Методические указания к курсовой работе для студентов направления ээ очной/ заочной формы обучения Тюмень Тюмгнгу 2013 - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Методические указания для студентов заочной формы обучения по экономическим... 3 554.22kb.
Рабочая программа для студентов направления 080500. 62 «Менеджмент»... 3 711.93kb.
Методические указания для студентов 3-6 курсов очной и заочной форм... 1 202.36kb.
Рабочая программа для студентов направления 020500. 62География и... 1 286.62kb.
2 Реализация образовательных программ смк роп ооп 5 5 710.33kb.
Методические указания для контрольных работ №1 и 2 «Вычислительная... 5 386.79kb.
Английский язык 6 499.92kb.
1. общие положения выполнение курсовой работы студентами, обучающимися... 1 180.6kb.
Методические указания и контрольные задания студентов заочной формы... 8 2680.23kb.
Методические указания по выполнению практических работ для студентов... 1 170.1kb.
Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов... 1 94.84kb.
Генеральный директор 1 126.86kb.
1. На доске выписаны n последовательных натуральных чисел 1 46.11kb.

Методические указания к курсовой работе для студентов направления ээ очной/ заочной - страница №1/1


  1. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«тюменский государственный нефтегазовый университет»

институт КИБЕРНЕТИКИ, ИНФОРМАТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра «Кибернетических систем»


ЭЛЕКТРОНИКА

Проектирование усилителя мощности”



Методические указания к курсовой работе

для студентов направления ЭЭ

очной/ заочной формы обучения

Тюмень


ТюмГНГУ

2013

  • Содержание





  1. Задание на курсовую работу

  2. Выбор блок-схемы.

  3. Расчет элементов используемых в схеме:

3.1 Выходной усилительный каскад

3.2 Эмиттерный повторитель №3 на транзисторах VT7-VT-8

3.3 Аттенюатор

3.4 Эмиттерный повторитель №2 на транзисторах VT5-VT-6

3.5 Усилитель на транзисторе VT4

3.6 Предварительный усилитель на транзисторе VT3

3.7 Эмиттерный повторитель №1 на транзисторах VT1-VT-2


  1. Расчет разделительных конденсаторов

  2. Расчет параметрических стабилизаторов напряжения

  3. Расчет радиаторов

  4. Расчет АФХ и ФЧХ усилителя на транзисторе VT-4

  5. Карты режимов

  6. Спецификация элементов

  7. Список использованных источников.

  8. Приложение А

  9. Приложение Б

  10. Приложение В

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТРОНИКА»:
Спроектировать электронное устройство, учитывая параметры, приведенные в техническом задании.

Согласно шифру задания определяется проектируемое устройство: если первая цифра шифра «1» - усилитель мощности, если «2»- автогенератор.

Дополнительные требования, предъявляемые к выполнению курсовой работы:
1. Использовать при расчетах не самое минимальное значение β транзистора, приведенное в справочнике, но не более 150.

2. Диапазон частот у автогенератора разбивть на поддиапазоны, с коэффициентом перекрытия 10 или √10, между собой поддиапазоны должны перекрываться на 10n.

3. Во всех каскадах ввести обратную отрицательную связь с глубиной не менее 5, т.е. F≥5.

4. Для одного из каскадов рассчитать АЧХ и ФЧХ до М=√2.

5. Привести карту режимов и спецификацию элементов.

6. Все элементы должны быть пронумерованы. Нумерация элементов сквозная.

7. Отклонение всех параметров от расчетных (заданных) не более ±10%.

8. В аттенюаторе регулировка плавная и дискретная.

9. Значения резисторов и конденсаторов выбираются в соответствии номиналами (использовать ряд Е24).

10. Оформление курсовой работы согласно ГОСТ.

11. Привести информацию об изготовлении печатных и монтажных плат.

12. Спроектировать принципиальную электрическую схему электронного устройства (согласно 1-ой цифре шифра) и привести в графической части работы на листе формата А3.
Обязательные пункты, входящие в содержание курсовой работы приведены в приложении А.

Пример титульного листа приведен в приложении Б.


Далее приведена полная методика расчета электронного устройства – УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ.

ВЫБОР БЛОК-СХЕМЫ

В современной технике широко применяются устройства, предназначенные для управления энергией, в которых управляемая мощность значительно превышает мощность, требуемую для управления.

К одной из разновидностей таких устройств принадлежат электронные усилители.

Для решения многих задач требуются сигналы большой мощности. Например, для громкоговорителей необходима мощность звуковых усилителей от единиц до сотен ватт, для эффективной радиосвязи на большее расстояние нужны высокочастотные сигналы мощностью в сотни ватт. Сигналы большой мощности требуются и для различных электрических машин, исполнительных механизмов и других мощных устройств. Все эти задачи решаются с помощью усилителей мощности, основным назначением которых является отдача заданной мощности в нагрузку.




Повторитель 1 увеличивает входное сопротивление усилителя мощности для того, чтобы обеспечить величину входного сопротивления, указанного в техническом задании.

Предварительный усилитель (усилитель 1+усилитель 2) увеличивает входное напряжение до величины необходимой для усилителя мощности.

