр как соотношение:
MK=0,055 (B); KА=5 (мA);
Рассчитаем коэффициент передачи ООС:
Рассчитаем глубину ООС:
,
где коэффициент усиления каскада по напряжению на средних частотах определяется по формуле:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
Курсовая работа
Определяем по выходной характеристике:
Iк=100 (мA) Iб=6 (мА)
Следовательно:
А=1+0,37*59,1=22,9
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
Курсовая работа
Находим входное сопротивление предоконечного каскада с учётом ООС:
Находим амплитуду тока и напряжения на входе предоконечного каскада:
Определим элементы делителя напряжения в цепи базы.
Находим напряжение, подводимое к делителям R1 и R2.:
Uд = Eп=15 (B)
Выбираем ток делителя из условия:
Iдел=10Iб ; Iдел=10*0,5=50 (мA) Iбр=5 (мA)
Падение напряжения на резисторе R4 :
; Uбр=0,65 (В)
Рассчитаем искажения в предоконечном каскаде. Для этого построим сквозную характеристику:
Eб = Uэб + IбRг= Uэб + 0.5IбRвх.оос= Uэб + 126Iб
Rг=126 (Ом)
Данные для сквозной характеристики транзистора КТ911В приведены в таблице 2, полученная сквозная характеристика отображена на рисунке 9.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
Курсовая работа
Таблица 2 – Данные для построения сквозной характеристики транзистора КТ911В
|
Iб, (mA) |
Ik, (mA) |
Uэб, (B) |
IбRг, (B) |
Eб, (B) |
|
2 |
40 |
0,61 |
2,52 |
3,13 |
|
4 |
60 |
0,63 |
5,04 |
5,67 |
|
5 |
85 |
0,65 |
6,3 |
6,95 |
|
6 |
110 |
0,67 |
7,56 |
8,23 |
Рисунок 9 - Сквозная характеристика
По сквозной характеристике определяем:
а=70
b=71
c=82
Определим коэффициент нелинейных искажений с учетом ООС:
Находим общий коэффициент нелинейных искажений для оконечного и предоконечного каскадов:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
Курсовая работа
Входной каскад представлен на рисунке 10.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
Курсовая работа
Рисунок 10 – Входной каскад
Для реализации УНЧ выбираем микросхему КР328УН3 – одноканальный сверхмалошумящий усилитель низкой частоты. Её параметры:
Uпит - 15+15 (В)
Um.вых.max. - 0.5 (B)
Um.вх.max - 0.2 (B)
Iн (не болеее) - 5 (мA)
Iпотр.(не более) - 6 (мA)
Rвх.0 - 250 (кОм)
Rвых.0 - 1 (кОм)
K0 - 5000
На входе предоконечного каскада напряжение 0,9 (B). Напряжение источника E=0,4 (B), значит коэффициент усиления каскада должен составить:
Подставляя R3 типовое для включения ИМС R3=30 (Ом) получаем:
Входное сопротивление с учетом ООC:
(МОм)
Выходное сопротивление с учетом ООС:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20
Курсовая работа
(Ом)
Падение напряжения на R1 принимаем равным UR1=6 [B]. Ток потребления микросхемы Iпот=6 [мA], тогда:
(Ом)
(мкФ)
Конденсатор С2 на входе 10 (мкФ) из типовой схемы включения ИМС. Конденсатор С3=0.15 (нФ) для коррекции микросхемы (ограничение диапазона рабочих частот).Конденсатор С4=50 (мкФ) емкость фильтра.
6 Расчёт межкаскадных связей
Основные линейные искажения в схеме приходятся на разделительные конденсаторы:
С4 - между входным и предоконечным каскадом.
С - между предоконечным и оконечным каскадом.
С- между оконечным каскадом и нагрузкой.
Считаем, что заданный коэффициент ослабления разделен поровну между тремя каскадами:
;
Тогда коэффициент линейных искажений:
Емкость рассчитывается по формуле:
(мкФ);
(мкФ)
(мкФ)
Конденсаторы выбираем из ряда компонентов Е - 24.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
Курсовая работа
Вывод
Данная курсовая работа представляет собой полный расчет усилителя мощности звуковой частоты.
В ходе работе выполнен полный электрический расчет усилителя, разработан конструктивный чертеж устройства.
Произведён расчёт оконечного каскада, предоконечного каскада, входного каскада, расчёт межкаскадных связей.
Спроектированный усилитель полностью удовлетворяет требованию технического задания и конструктивно может быть выполнен на печатной плате.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
22
Курсовая работа
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
23
Курсовая работа
Список использованной литературы
1. Гершунский Б.С.
“Справочник по расчету электронных схем”- Киев : Вища школа 1983 г.
2. Лавриненко В.Ю.
“Справочник по полупроводниковым приборам”- М : “Техника” 1994 г.
3. Линецкий А.И.
“Конспект лекций по курсу: «Электроника и микросхемотехника»”.
4. Новаченко В.М.
“Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры”- М. : КубК-а 1996 г.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
24
Курсовая работа
Приложение А
Схема электрическая принципиальная