Усилитель мощности (стр. 1 из 2)

Тольяттинский политехнический институт

Кафедра «Промышленная электроника»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

“Микроэлектроника и микросхемотехника”

УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Студент: Глушенков М. С.

Группа: Э-405

Вариант: 34

Преподаватель: Певчев В.П.

Тольятти, 1998

Содержание

1. Задание на курсовую работу

2. Введение

3. Основание выбора структурной и принципиальной схем

4. Расчет усилителя мощности

4.1 расчет выходного каскада

4.2 расчет предварительного усилителя

4.3 расчет токов в цепях предварительного усилителя

Выводы

Литература.

Приложения

1. Задание на курсовую работу

Разработать усилитель мощности, с использованием операционных усилителей (ОУ), класс работ АБ (вид и спад амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) не имеет значения) и имеющий следующие параметры:

выходная мощность Рвых=1 ВА;

ток нагрузки Iн=1 А;

входное напряжение Uвх =0,1 В;

диапазон частот fН =50 Гц fВ = 500 Гц;

напряжение питания UП =±12 В.

Графическая часть курсовой работы выполняется на двух листах формата А3, содержащих структурную и принципиальную схему усилителя

2. Введение

С развити ем ми кроэлектрони ки и микросхемотехник и стали появляться новые устройства, построенны е на новой технологической основе - интегральной технологии. Данное новш ество поз воли ло значительно уменьшить габариты проектируемы х устройств , т.к . на кристале микросхемы площ адью не более 2 5 кв. м м мож но раз местить до 10000000 транз исторов, что поэволяет строить на и х основе сложные, высокоточные устройства с огромными коэффициентами усилени я и други ми не менее вахными параметрами. И нтегральная технологи я после ее и зобретени я разош лась на два направления, это аналоговые и цифровые интегральные схемы. В аналоговой интегральной схемотехнике широкое при менение на шли так называемые операц ионные усилители, получиваие свое название от первоначального их использовани я в устройствах выполняющи х каки е-либо математические операции. На самом деле операционные усилители это уси ли тели дифференциального напряж ени я с очень большим коэффициентом усиления по напряж ении (современные ОУ уси ливают сигнал в десятки и сотни тысяч раз ) и с большим (десятки мегаом) входным сопротивлением. На операционных уси ли телях, возмож но строить разнообраз ные по своему назначений устройства к прим еру: интеграторы, дифф еренциаторы, усили тели и нвертирующие и неинвертирующие, активные фильтри на RC-элементах;и это далеко не полный список устройств в которых применяются операци онные усили тели. Но такж е ка к и другие устройства у операционных усилителей есть и свои недостатки . Они и мею т небольшой входной ток смещения, который необходи мо ком пенсировать, не равномерную АЧХ по всей полосе пропускания, и не очень большой по нынешни м требованиям частотный ди апазон, также в отличие от идеального операци онного усилителя, реальные имею т не очень большой выходной ток (5. .. 50 мА). Но не смотря на все эти недостатки операци онные усилители широко применяются в промышленной электроники в узлах автомати ки , уси лени я и вычислени й, И в качестве примера в данной курсовой работе рассматри вается схема усилителя мощности с при менени ем операционного усилителя.

3. Основание выбора структурной и принципиальной схем

При проектировании усилителей мощности ставятся две основные задачи: обеспечение требуемой выходной мощности и поддержание данной мощности во всем диапазоне требуемых частот. Исходя из данной поставленной задачи можно получить структурную схему проектируемого усилителя (лист 1 приложения). Она состоит из:

Выходного каскада усилителя мощности

Предварительного усилителя-фильтра

Источника питания

Нагрузки.

Выходной усилитель обеспечивает усиление по току необходимое для получения необходимой мощности на нагрузке. Данный каскад должен удовлетворят следующим требованиям:

Обеспечивать необходимый коэффициент усиления по току.