Повторитель 2 увеличивает входное сопротивление аттенюатора, чтобы уменьшить его шунтирующее воздействие на предварительный усилитель.

Аттенюатор служит для плавной и ступенчатой регулировки ослабления сигнала.

Повторитель 3 увеличивает входное сопротивление выходного усилительного каскада, чтобы уменьшить его шунтирующее действие на аттенюатор.

Выходной усилительный (оконечный) каскад предназначен для обеспечения заданной мощности на заданном сопротивлении нагрузки.

  • РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СХЕМЕ


Расчет усилителя мощности следует начать с расчета выходного оконечного каскада.
  1. ВЫХОДНОЙ УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД
  2. Принципиальная электрическая схема выходного оконечного каскада:

Выбор режима работы.

Выбор режима «А» несет в себе небольшие нелинейные искажения по сравнению с другими режимами работы, хотя КПД усилителя мощности в этом режиме небольшой примерно 30-45 %. В то время как режим «В» обеспечивает чрезмерно большие нелинейные искажения, вызванные наличием нелинейного участка в начале входной вольтамперной характеристики. КПД режима «В» составляет 50-60 %.

Расчет будем вести в режиме «А».



  1. Определяем амплитудные значения тока и напряжения на нагрузке:



(A)

(B)


  1. Определим максимально допустимую мощность рассеивания на транзисторах VT12, VT13:

(Вт),

где ηА – КПД, равный 35 - 40%. Поскольку в режиме «А» предельный КПД составляет 50%, а реальный не выше 35 - 40%.



  1. Определим UКЭ12=UКЭ13:

(В),

где U0 - запас, исключающий попадание рабочей точки в область насыщения, для различных типов транзисторов колеблется в пределах 0,5 - 3 В, для маломощных транзисторов можно выбирать в пределах 1-2 В;

КПΣ - коэффициент передачи всего усилителя мощности. Практически значение КПΣ находится в пределах 0,7-0,9, в зависимости от величины нагрузки. При нагрузках ниже 5-10 Ом следует принимать меньшее значение.

Принимаем U0 = (В), КПΣ = и определяем UКЭ12=UКЭ13.



  1. Определим величину напряжения источника питания

ЕК = 2·UКЭ12,13 + 2·Uзащ= 2·UКЭ12,13 + 2·UR41 = (В),

где Uзащ – падение напряжения на резисторе защиты (R41), можно принять в пределах 0,8 – 1 В.

Принимаем ЕК = (В), в соответствии со стандартным рядом источников питания.

Пересчитываем значения напряжений коллектор-эмиттер транзисторов 12 и 13:

(В)


  1. Выбираем из справочника транзисторы VT13, VT12, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

МодельТипP, ВтUкэ доп, ВIkmax, Aβminfгр, МГцCк, пФIко, мАVT12VT13

Необходимо учитывать, что у выбираемых в качестве выходных транзисторов допустимое напряжение Uк доп должно соответствовать неравенству .



  1. Определяем токи покоя и токи базы транзисторов VT12, VT13:

Iп12 = 0,5·IНМАХ + IН.У. (А),

где IН.У.- неуправляемая часть тока покоя, определяемая наличием теплового тока коллектора IK0 (определяется из справочных данных).



(мА),

(А),

(А),

(А);


  1. Определим значение резистора защитыRз = R41, Значение резистора защиты Rз должно быть достаточно большим, чтобы ограничить на допустимом уровне величину тока через транзисторы VT12 и VT13 и в то же время снижений коэффициента полезного действия при введении Rз должно быть незначительным:

(Ом),

где значение Uбэ12,13 дано в техническом задании.

Значение резистора Rз=R41 принимаем в соответствии с рядом Е24.


  1. Определяем ток покоя транзисторов VT10:

(А)

  1. Определяем постоянное напряжение UКЭ10,11:

(В)

Определим мощность, рассеиваемую на транзисторах VT10, VT11:

PК10,11 = UКЭ10,11·Iп10 (Вт)


  1. Выбираем из справочника транзисторы VT10, VT11, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

  1. МодельТипP, ВтUкэ доп, ВIkmax, Aβminfгр, МГцCк, пФIко, мАVT10VT11 Определим сквозной ток через транзисторы VT10, VT11:


(А)

  1. Определим токи покоя и токи базы транзисторов VT10, VT11

(А);

(А);

(А)

  1. Определим ток покоя транзистора VT9:

Для обеспечения максимальных усилительных свойств транзистора VT9, можно принять значение Iп9=0,005А.



  1. Определим напряжение на резисторе R34:

(В)

  1. Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT9, при этом значение Uбэ можно принять равным 0,7 В для всех остальных транзисторов в данном устройстве:

(В)

  1. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT9:

(Вт)

  1. Выбираем из справочника транзистор VT9, соответствующий по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

МодельТипP, ВтUкэ доп, ВIkmax, Aβminfгр, МГцCк, пФIко, мАVT9

  1. Определим сквозной ток и ток базы транзистора VT9

(А)

(А)

  1. Выбираем ток делителя . Пусть (А).

  2. Определим значения сопротивлений в схеме и выберем резисторы в соответствии с рядом Е24:

(А)

(Ом),

(В)
(А)

Пересчитаем значение сопротивления R41:



(Ом),

(В)

(А)

(Ом),
(В) известно из технического задания.

