Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники»




Скачать 92.58 Kb.
НазваниеРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники»
Дата публикации01.08.2013
Размер92.58 Kb.
ТипРеферат
uchebilka.ru > Журналистика > Реферат
Реферат скачан с сайта allreferat.wow.ua


Проектирование усилителя мощности на основе ОУ

Задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники»Студент: Данченков А.В. группа ИИ-1-95.Тема: «Проектирование усилительных устройств на базе интегральныхоперационных усилителей»Вариант №2. Расчитать усилитель мощности на базе интегральных операционныхусилителей с двухтактным оконечным каскадом на дискретных элементах врежиме АВ. Исходные данные:|Eг , мВ |Rг , кОм |Pн , Вт |Rн , Ом ||1.5 |1.0 |5 |4.0 | Оценить, какие параметры усилителя влияют на завал АЧХ в областиверхних и нижних частот. Содержание Структура усилителя мощности .................................................................... 3 Предварительная схема УМ (рис.6).............................................................. 5 Расчёт параметров усилителя мощности...................................................... 6 1. Расчёт амплитудных значений тока и напряжения .............................. 6 2. Предварительный расчёт оконечного каскада ...................................... 6 3. Окончательный расчёт оконечного каскада ......................................... 9 4. Задание режима АВ. Расчёт делителя .................................................. 10 5. Расчёт параметров УМ с замкнутой цепью ООС ................................ 11 6. Оценка параметров усилителя на завал АЧХ в области ВЧ и НЧ ...... 12 Заключение.................................................................................................... 13 Принципиальная схема усилителя мощности.............................................. 14 Спецификация элементов.............................................................................. 15 Библиографический список..........................................................................16 Введение В настоящее время в технике повсеместно используютсяразнообразные усилительные устройства. Куда мы не посмотрим - усилителиповсюду окружают нас. В каждом радиоприёмнике, в каждом телевизоре, вкомпьютере и станке с числовым программным управлением есть усилительныекаскады. Эти устройства, воистину, являются грандиознейшим изобретениемчеловечества . В зависимости от типа усиливаемого параметра усилительныеустройства делятся на усилители тока, напряжения и мощности. В данном курсовом проекте решается задача проектированияусилителя мощности (УМ) на основе операционных усилителей (ОУ). В задачувходит анализ исходных данных на предмет оптимального выбора структурнойсхемы и типа электронных компонентов, входящих в состав устройства, расчётцепей усилителя и параметров его компонентов, и анализ частотныххарактеристик полученного устройства. Для разработки данного усилителя мощности следует произвестипредварительный расчёт и оценить колличество и тип основных элементов -интегральных операционных усилителей. После этого следует выбратьпринципиальную схему предварительного усилительного каскада на ОУ иоконечного каскада (бустера). Затем необходимо расчитать корректирующиеэлементы, задающие режим усилителя ( в нашем случае АВ ) и оценить влияниепараметров элементов схемы на АЧХ в области верхних и нижних частот. Оптимизация выбора составных компонентов состоит в том, что припроектировании усилителя следует использовать такие элементы, чтобы ихпараметры обеспечивали максимальную эффективность устройства по заданнымхарактеристикам, а также