Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364150
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62792)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21697)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8694)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3463)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20645)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Курсовая работа: Проектирование усилителя низкой частоты

Название: Проектирование усилителя низкой частоты
Раздел: Рефераты по физике
Тип: курсовая работа Добавлен 17:07:42 29 августа 2010 Похожие работы
Просмотров: 117 Комментариев: 2 Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматики и промышленной электроники

Курсовая работа

по курсу

“Аналоговая схемотехника”

“Проектирование усилителя низкой частоты”

Выполнил: студент

Гр. ЭС-91

Руководитель: Дудник А.Б.

Сумы - 2002

Содержание

Введение

1. Выбор принципиальной схемы

2. Расчет выходного каскада

3. Расчет предоконечного каскада

4. Расчет входного каскада

5. Уточнение параметров схемы и расчет обратной связи

6. Расчет элементов связи

Литература


Введение

Усилителями называют устройства, в которых сравнительно маломощный входной сигнал управляет передачей значительно большей мощности из источника питания в нагрузку. Наибольшее распространение получили усилители, построенные на полупроводниковых усилительных элементах (биполярных и полевых транзисторах); в последние годы усилители преимущественно используются в виде готовых неделимых компонентов - усилительных ИМС. Простейшая ячейка, позволяющая осуществить усиление, называется усилительным каскадом.

Электрические сигналы, подаваемые на вход усилителей, могут быть чрезвычайно разнообразны; это могут быть непрерывно изменяющиеся величины, в частности гармонические колебания, однополярные и двухполярные импульсы. Как правило, эти сигналы пропорциональны определенным физическим величинам. В установившихся режимах многие физические величины постоянны либо изменяются весьма медленно (напряжение и частота сети, частота вращения двигателя, напор воды на гидроэлектростанции). В переходных и особенно аварийных режимах те же величины могут изменяться в течение малых промежутков времени. Поэтому усилитель должен обладать способностью усиливать как переменные, так и постоянные или медленно изменяющиеся величины. Такие усилители являются наиболее универсальными и распространенными. По традиции их называют усилителями постоянного тока (УПТ), хотя такое название и не вполне точно: УПТ усиливают не только постоянную составляющую (приращение сигнала) и в подавляющем большинстве случаев они являются усилителями напряжения, а не тока. В УПТ нельзя связывать источник и приёмник сигнала через трансформаторы и конденсаторы, которые не пропускают постоянной составляющей сигнала. Это условие вызывает некоторые трудности при создании УПТ, но оно же обусловило ещё большее распространение УПТ с появлением микроэлектроники: УПТ не содержат элементов, выполнение которых в составе ИМС невозможно (трансформаторы и конденсаторы большой ёмкости).

Наряду с применением основного типа усилителей - УПТ - в ряде случаев оказывается целесообразным использование усилителей с ёмкостной связью. Применение ёмкостной связи между каскадами усилителей в настоящее вышло из употребления, так как конденсаторы с большой ёмкостью невыполнимы в виде элементов ИМС.

Достоинством усилителей с ёмкостной связью является отсутствие дрейфа нуля: конденсаторы не пропускают постоянной составляющей, в том числе напряжение дрейфа.

1. Выбор принципиальной схемы

Находим максимальную мощность Pвх сигнала на входе усилителя, которую можно получить при равенстве входного сопротивления Rвх усилителя и внутреннего выходного сопротивления Rген источника сигнала:

(1.1)

где eген - величина ЭДС источника сигнала;

Rген - внутреннее сопротивление источника сигнала.

Требуемый коэффициент усиления по мощности всего усилителя:

(1.2)

где a p = (1,1¸1,3) - коэффициент запаса по мощности;

- мощность, выделяемая в нагрузку.

Выразим коэффициент усиления в децибелах по формуле:

(1.3)

Определим ориентировочное число каскадов, считая, что каждый каскад может обеспечивать усиление мощности примерно на 20дб .


(1.4)

Составим структурную схему (рисунок 1.1):


Рисунок 1.1 - Структурная схема усилителя: ВхК - входной каскад, обеспечивающий главным образом согласование с источником сигнала; ПК - промежуточный каскад; ПОК - предоконечный каскад; ВК - выходной сигнал, работающий непосредственно на нагрузку

Составив структурную схему, можно рассчитать выходной и входной каскады.