(А)

(Ом)

(В) известно из технического задания .
(А)

(Ом),

(В)

(В)

(В)
(А)

(Ом)

(В)
(В)

(В)
(А)

(В)
(Ом),

принимаем R3132

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R33+R34 = (Ом)

(А)

(Ом),

(В)
(А)

(Ом),

принимаем R3539

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R35+R39= (Ом)

21. Определим коэффициент передачи повторителя на транзисторах VT10чVT13:



22. Проверим правильность выбранного значения UКЭ9 :




23. Определим коэффициент усиления предварительного каскада:

;

где rб9 - объемное сопротивление базы, можно принять в пределах 200-400 Ом;

rЭ9 - сопротивление эмиттерного перехода, определяется следующим образом:

(Ом);

RВХ.П – входное сопротивление выходного каскада в целом, определяется:

RВХ.П = 0,5·10·12·RН (Ом);

- эквивалентное сопротивление предварительного каскада, определяется:

(Ом)

24. Определим коэффициент усиления каскада в целом:


КУМ = К·КП

25. Охватим каскад глубокой отрицательной параллельной обратной связью по напряжению.

Глубина обратной связи определяется как:

где: К f0 - исходный коэффициент нелинейных искажений, равный 5%, т.е. Кf0=5.

Кf - заданный коэффициент нелинейных искажений,

Входное сопротивление транзистора VT9 определяется следующим образом:

Rвх.VT9=rб9+rэ9(1+β9)

Входное сопротивление выходного каскада без ООС определяется как:

RВХ.У.М = RВХ.VT9. || R30 || R35

Т.к. RВХ У.М.→R29 принимаем R29 равным входному сопротивлению выходного каскада, R29 = (Ом) в соответствии с рядом Е24.

Определяем эквивалентное сопротивление:

RЭКВ = RВХ.У.М || R29 (Ом)



Определяем сопротивление R38:



(Ом)

Из полученного выражения следует, что:



Пересчитаем значение глубины обратной связи:

F= 1+βэкв·КУМ

Определим коэффициент усиления выходного каскада с ООС:



При этом необходимо пересчить входное сопротивление усилителя мощности:



(Ом)

26. Определим входное напряжение усилителя мощности.



(В)

27. Определим значение емкости конденсатора фильтра и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:



(мкФ)

28. Определим значение емкости конденсатора С19 и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:



(мкФ)

29. Определим значение емкости конденсатора С20 и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:



(мкФ)

30. Определим значение емкости в цепи компенсации С22 и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:



(мкФ)

ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ №3 НА ТРАНЗИСТОРАХ VT8, VT7.

Нагрузкой этого эмиттерного повторителя является выходной каскад, поэтому:

UН = UBX= (В)

RН = RВХ.У.М.= (Ом)


  1. Примем значение тока покоя транзистора VT8 равным 5 мА

IП8 = 5 (мА)

  1. Рассчитаем напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT8:

UКЭ8 = Uн+U0 (В)

Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT8 PК8 = UКЭ8·IП8 (мВт)

4. Выбираем транзисторы VT7, VT8, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

МодельТипP, ВтUкэ доп, ВIkmax, Aβminfгр, МГцCк, пФIко, мАVT7VT8

5. Зададимся напряжением питания из расчета, что EК < UКДОП

Принимаем ЕК = (В)

6. Определим ток базы транзистора VT8

(мА)

7. Определим ток базы и ток покоя транзистора VT7:

По графику зависимости от тока эмиттера определяем, что = (7-10).

(мА)

(мА)

8. Примем ток делителя (мА)

Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера транзистора VT8:

IR28=Iб8+IП8 (мА)



(Ом)

Принимаем R28 = (Oм)

В соответствии с этим пересчитаем значения напряжений на участке коллектор-эмиттер транзистора VT8 и определим падение напряжения на резисторе 29:

UКЭ8К-R28IR28 (В)

UR28=R28IR28 (В)

9. Определим значение сопротивления резистор R27:

R27 = 15 RН (Ом)

Принимаем R27 = (Ом)

Тогда:

IR27= Iб7 (мА)



UR27=R27IR27 (В)

10. Определим значения сопротивлений резисторов в цепи делителя:



(мкА)

(Ом)

Принимаем R26 = (Ом)

Тогда:

UR26=R26IR26 (В)



(В)

(А)

(Ом)

Принимаем R25 = (кОм)

11. Определим значения эквивалентного сопротивления резистора эмиттера RЭ~ RЭ~ = RH || R26 || R28 || R25 (Ом)

12. Определим коэффициент передачи повторителя:



(Ом)


13. Определим входное сопротивление повторителя:

(Ом)

14. Определим выходное сопротивление повторителя:

RВЫХП = rЭ8 (Ом)

15. Определим значение емкости конденсатора С16:



(мкФ)

Примем С16= (мкФ)




  1. Рассчитаем напряжение, которое необходимо подать на вход повторителя:

(В)
АТТЕНЮАТОР

Аттенюатор – это устройство, уменьшающее амплитуду сигнала без искажения его формы. Аттенюатор с помощью резистора R24 обеспечивает плавную регулировку и при помощи резисторов R21-R23 – дискретную.