его экономичность с точки зрения расхода энергиипитания и себестоимости входящих в него компонентов. Структура усилителя мощности Усилитель мощности предназначен для передачи больших мощностейсигнала без искажений в низкоомную нагрузку. Обычно они являются выходнымикаскадами многокаскадных усилителей. Основной задачей усилителя мощностиявляется выделение на нагрузке возможно большей мощности. Усилениенапряжения в нём является второстепенным фактом. Для того чтобыусилитель отдавал в нагрузку максимальную мощность, необходимо выполнитьусловие Rвых= Rн . Основными показателями усилителя мощности являются:отдаваемая в нагрузку полезная мощность Pн , коэффициент полезного действия( , коэффициент нелинейных искажений Kг и полоса пропускания АЧХ. Оценив требуемые по заданию параметры усилителя мощности, выбираемструктурную схему , представленную на рис.1 , основой которой являетсяпредварительный усилительный каскад на двух интегральных операционныхусилителях К140УД6 и оконечный каскад (бустер) на комплементарных парахбиполярных транзисторов. Поскольку нам требуется усиление по мощности, аусиление по напряжению для нас не важно, включим транзисторы оконечногокаскада по схеме “общий коллектор” (ОК). При такой схеме включенияоконечный каскад позволяет осуществить согласование низкоомной нагрузки синтегральным операционным усилителем, требующим на своём входе высокоомную нагрузку (т.к. каскад “общий коллектор” характеризуется большим входнымRвх и малым выходным Rвых сопротивлениями), к тому же каскад ОК имеетмалые частотные искажения и малые коэффициенты нелинейных искажений.Коэффициент усиления по напряжению каскада “общий коллектор” Ku ( 1. Для повышения стабильности работы усилителя мощностипредварительный и оконечный каскады охвачены общей последовательнойотрицательной обратной связью (ООС) по напряжению. В качестверазделительного элемента на входе УМ применён конденсатор Cр . В качествеисточника питания применён двухполярный источник с напряжениемEк = ( 15 В. Режим работы оконечного каскада определяется режимом покоя (классомусиления) входящих в него комплементарных пар биполярных транзисторов.Существует пять классов усиления: А, В, АВ, С и D , но мы рассмотрим толькотри основных: А, В и АВ. Режим класса А характеризуется низким уровнем нелинейных искажений(Kг ( 1%) низким КПД (( <0,4). На выходной вольт-амперной характеристике(ВАХ) транзистора (см. рис. 2.1) в режиме класса А рабочая точка ( IK0 иUKЭ0) располагается на середине нагрузочной прямой так, чтобы амплитудныезначения сигналов не выходили за те пределы нагрузочной прямой, гдеизменения тока коллектора прямо пропорциональны изменениям тока базы. Приработе в режиме класса А транзистор всё время находится в открытомсостоянии и потребление мощности происходит в любой момент. Режим усилениякласса А применяется в тех случаях, когда необходимы минимальные искажения а Pн и ( не имеют решающего значения. Режим класса В характеризуется большим уровнем нелинейныхискажений (Kг ( 10%) и относительно высоким КПД (( <0,7). Для этогокласса характерен IБ0 = 0 ( рис 2.2), то есть в режиме покоя транзисторзакрыт и не потребляет мощности от источника питания. Режим В применяетсяв мощных выходных каскадах, когда неважен высокий уровень искажений. Режим класса АВ занимает промежуточное положение между режимамиклассов А и В. Он применяется в двухтактных устройствах. В режиме покоятранзистор лишь немного приоткрыт, в нём протекает небольшой ток IБ0 (рис. 2.3), выводящий основную часть рабочей полуволны Uвхна участок ВАХ с относительно малой нелинейностью. Так как IБ0 мал, то (здесь выше, чем в классе А , но ниже, чем в классе В , так как всё же IБ0 >0. Нелинейные искажения усилителя, работающего в режиме класса АВ ,относительно невелики (Kг ( 3%) . В данном курсовом проекте режим класса АВ задаётся делителем нарезисторах R3 - R4 и кремниевых диодах VD1-VD2 .