Розрахунок підсилювача низької частоти

 

Міністерство  освіти і науки України

Конотопський  інститут СумДУ

 

 

 

 

 

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

З предмету « Аналогова  схемотехніка »

на тему: «Розрахунок  підсилювача низької частоти»

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:

студент групи  ЕП – 41к.            _______________                

 

Перевірив:

викладач                                      _______________                 .                            

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

 

Вступ...........................................................................................................................................3

1. Блок завдання...............................................................................................4
2. Попередній розрахунок підсилювача низької частоти...........................5
3. Розрахунок вихідного каскаду підсилювача низької частоти ...............6
4. Розрахунок другого каскаду підсилювача низької частоти ...............10
5. Розрахунок першого каскаду підсилювача низької частоти ..............14

Висновок..........................................................................................................................19

Використана література..................................................................................................20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   

                                                 ВСТУП

 

Зростання ефективності промислового виробництва, підвищення якості продукції, наукові досягнення сьогодні стали практично неможливими без широкого застосування електронної апаратури. Саме тому радіоелектроніка, яка зародилася всього декілька десятиліть назад, є галузь техніки, що бурхливо розвивається і визначає науково-технічний прогрес держави. Виконання задач, які стоять перед радіоелектронікою, під силу лише спеціалістам з глибокими теоретичними знаннями.

Науково-технічна революція кінця XX сторіччя характеризується подальшим проникненням електронних пристроїв і систем практично у всі області сучасної науки і техніки. Складність електронних систем зростає, їх функціональні можливості розширюються, одночасно зростають якість, ефективність та вартість. Складна радіоелектронна система повинна працювати довго і надійно, лише в цьому випадку вона економічно доцільна.

В наш час  широке розповсюдження отримали підсилювачі  низької частоти (ПНЧ). Вони використовуються в системах радіо, телебачення, зв'язку, вимірювання, побутових приладах і т.д. Тому майбутній інженер повинен досконало володіти питаннями, пов'язаними з підсилювачами.

Основною  метою даної курсової роботи є  закріплення і поглиблення навичок по проектуванню ПНЧ, вибору елементарної бази, розрахунку підсилюючих каскадів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Блок  завдання:

 

Метою даної  курсової роботи є проектування і  розрахунок підсилювача низької частоти (ПНЧ). Призначення ПНЧ полягає в отриманні на заданому опорі кінцевого навантажувального пристрою необхідної потужності сигналу, що підсилюється.

Вихідні дані для розрахунку наступні:

Вихідна потужність Р_вих, Вт 20

Опір навантаження R_H, Ом 4

Напруга джерела  сигналу U_BX, мВ 8

Опір джерела  сигналу К_дж, кОм 12

Смуга частот f_H - f _B, Гц 50 - 20000

Напруга живлення Е_к, В 20

В якості елементної бази вибираємо біполярні транзистори, а також резистори і конденсатори. Оскільки опір навантаження малий, то можна було б використати вихідний трансформатор. Але це призвело б  до збільшення частотних викривлень сигналу. Тому вихідний каскад обираємо двотактним без трансформаторним. Опір джерела сигналу К_дж=12кОм, що дозволяє обійтись без вхідного трансформатора.

Оскільки  джерело вхідного сигналу розвиває дуже низьку напругу, то подавати сигнал безпосередньо на каскад підсилення потужності не має сенсу, оскільки при такій слабкій керуючій напрузі неможливо отримати значної зміни вихідного струму, а отже і вихідної потужності. Тому до складу структурної схеми ПНЧ, крім вихідного каскаду, який віддає необхідну потужність корисного сигналу в навантаження, необхідно ввести каскади попереднього підсилення.

Для того, щоб  постійна складова від джерела сигналу  не потрапляла на вхід підсилювача і не змінювала положення робочої точки першого транзистора, на вхід підсилювача поставимо найпростіший вхідний пристрій - роздільний конденсатор С!(рис.2.1).

В якості каскадів попереднього підсилення обираємо реостатні  каскади, які ввімкнено по схемі зі спільним емітером. Для того, щоб постійна складова сигналу не потрапляла з виходу попереднього каскаду на вхід наступного, між каскадами ставимо роздільні конденсатори С2, Сь та С₆. в якості вихідного пристрою використовуємо роздільну ємність Сд.

Структурна  схема ПНЧ приведена на рис. 1.1

Рисунок 1.1— Структурна схема підсилювача низької частоти

 

 

 

2. Попередній розхрахунок підсилювача  низької частоти 

 

Вихідні дані:

Вихідна потужність Р_Вих⁼ 20 Вт.

Опір навантаження R_H= 4 Ом.

 Напруга джерела сигналу u_bx= 8 В.

Опір джерела  сигналу R_дж= 12 Ом.

Смуга частот f_H = 50 Гц , f _в = 20000 Гц.

Напруга живлення Е_к= 20 В.

Вважаємо, що ПНЧ працює в стаціонарних умовах. Температура оточуючого середовища: T_min = + 15°С, Т_мах = + 25°С.

2.1  Знаходимо  потужність вхідного сигналу.

Зауважимо, що найбільша потужність віддається у навантаження, коли його опір дорівнює внутрішньому опору джерела. Тоді

(2.1)

 

де R_вх = Я_дж  -  опір джерела сигналу.

 

2.2 3находимо  необхідний коефіцієнт підсилення за потужністю. В ПНЧ застосовують регулятори рівня вихідного сигналу (для звукових ПНЧ -регулятори гучності), що викликає деяке зниження потужності вихідного сигналу.