Т.о. аттенюатор должен обеспечивать дискретное переключение диапазонов и плавное изменение сигнала внутри них:

( -∞ - 0) дБ

(-∞ - - первый диапазон (-X)) дБ

(-∞ - - второй диапазон (-Y)) дБ

(-∞ - - третий диапазон (-Z)) дБ


В качестве потенциометра R24 выберем резистор с сопротивлением в пределах от 2,0 до 5,1 кОм.

Диапазон ослабления определяется следующим образом:



.(дБ)

Отсюда (Ом)



  1. дБ.

(Ом)

Принимаем значение R21= Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:

(дБ)


  1. дБ.

(Ом)

Принимаем значение R22= Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:

(дБ)


  1. дБ.

(Ом)

Принимаем значение R23= Ом, в соответствии с рядом Е24.

Тогда ослабление будет несколько отличатся от заданного, реально получаем:

(дБ)

Определим токи проходящие через сопротивления аттенюатора:



(мА),

где входное напряжение аттенюатора соответствует входному напряжению эмиттерного повторителя на транзисторах VT7- VT8:

UвхА=UвхП3

(мА)

(мА)

(мА)
Рассчитаем мощность, рассеиваемую на резисторах аттенюатора:

(Вт)

ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ №2 НА ТРАНЗИСТОРАХ VT5, VT6.

В качестве нагрузки данного эмиттерного повторителя примем R24 аттенюатора:

UН = UBX А (В)

RН = R24 (Ом)


  1. Примем значение тока покоя транзистора VT6 равным 5 мА

IП6 = 5 (мА)



  1. Рассчитаем напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT6:

UКЭ6 = Uн+U0 (В)

  1. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT6:

PК6 = UКЭ6·IП6 (Вт)

  1. Выбираем транзисторы VT5, VT6, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

МодельТипP, ВтUкэ доп, ВIkmax, Aβminfгр, МГцCк, пФIко, мАVT5VT6

  1. Зададимся напряжением питания из расчета, что:

Ек=2Uкэ6 (В)

Принимаем ЕК = (В), в соответствии с рядом напряжений источников питания.



  1. Определим ток базы транзистора VT6:

(А)

  1. Определим ток базы и ток покоя транзистора VT7:

По графику зависимости от тока эмиттера определяем, что =(7-10).

(А)

(А)

  1. Примем ток делителя (А)

  2. Определим сопротивление резистора в цепи эмиттера транзистора VT6:

IR20=Iб6+IП6 (А)



(Ом)

Принимаем R20 = (Oм)

В соответствии с этим пересчитаем значения напряжений на участке коллектор-эмиттер транзистора VT6 и определим падение напряжения на резисторе 20:

UКЭ6К-R20IR20 (В)

UR20=R20IR20 (В)


  1. Примем значение сопротивления R19 максимально большим (≈3900-15000 Ом):

R19 = (Ом)

Тогда:


IR19= Iб5 (А)

UR19=R19IR19 (В)



  1. Определим резисторы в цепи делителя

(А)

Uбэ5, Uбэ6 примем равными 0,7 В



(Ом)

Принимаем R18 = (Ом)

UR18=R18IR18 (В)

Пересчитаем значение напряжения Uбэ5 :



(В)

(А)

(Ом)

Принимаем R17 = (Ом)




  1. Определим RЭ~

RЭ~ = RH || R18 || R20 || R17 (Ом)

  1. Определим коэффициент передачи повторителя:

(Ом)




  1. Определим входное сопротивление повторителя

(Ом)

15. Определим выходное сопротивление повторителя

RВЫХП = rЭ6 (Ом)


  1. Определим значение емкости С11:

(мкФ)

Примем С11= (мкФ)




  1. Определим входное напряжение повторителя:

(В)
УСИЛИТЕЛЬ НА ТРАНЗИСТОРЕ VT4 .

Нагрузкой для данного усилителя будет являться входное сопротивление предыдущего эмиттерного повторителя №2 на транзисторах VT5-VT6 - Rвх п2, а амплитудой выходного сигнала будет амплитуда входного сигнала повторителя, т.е.:

Uн=Uвх п 2 (В)

Rн=Rвх п2 (Ом)

Произведем расчет каскада по постоянному току:

1. Определим ток в нагрузке:

(А)

2. Ориентировочно зададим значения Iкmin и Uкэmin, используя соотношения:



(А)

(В)
3. Определим значение тока колекора Iкmax:

(А)
4. Зададимся значением γэ и вычислим λ:

Примем



5. Определим значение напряжения питания для данного усилительного каскада - Ек, а также значение сопротивления R15 и напряжение, выделяющееся на конденсаторе С8:



(В)

Примем Ек = (В) в соответствие с рядом питания.



(Ом)

Примем R15= (Ом), в соотвтствии с рядом Е24.