| | | | | | | | || | | | | | | | | рис 2.1 рис 2.2 рис 2.3 Расчёт параметров усилителя мощности 1. Расчёт амплитудных значений тока и напряжения на нагрузке1.1 Найдём значение амплитуды на нагрузке Uн . Поскольку в задании данодействующее значение мощности, применим формулу: Uн2 (_____ ______________ Pн = ((( ( Uн = ( 2Rн Pн = ( 2 * 4 Ом * 5 Вт = 6.32 В 2Rн1.2 Найдём значение амплитуды тока на нагрузке Iн : Uн 6.32 В Iн = ((( = (((( = 1.16 А Rн 4 Ом 2. Предварительный расчёт оконечного каскада Для упрощения расчёта проведём его сначала для режима В. 2.1 По полученному значению Iн выбираем по таблице ( Iк ДОП > Iн)комплиментарную пару биполярных транзисторов VT1-VT2 : КТ-817 (n-p-nтипа) и КТ-816 (p-n-p типа). Произведём предварительный расчётэнергетических параметров верхнего плеча бустера (см рис. 3.1).| | Рис. 3.12.2 Найдём входную мощность оконечного каскада Pвх . Для этого нужносначала расчитать коэффициент усиления по мощности оконечного каскада Kpок, который равен произведению коэффициента усиления по току Ki накоэффициент усиления по напряжению Ku : Kpок = Ki * Ku Как известно, для каскада ОК Ku ( 1 , поэтому, пренебрегая Ku ,можно записать: Kpок ( Ki Поскольку Ki = (+1 имеем: Kpок ( (+1 Из технической документации на транзисторы для нашейкомплементарной пары получаем ( = 30. Поскольку ( велико, можно принятьKpок = (+1 ( (. Отсюда Kpок = 30 . Найдём собственно выходную мощность бустера. Из соотношения Pн Kpок = (( Pвх Pн получим Pвх = (( , а с учётом предыдущих приближений Kpок| | 5000 мВт ||Pн |= ((((( = 160 мВт ||Pвх = ((|30 || | ||( | |3 Определим амплитуду тока базы транзистора VT1 Iбvt1 : Iк Iб = ((( , т.к. Iн = Iкvt1 получим : 1+( Iн Iн 1600 мА Iбvt1 = ((( ( ((( = (((( = 52 мА 1+(vt1 (vt1 302.4 Определим по входной ВАХ транзистора напряжение на управляющем переходе Uбэ (cм. рис 3.2)| | || | | рис 3.2 Отсюда находим входное напряжение Uвхvt1 Uвхvt1 = Uбэvt1 + Uн = 1.2 В + 6.32 В = 7.6 В2.5 Определим входное сопротивление верхнего плеча бустера Rвх : Uвх Uвх 7.6 В Rвх = ((( = ((( = (((( = 150 Ом Iвхvt1 Iбvt1 5.2*10-3 Поскольку из-за технологических особенностей конструкцииинтегрального операционного усилителя К140УД6 полученное входноесопротивление (оно же сопротивление нагрузки ОУ ) мало (для К140УД6минимальное сопротивление нагрузки Rmin оу = 1 кОм ), поэтому дляпостроения оконечного каскада выбираем составную схему включения (чтобыувеличить входное сопротивление Rвх ). Исходя из величины тока базытранзистора VT1 Iбvt1 (который является одновременно и коллекторным токомтранзистора VT3 ) выбираем комплементарную пару на транзисторах КТ-361 (p-n-p типа) и КТ-315 (n-p-n типа). Соответственно схема оконечного каскадапримет вид, показанный на рис. 3.3 .| | рис. 3.3 3. Окончательный расчёт оконечного каскада1 Расчитаем входную мощность Pвхок полученного составного оконечного каскада. Исходя из того, что мощность на входе транзистора VT1 Pвх мы посчитали в пункте 2.2 , получим : Pвх Pвх 160 мВт Pвхок = ((( ( ((( = (((( = 3.2 мВт (vt3+1 ( 502 Определим амплитуду тока базы Iбvt3 транзистора VT3. Поскольку Iкvt3 ( Iбvt1 имеем : Iкvt3 Iбvt1 52 мА Iбvt3 = ((( ( ((( = ((( ( 1 мА 1+(vt3 (vt3 503.3 Определим по входной ВАХ транзистора VT3 напряжение на управляющемпереходе Uбэvt3 (см. рис. 3.4 ). Поскольку Uбэvt3 = 0.6 В , для входногонапряжения оконечного каскада Uвхок имеем: Uвхок = Uн + Uбэvt1 + Uбэvt1 = (6.32 + 1.2 + 0.6) В = 8 В| | || | | рис 3.43.4 Определим входное сопротивление оконечного каскада Rвхок : Uвхок 8 В Rвхок = ((( = ((( = 8 кОм Iбvt3 1мА Полученное входное сопротивление полностью удовлетворяет условию Rвхок ( Rн min оу где Rн min оу = 1кОм (для ОУ К140УД6). 