Министерство образования Российской Федерации
Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра технической кибернетики
26.2.070107.421ПЗ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Общая электротехника и электроника»
по теме:
Проектирование и расчет низкочастотного усилителя
Выполнил:
студентка гр. САУ-302
Иванова И.
Проверила:
доцент кафедры ТК
Костюкова Л. П.
Уфа 2007
Введение
Электроника является универсальным и исключительно эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии. Знания в области электроники становятся необходимыми все более широкому кругу специалистов.
Усилители, одни из самых широко используемых устройств в радиотехнике. Усилители можно разделить по многим признакам: виду используемых усилительных элементов, количеству усилительных каскадов, частотному диапазону усиливаемых сигналов, выходному сигналу, способам соединения усилителя с нагрузкой и др. По типу используемых элементов усилители делятся на ламповые, транзисторные и диодные. По количеству каскадов усилители могут быть однокаскадными, двухкаскадными и многокаскадными. По диапазону частот усилители принято делить на низкочастотные, высокочастотные, полосовые, постоянного тока (или напряжения). Связь усилителя с нагрузкой может быть выполнена непосредственно (гальваническая связь), через разделительный конденсатор (емкостная связь) и через трансформатор (трансформаторная связь).
Все характеристики усилителя можно разделить на три группы: входные, выходные и передаточные. К входным характеристикам относятся: допустимые значения входного напряжения или тока, входное сопротивление и входная емкость. Обычно эти характеристики определяются параметрами источника входного сигнала.
Часто работа усилителя необходима в определенном спектре частот. Одним из вариантов решения подобных задач заключается в использовании усилителей низкой частоты.
Курсовой проект посвящен исследованию и разработке функциональных блоков и устройств информационных систем. К таким блокам относится усилитель низкой частоты.
Выходное сопротивление генератора очень мало. С целью его наилучшего использования, необходимо создать такое сопротивление нагрузки генератора, которое, как минимум, на порядок превышает его внутреннее сопротивление:
Rн=10*Rген=10*10 кОм=100 кОм=0.1 МОм.
1. функциональная схема усилителяВ данной работе для реализации была выбрана следующая схема:
Входным каскадом является на основе неинвертирующей схемы включения операционный усилитель (К140УД6), который обеспечивает высокое входное сопротивление (1 МОм). Это необходимо для согласования усилителя с источником входного сигнала, за счет снятия нагрузки с источника входного сигнала.
Каскад предварительного усиления является многозвеньевым и обеспечивает заданную форму логарифмической амплитудной характеристики.
Выходным каскадом является усилитель мощности, который обеспечивает согласование с нагрузкой и обеспечивает выходной сигнал по мощности.
В качестве усилителя мощности наиболее часто применяются бестрансформаторные усилители, которые характеризуются простотой схемного построения, отсутствием нестандартных деталей, высокими качественными показателями, малыми габаритами и весом. Наиболее удобно применение двухтактных усилителей мощности, выполненных на транзисторах с дополнительной симметрией и работающих в режимах классов В и АВ. Такие усилители хорошо сопрягаются с ОУ и могут с ними охватываться общей отрицательной обратной связью с целью уменьшения нелинейных искажений типа «ступенька». С этой целью рекомендуется использовать режим работы класса АВ.
2. Расчет и проектирование элементов усилителя 2.1 Расчет усилителя мощности
Рассчитаем усилитель по схеме:
Определяется амплитудное значение коллекторного напряжения одного плеча:
= 
= 
Определим необходимое напряжение источника питания:
, где Ukmin примем равным 1,5 В.
По полученному значению Ek выберем из ряда стандартных напряжений ближайший в сторону увеличения стандартный номинал напряжения источника питания. В нашем случае это 6,3 В (Ek=6,3 В).
Определим амплитуду импульса коллекторного тока транзистора VT3(VT4):
.Определяем среднее значение тока, потребляемое от источника питания оконечным каскадом:
= 
,где Iok – начальный ток коллектора транзисторов VT3 и VT4
(примем Iok=25 мА).
Определяем мощность, потребляемую от источников питания оконечным каскадом при номинальной выходной мощности
= 
.Определяем мощность рассеяния на коллекторе одного транзистора оконечного каскада
= 
.По рассчитанным значениям Pk, 2Ek, (Ikm+30%)
и требованиям к частотным свойствам (n³20 кГц) подбираем транзисторы VT3 и VT4. При этом они должны иметь одинаковые параметры и ВАХ.
Итак, должны выполняться следующие условия:
, т.е. 
( 
) 
, т.е. 
( 
) 
, т.е. 
( 
)Этим условиям удовлетворяют параметры транзисторов КТ819А (n-p-n) и КТ818А (p-n-p). Они подходят по максимально допустимым параметрам и имеют одинаковые параметры и ВАХ.
По статическим характеристикам транзисторов VT3(VT4) определяем амплитудное значение тока базы Iбm и напряжение на базе Uбm(Рис 1):
Iбm= 180 мA,
Uбm=0,42 В.
Далее определяем входное сопротивление транзистора для переменного тока:
RвхT3~ =
= 
Определяем амплитуду входного напряжения каждого плеча(VT3,VT4):
Uвхт3 = Uбm+Ukm = 0,42+2,83 =3,25 В
Определяем величину сопротивлений резисторов R3 и R4. Она выбирается в 5÷10 раз больше значения входного сопротивления переменному току транзисторов VT3 и VT4 при максимальном входном сигнале:
R3=R4=(5÷10)RвхT3~=
. 
По полученному значению R3 (R4) выберем из ряда стандартных сопротивлений резисторов ближайший в сторону увеличения стандартный номинал сопротивления резисторов R3 (R4). В данном случае R3=R4=150 ОмНаходим сопротивление эмиттерной нагрузки транзисторов VT1 и VT2:
Rнт1=
.Рассчитаем режим работы транзисторов VT1 и VT2. Найдем амплитуду импульса коллекторного тока транзистора VT1:
IkmT1=
.Определяем среднее значение тока
I0
= 
,где Iok - начальный ток коллектора транзисторов VT1 и VT2 примем равным 1,5 мА.
Определяем мощность при номинальной выходной мощности:
Р0=
.