Определим значение UR16:

(В)

(В)

6. Определим значение тока Iкнач и напряжения Uкнач:



(А)

(В)

7. Определим допустимую мощность рассеивания на транзисторе:



(Вт)

8. Выбираем транзистор VT4 (n-p-n), в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

МодельТипP, ВтUкэ доп, ВIkmax, AβminIко, мАVT4

9. Найдём ток делителя Iд:



(А), где

10. Рассчитаем значения сопротивлений резисторов делителя R13 и R14:



(Ом)

Примем R14= Ом, в соответствии с рядом Е24.



(Ом)

Примем R13= Ом, в соответствии с рядом Е24.

11. Рассчитаем значение конденсатора в цепи эмиттера С8:

(Ф), где

(Ом)

Примем С8= Ф, в соответствии с рядом Е24.


Расчет каскада по переменному току:

При расчете каскада по переменному току определяются следующие параметры:

12. Определим коэффициент усиления в области средних частот:

, где

(Ом)

(Ом), где можно принять значение Ом, т.к. транзистор VT4 маломощный.

(Ом)

13. Входное сопротивление каскада:



где (Ом), тогда:



(Ом)

14. Выходное сопротивление каскада:



(Ом)

15. Определим значения падений напряжения на резисторах R15, R16:



(В)

(В)

Для обеспечения уровня нелинейных искажений, определяемых техническим заданием, вводим отрицательную обратную связь по напряжению глубиной F=5.

16. Входное сопротивление усилителя с ОС равно значению резистора R11:

(Ом)

17. Определим значение сопротивления в цепи ОС - R12:



(Ом)

(Ом)

18. Определим значение коэффициент усиления усилителя с ОС:



19. Определим входные параметры каскада:



(В)

(Ом)

20. Найдём напряжение на базовых делителях:



(В)

(В)

21. Определим мощности резисторов:



(Вт)

(Вт)

(Вт)

(Вт)

22. Определим напряжение на конденсаторах:











ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ТРАНЗИСТОРЕ VT3.

Нагрузкой для данного усилителя будет являться входное сопротивление последующего усилителя, т.е предварительного усилителя на транзисторе VT4 а за амплитуду выходного напряжения примем входное напряжение того же предварительного усилителя, т.е.:

Uн= Uвх у на VT4 (В)

Rн= Rвх у на VT4=R11 (Ом)

Расчет каскада по постоянному току:


  1. Определим ток в нагрузке:

(А)

  1. Ориентировочно зададим значения тока коллектора Iкmin и напряжения а участке коллектор-эмиттер Uкэmin, используя соотношения:

(А)

(В)

3. Определяем максимальное значение тока коллектора Iкmax:



(А)

4. Зададимся значением γэ и вычислим λ:



Примем



5. Определим значение напряжения питания для данного усилительного каскада - Ек, а также значение сопротивления R5 и напряжение, выделяющееся на конденсаторе С2:



(В)

Примем Ек = (В) в соответствие с рядом питания.



(Ом)

Примем R9= (Ом), в соотвтствии с рядом Е24.

Определим значение UR10:

(В)

(В)

6. Определим значение тока Iкнач и напряжения Uкнач:



(А)

(В)

7. Определим допустимую мощность рассеивания на транзисторе:



(Вт)

8. Выбираем транзистор VT3 (n-p-n), в соответствие с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

МодельТипP, ВтUкэ доп, ВIkmax, AβminIко, мАVT39. Найдём ток делителя Iд:

(А), где

10. Рассчитаем значения сопротивлений резисторов делителя R7 и R8:



(Ом)

Примем R8= Ом, в соответствии с рядом Е24.



(Ом)

Примем R7= Ом, в соответствии с рядом Е24.

11. Рассчитаем значение конденсатора в цепи эмиттера С5:

(Ф), где

(Ом)

Примем С5= Ф, в соответствии с рядом Е24.


Расчет каскада по переменному току:

При расчете каскада по переменному току определяются следующие параметры:

12. Определим коэффициент усиления в области средних частот:

, где

(Ом)

(Ом), где можно принять значение Ом, т.к. транзистор VT3 маломощный.

(Ом)

13. Входное сопротивление каскада:



где (Ом), тогда:



(Ом)

14. Выходное сопротивление каскада:



(Ом)

15. Определим значения падений напряжения на резисторах R9, R10:



(В)

(В)

Для обеспечения уровня нелинейных искажений, определяемых техническим заданием, вводим отрицательную обратную связь по напряжению глубиной F=6.

16. Входное сопротивление усилителя с ОС равно значению резистора R5:

(Ом)

17. Определим значение сопротивления в цепи ОС - R6:



(Ом)

(Ом)

18. Определим значение коэффициент усиления усилителя с ОС:



19. Определим входные параметры каскада:



(В)

(Ом)

20. Найдём напряжение на базовых делителях:



(В)

(В)

21. Определим мощности резисторов:



(Вт)

22. Определим напряжение на конденсаторах:

Uc5=UR10 (В)







ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ№1 НА ТРАНЗИСТОРАХ VT1, VT2.