4. Задание режима АВ. Расчёт делителя Для перехода от режима В к режиму АВ на вход верхнего плеча нужноподать смещающее напряжение +0.6 В, а на вход нижнего плеча - –0.6 В.При этом, поскольку эти смещающие напряжения компенсируют друг друга,потенциал как на входе оконечного каскада, так и на его выходе останетсянулевым. Для задания смещающего напряжения применим кремниевые диоды КД-223(VD1-VD2, см. принципиальную схему), падение напряжения на которых Uд = 0.6В Расчитаем сопротивления делителя Rд1= Rд2= Rд . Для этого зададимток делителя Iд, который должен удовлетворять условию: Iд ( 10*Iбvt3 Положим Iд = 3 А и воспользуемся формулой Ек – Uд (15 – 0.6) В Rд = (((( = (((((( = 4.8 Ом ( 5 Ом Iд3 А 5. Расчёт параметров УМ с замкнутой цепью ООС Для улучшения ряда основных показателей и повышения стабильностиработы усилителя охватим предварительный и оконечный каскады УМ общейпоследовательной отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению. Оназадаётся резисторами R1 и R2 (см. схему на рис. 6 ). Исходя из технической документации на интегральный операционныйусилитель К140УД6 его коэффициент усиления по напряжению Kuоу1 равен3*104 . Общий коэффицент усиления обоих ОУ равен : Kuоу = Kuоу1 * Kuоу2 = 9*108 Коэффициент усиления по напряжению каскадов, охваченных обратнойсвязью Ku ос равен: Uвых ос Кu (Kuоу1 * Kuоу2 * Kuок) 1 Ku ос = ((( = (((( = ((((((((((( ( ( Eг 1 + (Ku 1 + ((Kuоу1 * Kuоу2 * Kuок) (| | рис. 3.5 Изобразим упрощённую схему нашего усилителя , заменив оконечныйкаскад его входным сопротивлением (см. рис. 3.5 ) (ООС на схеме непоказана, но подразумевеется ). Здесь Rнэкв ( Rвхок = 8 кОм ; Uвых ос =Uвхок = 8 В , Ег = 15 В (из задания ). Uвых ос 8000 мВ Ku ос = ((( = (((( = 5333 Eг1.5 мВ 1 ( = Ku ос = 5333 ( Найдём параметры сопротивлений R1 и R2 , задающих обратную связь.Зависимость коэффициента обратной связи ( от сопротивлений R1 и R2 можетбыть представлена следующим образом: R1 ( = ((( R1 + R2 Зададим R1 = 0.1 кОм . Тогда : 1 R1 1 (( = ((( = ((( ( 5333 = 1 + 10R2 ( R2 = 540 кОм Ku ос R1 + R2 5333 6. Оценка влияния параметров усилителя на завал АЧХ в области верхних и нижних частот Усилитель мощности должен работать в определённой полосе частот ( от (н до (в ) . Такое задание частотных характеристик УМ означает,что на граничных частотах (н и (в усиление снижается на 3 дБ посравнению со средними частотами, т.е. коэффициенты частотных искажений Мн иМв соответственно на частотах (н и (в равены: __ Мн = Мв = ( 2 (3 дБ) В области низких частот (НЧ) искажения зависят от постояннойвремени (нс цепи переразряда разделительной ёмкости Ср : _________________ Мнс = ( 1 + ( 1 / ( 2((н(нс ))2 Постоянная времени (нс зависит от ёмкости конденсатора Ср исопротивления цепи переразряда Rраз : (нс = Ср* Rраз При наличии нескольких разделительных ёмкостей ( в нашемслучае 2) Мн равно произведению Мнс каждой ёмкости: Мн = Мнс1 * Мнс2 Спад АЧХ усилителя мощности в области высоких частот (ВЧ)обусловлен частотными искажениями каскадов на ОУ и оконечного каскада, атак же ёмкомтью нагрузки, если она имеется. Коэффициент частотныхискажений на частоте (в равен произведению частотных искажений каждогокаскада усилителя: Мв ум = Мв1 * Мв2 * Мвок * Мвн Здесь Мв1 , Мв2 , Мвок , Мвн - коэффициенты частотныхискажений соответственно каскадов на ОУ, оконечного каскада и ёмкостинагрузки Сн . Если