(2.2)

 

де К_рег   - коефіцієнт передачі регулятора рівня сигналу, задається в межах (0,3...0,5).

Визначимо коефіцієнт підсилення за потужністю у децибелах:

(2.3)

2.3 Попередньо  вибираємо схему, тип підсилюючих  приладів та орієнтовну величину коефіцієнта підсилення за потужністю вихідного каскаду.

Оскільки  розрахункова потужність вихідного  каскаду перевищує 50 мВт, треба застосовувати двотактну схему.

Тип транзистора  вхідного каскаду вибираємо за величиною  максимально допустимої потужності, що розсіюється на його колекторі. Для цього знаходимо потужність, яку транзистор повинен віддати у навантаження:

де  - коефіцієнт завантаження транзистора ( = 0,8).

(2.4)

 

Потужність, що споживається колекторним колом від джерела живлення визначається для двотактного каскаду виразом:

(2.5)

де  - ККД вихідного сигналу.

За знайденим  значенням Р_к з довідника [2] вибираємо транзистори VT6 та VT7 (рис. 2.1) типу П210В, які мають такі параметри:

 – Максимальна  потужність, що розсіюється на  колекторі Р_Ктах = 45 Вт.

– Постійна напруга колектор-емітер U_{к мах} = 40 В.

– Постійний струм колектора І_{к мaх} =12 А.

– Гранична частота коефіцієнта передачі струму f_гран = 100кГц.

– Коефіцієнт передачі струму в схемі зі спільним емітером  = 10.

– Зворотній  струм колектора І_{к об} =0,5 А.

– Як бачимо, умови Р_{к мах} > Р_к та  виконуються.

– Також для вихідного каскаду застосуємо комплементарну пару ГТ405Б та ГТ404Б.

2.4 Вибираємо схему каскадів попереднього підсилення. Для попереднього підсилення застосовуємо схему зі спільним емітером. В якості активного елемента застосовуємо малопотужний транзистор Т315Г п-р-п типу, тому що для вихідного каскаду теж було обрано транзистор n-p-п типу.

2.5 Знаходимо орієнтовну кількість каскадів n . Коефіцієнти підсилення за потужністю орієнтовно розподілимо так: вихідний каскад 40дБ, попередні каскади – по 20дБ. Тоді загальна кількість каскадів знаходиться за виразом:

Отримане  значення n округляємо до найближчого більшого цілого, тобто n=3.

2.6 На основі  структурної схеми та попереднього  розрахунку будуємо принципову схему ПНЧ.

Рисунок 2.1-Принципова схема ПНЧ

 

 

 

3. Розрахурок вихідного каскаду підсилювача низької частоти

 

Вихідні дані:

Вихідна потужність P_Bих =20 Вт.

Опір навантаження R_н= 4 Ом.

Смуга частот f_H = 50 Гц , f _в = 20000 Гц,

Напруга живлення Е_к= 20В.

3.1    Знаходимо    максимальне    значення    колекторного   струму   кінцевих транзисторів VT6 та VT7.

(3.1)

     3.2 Вибираємо значення струму спокою (струму в робочій точці) кінцевих транзисторів.

		(3.2)

3.3   Визначаємо   максимальну   потужність,   що   розсіюється   колекторним переходом кожного з кінцевих транзисторів.

		(3.3)

 

Як видно  з розрахунку, транзистори VT6 та VT7 типу П210В підходять. 3.4 Знаходимо максимальне значення колекторного струму передкінцевих транзисторів.

(3.4)

Де  - мінімальне   значення   коефіцієнта   передачі   струму  кінцевих транзисторів ( = 10 ).

3.5 Визначаємо  параметри резисторів R₁₆ та Я₁₇. Опори резисторів R₁₆ та R₁₇ обираємо рівними 510 Ом. Надалі можлива зміна цього значення. Потужність, що розсіюється на цих резисторах, знаходиться за виразом:

(3.5)

 

З довідника [1] вибираємо резистор типу ТВО-10 потужністю 10 Вт з опором 510 Ом.

3.6 Визначаємо  потужність, що розсіюється кожним з передкінцевих

транзисторів

                 

                              (3.6)

 

 

 

 

                              

3.7 Вибираємо перед кінцеві транзистори.

За результатами розрахунків з довідника [2] вибираємо  транзистор УТ4 ГТ404Б, та транзистор УТ5 ГТ405Б. Це компліментарна пара і їх параметри ідентичні:

– Максимальна потужність, що розсіюється на колекторі Р_{К  mах} = 0.6 Вт.

– Постійна напруга колектор-емітер U_{ке mах} = 25 В.

– Постійний струм колектора І_{к мaх} = 0.5 А.

– Гранична частота коефіцієнта передачі струму f_гран = 100 кГц.

– Коефіцієнт передачі струму в схемі зі спільним емітером = 60.

8. Знаходимо параметри конденсатора С₉.

Ємність конденсатора С₉ визначається з виразу:

 

(3.7)

де  М  - допустиме частотне викривлення в області нижніх частот (нехай М = 1.072).

Напруга на конденсаторі С₉ визначається за виразом:

(3.8)

З довідника [1] вибираємо конденсатор типу К-50-20 ємністю 3300мкФ на напругу 25В.

3.9 Визначаємо  параметри резистора Я₁₅.

Величину резистора  Я₁₅  вибираємо рівною 3300 Ом. Струм, що проходить через резистор Я₁₅:

(3.9)

Потужність, що розсіюється на резисторі Я₁₅:

 

		(3.10)