Нагрузкой для данного повторителя будет являться входное сопротивление последующего усилительного каскада (на транзисторе VT3), а за амплитуду выходного напряжения примем входное напряжение того же усилительного каскада, т.е.:



(В)

(Ом)

1. Вычислим значение тока протекающего через нагрузку:



(А)

2. Определим параметры транзистора VT2:



(В), где

U0=1ч2 В



(В)

(А)

(Вт)

3. Выберем транзистор VT2 (n-p-n), в соответствие с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

МодельТипP, ВтUкэ доп, ВIkmax, AβminIко, мАVT3

4. Определим значение тока базы VT2:



(А)

5. Определим падение напряжения на резисторе R4:



(В)

6. Определим параметры транзистора VT1:



(В)

(Вт)

7. Выберем транзистор VT1 (n-p-n), в соответствие с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

МодельТипP, ВтUкэ доп, ВIkmax, AβminIко, мАVT1

8. Определим значение тока базы VT1:



(А)

9. Определим значение тока делителя:

Выберем ток базового делителя из условия, что Iд>>Iб. Примем:

(А)

10. Найдем значение сопротивления резистора R4:



(Ом)

11. Примем значение сопротивления резистора R3 в пределах 5ч10 (кОм) в соответствии с рядом Е24. Тогда:



(В)

12. Определим падения напряжений на резисторах базового делителя:



(В)

(В)

13. Определим значения резисторов базового делителя:



(Ом)

(Ом)

Примем значения этих сопротивлений в соответствии с рядом Е24.

14. Определяем величину Rэ~:

(Ом)

15. Определим входное сопротивление транзистора VT1:



(Ом), где

rк1=1МОм, т.к. транзистор VT1-маломощный.

16. Определим коэффициент передачи повторителя:

, где

Значение rб2 можно принять равным 400ч500 Ом, т.к. транзистор VT2 маломощный.



(Ом)
, где

Значение rб1 можно принять равным 400ч500 Ом, т.к. транзистор VT1 маломощный.



(Ом)

17. Определим входное напряжение повторителя:



(В)

Полученное значение входного напряжения необходимо сравнить с тем, которое заявлено в техническом задании и, сделать соответствующий вывод. Если расхождение составит более 5%, то необходимо выбирать другие значения сопротивлений R9 , rб1, rк1 таким образом, чтобы выполнялось данное условие.


18. Вычислим значение входного сопротивления повторителя:

(Ом)

Полученное значение входного сопротивления необходимо сравнить с тем, которое заявлено в техническом задании и, сделать соответствующий вывод. Если расхождение составит более 5%, то необходимо выбирать другие значения сопротивлений R3 , rб1, rк1 таким образом, чтобы выполнялось данное условие.


19. Определим величину емкости конденсатора С2, исходя из условия:

(Ф)

Примем значение С2 в соответствии с рядом Е24.

20. Определим напряжение на конденсаторах:

(В)

(В)

21. Определим мощности резисторов:



(Вт)

Расчёт разделительных конденсаторов
Значения емкости разделительных конденсаторов рассчитываются исходя из приходящихся на них частотных искажений в области нижних частот. Имеется 11 разделительных конденсаторов. Распределим искажения равномерно между ними:

,

где n - количество разделительных емкостей.

Заданные коэффициенты частотных искажений в области нижних частот приведены в техническом задании. Определим, какие частотные искажения приходятся на одну разделительную емкость:

Следовательно, значение емкости конденсатора должно иметь значение, удовлетворяющее следующему условию:



(Ф)

Значения емкостей разделительный конденсаторов, полученных в результате расчета необходимо принимать значениям в соответствии с рядом Е24.



Конденсатор С1.

Ом

= Ом

Конденсатор С3.

Ом

= Ом
Конденсатор С6.

=R9

Ом

Конденсатор С7.

Ом

Ом

Конденсатор С9.

Ом

Ом
Конденсатор С12.

Ом

Ом

Конденсатор С13.

Ом

Ом

Конденсатор С14.

Ом

Ом

Конденсатор С17.

Ом

Ом

Конденсатор С18.

Ом

Ом

Конденсатор С23.

Ом

Ом


РАСЧЕТ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Так как выходной усилительный каскад питается от источника питания ЕК = В, а остальным каскадам и эмиттерным повторителям необходимы другие значения напряжений источников питания, то необходимо уменьшить напряжение питания выходного каскада для остальных элементов схемы. Для решения этой задачи применяется схема параметрического стабилизатора напряжения:
    Принципиальная электрическая схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне приведена на рисунке:

 

       Принцип действия данного стабилизатора основан на стабилизации напряжения на нагрузке (на Rн) на уровне напряжения стабилизации стабилитрона VD1. Данный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, одним из плечей которого является балластный резистор R1, а вторым - соединенные стабилитрон VD1 и нагрузка Rн. Расчет делителя напряжения проще всего производить, используя закон Ома для участка цепи. т.о. расчет сводится к выбору номинала и мощности балластного резистора R1.

        Исходными данными для расчета являются:

            a) Входное напряжение (Uвх к), в данном случае равное напряжению источника питания всего устройства или напряжению питания выходного каскада.

            b) Необходимое напряжение на нагрузке (URн =Ек э.п. на VTi или URн =Ек ус на VTi), в данном случае равное напряжению питания для какого-либо эмиттерного повторителя либо предварительного усилителя.

            c) Ток, потребляемый нагрузкой (Iн), в данном случае равный току для какого-либо эмиттерного повторителя либо предварительного усилителя.

