регистрация /  вход

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.

Р1 Р2

Ро


Рисунок 1 - Общая схема усилителя.

Процесс усиления электрического сигнала происходит за счет мощности, потребляемой от источника питания. Часть мощности Ро в усилителе преобразуется в мощность Р2 , т.е. в мощность, выделяемую в нагрузке. Для преобразования мощности Ро в мощность Р2 затрачивается мощность Р1 , т.е. мощность источника сигнала. Таким образом, усиление – процесс увеличения мощности источника сигнала.

В этом данном курсовом проекте проектируется устройство, структурная схема которого изображена на Рисунке 2.




Евх

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 = (2Pн Rн )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