2. Расчет выходного каскада

+ Eп

- Eп

Рисунок 2.1 - Бестрансформаторный выходной каскад

Выбор выходных транзисторов.

Амплитудное значение коллекторного напряжения транзистора VT3 (VT4) (см. рис.2.1):

(2.1)

где Uн - эффективное значение напряжения на нагрузке в В .

Амплитуда импульса коллекторного тока транзистора VT3 (VT4):


(2.2)

Мощность, выделяемая каскадом в нагрузке:

(2.3)

Необходимое напряжение источника питания:

(2.4)

где k1 = (1,01¸1,1) - коэффициент запаса по напряжению;

rнас = (0,1¸1) - внутреннее сопротивление транзистора в режиме насыщения.

Выберем напряжение источника питания равным 15В .

Ориентировочная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

(2.5)

По следующим неравенствам выбираем транзисторы VT3 (VT4):

(2.6)

По справочнику [11] выбран транзистор KT817Б со следующими параметрами:

- максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе;

- максимально допустимое постоянное напряжение между коллектором и эммитером;

- максимально допустимый постоянный ток коллектора;

- коэффициент передачи тока базы минимальный;

- максимально допустимая температура перехода;

- тепловое сопротивление подложка-корпус;

- обратный ток коллектора.

Выходные и входные характеристики изображены на рисунках 3 и 4.

После предварительного выбора транзисторов VT3 и VT4 нужно проверить их мощностные показатели при наибольшей температуре окружающей среды по формуле:

(2.7)

где - номинально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора при максимальной температуре коллекторного перехода, Вт ;

где tв - верхнее значение диапазона рабочих температур, ° С.

Поскольку , то выбранные транзисторы подходят.

Выбор режима работы по постоянному току и построение линий нагрузки. Ток покоя коллектора I0 k3 транзисторов VT3 и VT4:

(2.8)

где Ik о max (50° C) =1500мкА берётся в справочнике [11].

I0 k3 < Ik доп - это значит, что транзисторы выбраны правильно.

На семействе выходных характеристик транзисторов VT3 (VT4) строятся нагрузочные прямые по переменному току с координатами (см. рис.2.2):

А (I0k3 ; E п ); В (I0k3 +Ikm3 ; E п -Ukm3 ); (2.9)

А (30мА ; 15В ); В (0.88А ; 1.74В );

Соответствующие значения токов переносятся на входные характеристики (рис.2.3): Uб m3 =0,54В - амплитудное значение напряжения на базо-эмиттерном переходе; U0б3 =0,6В - напряжение покоя базы; Uб3 max =1,14В - максимальное значение напряжения на базо-эмиттерном переходе; Iб m3 =57мА - амплитудное значение тока базы; I0б3 =1,78мА - ток покоя базы; Iб3 max =55.22мА - максимальное значение тока базы.

Входное сопротивление базо-эмиттерного перехода транзисторов VT3 (VT4):

(2.10)

Номинал резисторов R3 и R4 для мощных транзисторов:

(2.11)

Мощность, выделяемая на резисторах R3 и R4 :

(2.12)

Выбор предвыходных транзисторов и режимов работы их по постоянному току. Построение линии нагрузки

Ток покоя эмиттера транзисторов VT1 (VT2) (см. рис.1.1):

(2.13)

Амплитудное значение тока эмиттера транзисторов VT1 (VT2):

(2.14)

Принимается . По следующим неравенствам выбираются транзисторы VT1, VT2:

По справочнику [11] выбраны транзисторы KT814Б (p-n-p) и КТ815Б (n-p-n) со следующими параметрами:

Для построения линии нагрузки по переменному току транзисторов VT1 (VT2) выбираются следующие координаты точек A’ и A”:

, (2.15)

.

Переносим точки A’ и A" на входные характеристики транзисторов VT1 (VT2) (рис.2.4).

По графику (рис.2.4) определяются следующие параметры:

- амплитудное значение напряжения на базе;

- амплитудное значение тока базы;

- ток покоя базы транзистора;

- напряжение покоя базы.

