Усилитель мощности электрических сигналов (стр. 1 из 5)
План
Введение
1. Разработка структуры усилителя
2. Разработка и расчет оконечного каскада усилителя мощности
2.1. Выбор первой пары транзисторов
2.1.1. Построение нагрузочной прямой в режиме В
2.1.2. Построение мощностных характеристик
2.1.3. Построение нагрузочной прямой в режиме АВ
2.2. Выбор второй пары транзисторов
2.2.1. Построение нагрузочной прямой в режиме В
2.2.2. Построение нагрузочной прямой в режиме АВ
2.3. Расчет напряжения смещения
2.4. Нелинейные искажения
3. Разработка и расчет предоконечного каскада
3.1. Выбор типа транзистора
3.2. Построение нагрузочных прямых
4. Разработка и расчет промежуточного каскада
4.1. Выбор операционного усилителя
4.2. Расчет масштабирующего усилителя с инвертированием сигнала
5. Разработка и расчет входного каскада
5.1. Выбор операционного усилителя
5.2. Расчет масштабирующего усилителя без инвертирования сигнала
6. Разработка и расчет блока питания
7. Разработка и описание печатной платы.
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Несмотря на быстрое развитие усилительной техники, бестрансформаторные усилители мощности по-прежнему играют важную роль.
Такие усилители могут быть легко выполнены по интегральной технологии. Именно поэтому современные БМУ представляют собой компактные и экономичные устройства. Кроме того, отсутствие частотно-зависимых элементов в цепях связи позволяет вводить глубокие отрицательные обратные связи не только по переменному, но и по постоянному току, что существенно улучшает характеристики усилителей.
Основной функцией усилителей мощности (УМ) является обеспечение в нагрузке заданного значения мощности; усиление по напряжению является второстепенным фактором, в результате УМ являются основными потребителями энергии источников питания. Для обеспечения высокого КПД мощные выходные каскады работают в режиме класса В или АВ. Схемы строят двухтактными на транзисторах различного типа проводимости (комплементарных), включенных по схеме с ОК или с ОЭ.
Исходные данные:
- мощность, отдаваемая в нагрузку
;- сопротивление нагрузки
;- внутреннее сопротивление источника сигнала
;- диапазон усиливаемых частот
;- коэффициент частотных искажений
;- коэффициент гармоник
;1 Разработка структуры усилителя
Усиление – это процесс увеличения электрических сигналов колебаний с сохранением их частотного спектра и фазовых соотношений. В настоящее время усилители электрических сигналов применяются практически в любых электронных устройствах, таких как: устройства воспроизведения и записи информации, устройства автоматики, измерительные устройства, вычислительная техника и т.д.
 | |
 |
Ро
 |
 | | |
 |  | |
Рисунок 2 - Структурная схема проектируемого усилителя.
2. Разработка и расчет оконечного каскада усилителя мощности
Выберем в качестве оконечного каскада двухтактный, бестрансформаторный, каскад на составных биполярных транзисторах, включенных по схеме с общим коллектором. Это позволит нам осуществить непосредственную связь с нагрузкой, а значит, обойтись без громоздких трансформаторов и разделительных конденсаторов. А т.к. последние являются частотно-зависимыми элементами, то их отсутствие существенно расширит полосу пропускания усилителя. Отсутствие частотно-зависимых элементов позволяет вводить глубокие обратные связи по постоянному току, что улучшает характеристики усилителя.
Выберем схему построения оконечного каскада.
Для повышения КПД транзисторы оконечного каскада используют в режиме класса В. Тогда оконечный каскад будет состоять из двух симметричных плеч, каждое из которых будет работать параллельно и в противофазе друг другу на общую нагрузку (Рисунок 3).
Однако при этом существенно увеличиваются нелинейные искажения. Поэтому выходные каскады обычно используют в режиме АВ (при этом в принципиальную схему добавляется цепь смещения), обеспечивая высокий КПД и малые нелинейные искажения. Такие схемы выполняют на комплиментарных транзисторах.
При значительной мощности выходного сигнала (более 5 Вт) или при слишком большом коэффициенте гармоник может возникнуть ситуация, когда для предоконечного каскада тоже может потребоваться режим АВ. В этом случае оконечный каскад выполняют на составных транзисторах.
2.1 Выбор 1ой пары транзисторов
Первая пара транзисторов составляет свой каскад. Он состоит из двух комплементарных транзисторов V1 и V2, работающих на общую нагрузку
. По своим усилительным свойствам транзисторы V1 и V2 должны быть идентичны. В схеме (Рисунок 4) транзисторы V1 и V2 включены с ОК. Напряжения источников питания равны между собой 
. При положительных входных сигналах транзистор V1 работает в активном режиме и усиливает входной сигнал, а транзистор V2 заперт. При отрицательных входных напряжениях - наоборот. Таким образом, транзисторы работают в активном режиме попеременно, каждый в течение одного полупериода входного напряжения. При 
оба транзистора заперты. 
а) рассчитаем амплитуду выходного питания:
U = (2PнRн )1/2;
= 
=15,49 В;б) выберем напряжение питания:
Eп = Uнм + Uост= 15,49 + 6 = 21,49 , следовательно Eп = 21 В
Uост= 6 В;
в) рассчитываем мощность, рассеиваемую на одном транзисторе:
= 6,2 Вт