 

1. С учетом исходных данных выбирается стабилитрон с напряжением стабилизации UVD1 (или Uст), равным или близким URн , и током стабилизации Iст, большим примерно в 2 раза, чем ток, потребляемый нагрузкой. Далее, у выбранного стабилитрона сводим основные характеристики в таблицу вида:



Позиционное обозначениеТипUст min, ВUст max, ВUст ном, ВIст, AVDi

2. Как видно из рисунка, ток протекающий через балластный резистор R1 является суммой тока стабилизации стабилитрона VD1 -  Iст и тока, потребляемого нагрузкой Iн. Именно этот ток (Iн=IR1) и следует использовать в дальнейших расчетах. В качестве IR1 принимается сумма токов протекающих через эмиттерный повторитель или предварительный усилитель:



(А)

Например, для эмиттерного повторителя на VT7-VT8 значение тока IR1 определяется следующим образом:

IR1VT7,8=Iст+Iд + Iб7 + Iк7 + Iк8 (А)

Для эмиттерного повторителя на транзисторах VT5-VT6:

IR1VT5,6= Iст+Iд + Iб5 + Iк5 + Iк6 (А)

Для эмиттерного повторителя на транзисторах VT1-VT2:

IR1VT1,2= Iст+Iд + Iб1 + Iк1 + Iк2 (А)

Для предварительного усилителя на транзисторе VT3:

IR1VT3,4= Iст+Iд + Iб3 + Iк3 (А)

Для предварительного усилителя на транзисторе VT4:

IR1VT3,4= Iст+Iд + Iб4 + Iк4 (А)
Из закона Ома для участка цепи определяем значение тока, проходящего через балластный резистор:

(А)

3. Значение балластного сопротивления определяется из предыдущего пункта т.е.:



(Ом)

Реальное значение сопротивления R1 выбирается, как ближайшее к полученному из ряда Е24.

4. Имея значение сопротивления резистора R1 и ток, протекающий через него, рассчитывается мощность рассеяния резистора R1:
(Вт)
Пример расчета для одного из нескольких, необходимых в схеме, параметрических стабилизаторов:

Выходной усилительный каскад питается от источника питания ЕК = 50 В, а эмиттерный повторитель №1 на транзисторах VT1- VT2 от ЕК = 9 В, то необходимо уменьшить напряжение питания.

1. Выбираем стабилитрон с подходящими параметрами:

В качестве стабилизатора VD1 выбираем:

Позиционное обозначениеТипUст min, ВUст max, ВUст ном, ВIст ном, AVD1КС482А910,28,50,005

Рассчитаем сопротивление R41:

R41 = (В), где

2. Определяем значение суммы токов, протекающих через балластный резистор:

IR41 = Iст + (А)

тогда IR41 = Iст + =5+3,314 = 8,314 мА

UR41 = Eк - 9 = 50 - 9 =41 В

3. Определяем значение сопротивления балластного резистора:

R41 = кОм

Принимаем: R41 = 5,1 кОм

4. Определяем мощность рассеяния резистора R41:

PR41 = UR41 IR41 = 0,341 Вт



РАСЧЕТ РАДИАТОРОВ

Радиаторы предназначены для отвода тепла от транзисторов в схеме, при мощности, превышающей 1,5 Вт. Т.о. те транзисторы, на которых рассеивается мощность более 1,5 Вт необходимо вынести за разъем, а также рассчитать для каждого площадь радиатора.

Площадь радиатора определим следующим образом:

(см2) , где

Т-коэффициент теплоизлучения от теплоотвода в окружающую среду (для дюралюминия Т = 1,5 ( мВт / см2С );

RТп-с – тепловое сопротивление переход-среда, определяется следующим образом:

(К/Вт), где

Тс - температура среды (в техническом задании задан диапазон рабочих температур усилителя – от 10 до 30 °С , выбираем верхнее значение этого диапазона → Тс=30°С);

Тп - температура р-п - перехода, (определяется исходя из справочных данных, можно принять в пределах от 125 до 200 °С);

Рс – мощность, которую необходимо рассеять.

Затем необходимо привести рисунок радиатора с указанием его линейных размеров (в см).

Пример:


В качестве выходных транзисторов VT12 и VT13 выбраны транзисторы типа КТ928Г . У них температура p-n-перехода Тп = 150С (данные из справочника). Необходимо рассеять мощность Pк = 19,14 ( Вт ). Произведем расчет теплового сопротивления переход-среда:

К/Вт

Определим площадь радиатора из дюралюминия:



см2

Рисунок:


РАСЧЕТ АЧХ И ФЧХ УСИЛИТЕЛЯ НА ТРАНЗИСТОРЕ VT4

Рассчитаем амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики для предварительного усилителя на транзисторе VT4, без ОС, для диапазона частот, где частотные искажения не превышают .

Для расчета АЧХ воспользуемся формулами:

, где

К4 – коэффициент усиления на средних частотах для усилительного каскада на транзисторе VT4.

1. Рассчитаем зависимость коэффициента усиления на НЧ от частоты:

Определим значение коэффициента частотных искажений в области низких частот:



-

, где



(с)

(с)

Определим частоту, на которой Мн= :



=

=

Решив это уравнение относительно fн получим значение нижней граничной частоты полосы пропускания. Т.О. fн= Гц.