Определение основных параметров выходного каскада

Выходное сопротивление базо-эмиттерного перехода транзистора VT1 (VT2):

(2.16)

Входное сопротивление верхнего плеча выходного каскада на VT1 и VT3:


(2.17)

Входное сопротивление нижнего плеча выходного каскада на VT2 и VT4:

(2.18)

Амплитудное значение входного напряжения:

- верхнего плеча (VT1,VT3):

(2.19)

- нижнего плеча (VT2,VT4):

(2.20)

Требуемое падение напряжения Uод на диодах VD1, VD2 при токе

(2.21)

равно:

(2.22)

По справочнику [4] выбираются диоды. Прямой ток (средний) должен быть больше 0,14мА , прямое напряжение должно быть больше 1,815В . Выбирается диод Д7Г со следующими параметрами:

- Средний прямой ток 8мА ;

-При токе 0,27мА на диоде происходит падение напряжения равное 0.7В , поэтому необходимо брать 3 диодов.

Сопротивление резисторов R1 и R2 делителя

(2.23)

Мощность, выделяемая на резисторах R1 и R2 :

(2.24)

Входное сопротивление верхнего плеча каскада с учетом R1 и R2 :

(2.25)

Входное сопротивление нижнего плеча каскада:

(2.26)

Коэффициент усиления по напряжению:

- верхнего плеча:

(2.27)

- нижнего плеча:

(2.28)

- среднее значение:

(2.29)

Коэффициент полезного действия всего каскада:

(2.30)

Мощность на выходе каскада:

(2.31)

Поправка к схеме



Рисунок 2.5 - Уточнённый бестрансформаторный выходной каскад

Выбирается транзистор VT0 КТ3102А со следующими параметрами:

Мощностные показатели при наибольшей температуре окружающей среды (см. формулу 2.7):


Поскольку , то выбранный транзистор подходит.

Определяются следующие токи:

Нахождение сопротивления Rэ и Cэ :

(2.32)

(2.33)

Мощность, выделяемая на резисторе Rэ :

(2.34)

Определение сопротивлений R’ и R”:


(2.35)

(2.36)

Мощность, выделяемая на резисторах R и R :

(2.37)

Уточнённое значение мощности рассеивания одним транзистором VT3 (или VT4):

(2.38)

Тепловое сопротивление корпус-среда:

(2.39)

Площадь радиатора:

(2.40)

где KT =0,0012¸0,014 Вт ×см2 ×град-1 - коэффициент теплоотдачи.


3. Расчет предоконечного каскада

Сквозной коэффициент усиления:

(3.1)

Рисунок 3.1 - Схема предоконечного каскада

Поскольку Kскв очень большой, то на входе нужны: предоконечный и входной - каскады с общим эммитером.

Выбирается транзистор VT КТ3102Е со следующими параметрами:


Принимается

Тогда

Допускается, что напряжение в точке В UB =24В . Тогда напряжение в точке А будет

.

Сопротивление резисторов R1 и R2 делителя:

(3.2)

Мощность, выделяемая на резисторах R1 и R2 :

(3.3)

Сопротивление R4 :

(3.4)

Мощность, выделяемая на резисторе R4 :

(3.5)

Сопротивление Rэ :

(3.6)

где UR э =UB /10=3В .

Мощность, выделяемая на резисторе Rэ :

(3.7)

(3.8)

Напряжение база-эмиттер:

(3.9)

Здесь

Из уравнения (3.6) определяется rб :

(3.10)

Входное сопротивление каскада:

(3.11)

Сопротивление Rk :

(3.12)

Мощность, выделяемая на резисторе Rк :

(3.13)

Выходное сопротивление каскада (учитывая, что rk >> Rk ):

(3.14)

Определение амплитудных токов на базе и коллекторе:

(3.15)

(3.16)

Тогда

(3.17)

(3.18)

Коэффициент усиления по напряжению предоконечного каскада:

(3.19)

4. Расчет входного каскада

Схема входного каскада представлена на рис.5.1.

Рисунок 5.1  Схема входного каскада

Выбирается транзистор VT КТ3102Г со следующими параметрами:

Принимается Тогда


Напряжение в точке А будет

.