Ku оу выбран на порядок больше требуемого усилениякаскада на ОУ, то каскад ОУ частотных искажений не вносит ( Мв1 = Мв2 = 1). Коэффициент искажений оконечного каскада задаётся формулой: _________ Мвок = 1 + ( ( 1+ ((в /(() - 1)(1 - Kuoк) Здесь (( - верхняя частота выходных транзисторов. Коэффициентчастотных искажений нагрузки Мвн , определяемый влиянием ёмкости нагрузкиСн в области высоких частот зависит от постоянной времени (вн нагрузочнойёмкости : __________________ Мвн = ( 1 + ( 1 / ( 2((в(вн ))2 (вн = Сн* (Rвыхум | | Rн) При неправильном введении отрицательной обратной связи в областиграничных верхних и нижних частот может возникнуть ПОС ( положительнаяобратная связь) и тогда устройство из усилителя превратится в генератор.Это происходит за счёт дополнительных фазовых сдвигов , вносимых как самимусилителем, так и цепью обратной связи. Эти сдвиги тем больше, чем большеечисло каскадов охвачено общей обратной связью. Поэтому не рекомендуетсяохватывать общей ООС больше, чем три каскада. Заключение В данном курсовом проекте мы расчитали основные параметры и элементыусилителя мощности, а так же оценили влияние параметров усилителя на завалы АЧХ в области верхних и нижних частот. Спецификация элементов|№ п/п |Обозначение |Тип |Кол - во||1 |R1 |Резистор МЛТ-0.5 - 0.1 кОм ( 10 |1 || | |% | ||2 |R2 |Резистор МЛТ-0.5 - 540 кОм ( 10 %|1 ||3 |Rд |Резистор МЛТ-0.5 - 5 Ом ( 10 % |2 ||4 |VD1-VD2 |Диод полупроводниковый КД223 |2 ||5 |VT1 |Транзистор КТ817 |1 ||6 |VT2 |Транзистор КТ816 |1 ||7 |VT3 |Транзистор КТ315 |1 ||8 |VT4 |Транзистор КТ361 |1 ||9 |DA1-DA2 |Операционный усилитель К140УД6 |2 | Библиографический список 1. Д. В. Игумнов, Г.П. Костюнина - “Полупроводниковые устройства непрерывного действия “ - М: “Радио и связь”, 1990 г. 2. В. П. Бабенко, Г.И. Изъюрова - “Основы радиоэлектроники”. Пособие по курсовому проектированию - М: МИРЭА, 1985 г. 3. Н.Н. Горюнов - “ Полупроводниковые приборы: транзисторы” Справочник - М: “Энергоатомиздат”, 1985 г.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Задание на проектирование....

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
При подготовке задания на проектирование должна быть также выбрана площадка для строительства в том районе или пункте, которые установлены...

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Программное сопровождение практических работ по курсу Конструирование и проектирование одежды

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Основы конструирования: Проектирование привода общего назначения содержащего цепную передачу

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники» iconПособие Техникоэкономическое проектирование Технико-экономическое...
Учебно – методическое пособие по курсу “Технико-экономическое проектирование”. Сост. Ю. В. Брусницын, А. Н. Гармаш. Таганрог, трту,...

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование технологии...

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование устройства...

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Проектирование технологического процесса изготовления детали крышка подшипниковая

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Проектирование технологии процесса мехобработки корпуса (WinWord, Autocad 14)

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua Проектирование усилителя мощности на основе оу задание на курсовое проектирование по курсу «Основы электроники и схемотехники» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Проектирование оборота и структура стада в соответствии с планируемыми нормативами

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<