Задаваясь различными значениями частот fн найдем значения соответствующих коэффициенту усиления Kнч:

№fн, Гц MнKнч12345672. Рассчитаем зависимость коэффициента усиления на ВЧ от частоты:



Определим значение коэффициента частотных искажений в области высоких частот:



, где

(с)

С0на VT4К4М2 (пФ)



(с)

Определим частоту, на которой Мв= :



=

Решив это уравнение относительно fв получим значение нижней граничной частоты полосы пропускания. Т.О. fв= Гц.

Задаваясь различными значениями частот fв найдем значения соответствующих коэффициенту усиления Kвч:

№fв, Гц MвKвч1234567


Для расчета ФЧХ воспользуемся формулой:

Задаваясь различными значениями частот f, найдем значения соответствующих фаз :


№f, Гц , рад., град.M123 456789101112 1314Пользуясь данными расчетов, приведенных выше, необходимо произвести построение АЧХ и ФЧХ:

Пример:


АЧХ

ФЧХ:



КАРТЫ РЕЖИМОВ

В карте режимов необходимо привести информацию обо всех элементах рассчитанного устройства, сведенную в таблицы, следующего вида:


Резисторы:

Позиционное

обозначениеR, ОмU, ВI, АP, ВтТипR1*220000,6980,0000320,000022СП3-30-0,125
Конденсаторы:

Позиционное обозначениеC, мкФU, ВUMAX, ВТипС1*0,0430,65525К10-17



  1. Транзисторы:


Позиционное

обозначениеUбэ, ВUкэ, ВIБ, АIК, АIЭ, АPК, ВтТипVT1*0,6384,8190,00000390,0000290,0000330,000141Т311Л


  1. Стабилитроны:


Позиционное

обозначениеUСТ, ВI, мАP, мВтТипVD1*1222,5490,2705КС512А1

*-примеры


СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

В спецификации элементов необходимо привести информацию о количестве, наименовании, типе и позиционном обозначении (номере) всех элементах рассчитанного устройства, сведенную в таблицы, следующего вида:


Резисторы:

Позиционное обозначениеНаименованиеКоличествоR2, R4, R5, R6…*МЛТ-0,12535



Конденсаторы:

Позиционное обозначениеНаименованиеКоличествоC1, C2, C3, C4, C5…*К10-1719



Транзисторы:
  1. Позиционное обозначениеНаименованиеКоличествоVT1, VT2, VT3…*1T311Л8

  2. Стабилитроны:


Позиционное

обозначениеНаименованиеКоличествоVD1*КС512А11* - примеры



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
  • Приложение А

  • Содержание





  1. Техническое задание.

  2. Возможная область применения усилителя мощности

  3. Выбор блок-схемы.

  4. Характеристики аналогичного устройства выпускаемого промышленностью

  5. Расчет элементов оконечного каскада

  6. Расчет повторителя на транзисторах VT7, VT8

  7. Расчет аттенюатора

  8. Расчет повторителя на транзисторах VT5, VT6

  9. Расчет усилителя на транзисторе VT4

  10. Расчет предварительного усилителя на транзисторе VT3

  11. Расчет повторителя на транзисторах VT1, VT2

  12. Расчет разделительных емкостей

  13. Расчет параметрического стабилизатора напряжения

  14. Расчет радиаторов

  15. Расчет АФХ и ФЧХ

  16. Карты режимов

  17. Спецификация элементов

  18. Технология производства и изготовления печатных и монтажных плат

  19. Список использованных источников.



  • Приложение Б


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
Институт кибернетики, информатики и связи

Кафедра «Кибернетических систем»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине «Электроника»

на тему «Проектирование усилителя мощности»

или

на тему «Проектирование автогенератора»
вариант jjjj
Выполнил:

студент группы jjjj

Иванов Н.А.

Проверила:

ассистент каф. КС

Сидорова А. Э.



Дата защиты_____________ Оценка___________
Тюмень 2013
  • Приложение В

  • Ряды номинальных базовых электронных элементов


Номинальные сопротивления резисторов, выпускаемых отечественной промышленностью в соответствии с рекомендациями МЭК, стандартизованы. Для постоянных резисторов установлено шесть рядов: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192, а для переменных резисторов установлен ряд Е6. Кроме этого допускается использовать ряд Е3.
Цифра после буквы Е указывает число номинальных значений в каждом десятичном интервале. Номиналы сопротивлений соответствуют числам в приведенных ниже таблицах или числам, полученным умножением или делением этих чисел на 10n (n - целое положительное или отрицательное число).
  1. Номинальные сопротивления по ряду Е3, Е6, Е12, Е24


Е3Е6Е12Е24Е3Е6Е12Е24Е3Е6Е12Е241,01,01,01,02,22,22,22,24,74,74,74,7   1,1   2,4   5,1  1,21,2  2,72,7  5,65,6   1,3   3,0   6,2 1,51,51,5 3,33,33,3 6,86,86,8   1,6   3,6   7,5  1,81,8  3,93,9  8,28,2   2,0   4,3   9,1





izumzum.ru