Иметь большое входное и малое выходное сопротивления.

В полосе пропускания не вносить искажений выше нормы т.е. обеспечить постоянную мощность на нагрузке в полосе частот от fН до fВ .

Иметь параметры, мало зависящие от температуры окружающей среды.

Предварительный усилитель-фильтр предназначен для усиления входного сигнала по напряжению и ограничения частотного диапазона входного сигнала в пределах требуемого частотного диапазона. Предварительный усилитель должен иметь следующие характеристики:

Обеспечить необходимый коэффициент усиления по напряжению.

Ограничивать частотный диапазон входного сигнала со спадами на краях диапазона не менее 20Дб/дек.

Иметь минимальный коэффициент нелинейных искажений

Источник питания должен обеспечивать требуемые выходные напряжения и токи равные максимальному пиковому значениютока потребляемого усилителем мощности.

Также он должен иметь коэффициент пульсаций не более 1% от номинального выходного напряжения при максимальном токе нагрузки, это необходимо для минимизации искажений вносимых источником питания в выходной сигнал. Нагрузка при расчете данного усилителя считается чисто активной

Исходя из вышеперечисленных требований, предъявляемых к проектируемому усилителю, была выбрана принципиальная схема усилителя.

В качестве выходного каскада усилителя мощности в задании на курсовую работу сказано применить двухтактный эмитерный повторитель работающий в режиме А-В.

Схема двухтактного выходного каскада работающего в режиме А-В приведена на рис. 3.1.

Схема построена на двух комплиментарных транзисторах типа КТ815 и КТ814. Для уменьшения потребляемой мощности каскад питается от однополярного источника напряжения +12В. в схеме применены разделительные конденсаторы С1 и С2 обеспечивающие гальваническую развязку с предварительным усилителем и нагрузкой, а также выполняющих роль фильтра ВЧ со спадом 20 Дб/дек на частотах f<fН . С1 расчитываем исходя из сопротивления нагрузки. С помощью диодов VD1и VD2 создается компенсационное смещение на базах транзисторов для исключния в выходном сигнале искажений типа “ступенька” которая образуется вследствии нелинейности вольт-амперных характеристик (ВАХ) базово-эмиттерного перехода транзисторов. Резисторы R1 и R2 задают рабочую точку транзисторов и диодов. Для одинакового усиления положительной и отрицательной полуволн входного сигнала необходимо использовать транзисторы с одинаковым коэффициентом передачи тока, а также эти транзисторы должны образовывать комплиментарную пару имея разную структуру.

Принципиальная схема предварительного усилителя-фильтра представлена на рис. 3.2. он построен в виде фильтра Баттерворта (низкой частоты) с коэффициентом усиления по напряжению больше единицы, он задается с помощью резисторов R3 и R4. Ввиду того, что требуемый спад амплитудо-частотной характеристики (АЧХ) на частотах f >fВ должен быть больше 20 Дб/дек, будет использован фильтр Баттерворта второго порядка, который имеет спад 40 Дб/дек. Элементы С1, С2 и R1 и R2 рассчитываются согласно методу приведенному в [1] для частоты среза fВ . Операционный усилитель (ОУ) питается от двуполярного источника питания ± 12В. В качества ОУ выбран кристал К140УД7, обладающий хорошими частотными характеристиками, большим коэффициентом усиления и малым входным током. Причина выбора будет подробно рассмотрена в п. 4.3.


4. Расчет усилителя мощности

4.1 Расчет выходного каскада

Принципиальная схема усилителя мощности представлена на листе 2 графической части

Начальные данные:

выходная мощность РВЫХ =1 ВА;

ток нагрузки IН=1 А;

входное напряжение UВХ =0,1 В;

диапазон частот fН =50 Гц fВ = 500 Гц;

напряжение питания UП =±12 В.

RН = UВЫХ /IВЫХ ; (4.1)

где UВЫХ –выходное напряжение


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.