Сопротивление резисторов R1 и R2 делителя:

(5.1)

Мощность, выделяемая на резисторах R1 и R2 :

(5.2)

Сопротивление Rэ :

(5.3)

Мощность, выделяемая на резисторе Rэ :

(5.4)

(5.5)

Напряжение база-эмиттер:


(5.6)

Здесь

Из уравнения (3.6) определяется rб :

(5.7)

Входное сопротивление каскада:

(5.8)

Сопротивление Rk :

(5.9)

Мощность, выделяемая на резисторе Rк :

(5.10)

Выходное сопротивление каскада (учитывая, что rk >> Rk ):

(5.11)

Определение амплитудных токов на базе и коллекторе:

(5.12)

(5.13)

Тогда

(5.14)

(5.15)

Коэффициент усиления по напряжению предоконечного каскада:

(5.16)

5. Уточнение параметров схемы и расчет обратной связи

Сквозной коэффициент усиления по напряжению получился равным

(6.1)

где - коэффициент усиления по напряжению предоконечного каскада;

- коэффициент усиления по напряжению промежуточного каскада;

- коэффициент усиления по напряжению входного каскада.

Сравнивая полученный сквозной коэффициент усиления по напряжению (6.1) с необходимым (3.1), можно сделать вывод, что в схему надо добавить ещё один промежуточный каскад. Этот каскад будет аналогичным рассчитанному ранее промежуточному каскаду в пункте 4 (иметь те же параметры). Коэффициент усиления по напряжению второго промежуточного каскада будет равен 10,76.

Теперь сквозной коэффициент усиления по напряжению будет

(6.2)

Для стабилизации режима покоя в каскад вводят обратную связь (ОС). Обратной связью называется передача информации (или энергии) с выхода устройства или системы на его вход.

Если на входе складываются сигналы разных знаков, то ОС является отрицательной (ООС). В этом случае на входе схемы действует разностный сигнал, который меньше входного. Выходной сигнал при этом уменьшается. Однако при применении ООС увеличивает стабильность выходной величины: ООС по напряжению стабилизирует напряжение, ООС по току стабилизирует ток и т.д.

В этом случае коэффициент усиления по напряжению усилителя принимает следующий вид:

(6.3)

где K - коэффициент усиления по напряжению (без обратной связи) участка схемы, охватывающего обратную связь. В данном случае он равен коэффициенту усиления по напряжению всего усилителя (без обратной связи):

(6.4)

Коэффициент j :

(6.5)

где R’ выбирается 10Ом , а RОС - порядка 10кОм.

Таким образом коэффициент усиления по напряжению усилителя, охватывающего ООС, уменьшается в (1+ jK) раз. Коэффициент усиления по напряжению усилителя необходимо уменьшить в

раз.

Можно записать:

Откуда j =6/K .

Тогда

(6.6)

В результате определяется требуемый коэффициент усиления по напряжению усилителя будет равен:

(6.7)

Сквозной коэффициент усиления по напряжению получился равным

(6.1)

где - коэффициент усиления по напряжению предоконечного каскада;

- коэффициент усиления по напряжению промежуточного каскада;

- коэффициент усиления по напряжению входного каскада.

Сравнивая полученный сквозной коэффициент усиления по напряжению (6.1) с необходимым (3.1), можно сделать вывод, что в схему надо добавить ещё один промежуточный каскад. Этот каскад будет аналогичным рассчитанному ранее промежуточному каскаду в пункте 4 (иметь те же параметры). Коэффициент усиления по напряжению второго промежуточного каскада будет равен 10,76.

Теперь сквозной коэффициент усиления по напряжению будет

(6.2)

Для стабилизации режима покоя в каскад вводят обратную связь (ОС). Обратной связью называется передача информации (или энергии) с выхода устройства или системы на его вход.

Если на входе складываются сигналы разных знаков, то ОС является отрицательной (ООС). В этом случае на входе схемы действует разностный сигнал, который меньше входного. Выходной сигнал при этом уменьшается. Однако при применении ООС увеличивает стабильность выходной величины: ООС по напряжению стабилизирует напряжение, ООС по току стабилизирует ток и т.д.

В этом случае коэффициент усиления по напряжению усилителя принимает следующий вид:

(6.3)

где K - коэффициент усиления по напряжению (без обратной связи) участка схемы, охватывающего обратную связь. В данном случае он равен коэффициенту усиления по напряжению всего усилителя (без обратной связи):

(6.4)

Коэффициент j :

(6.5)

где R’ выбирается 10Ом , а RОС - порядка 10кОм.

Таким образом коэффициент усиления по напряжению усилителя, охватывающего ООС, уменьшается в (1+ jK) раз. Коэффициент усиления по напряжению усилителя необходимо уменьшить в

раз.

Можно записать:

Откуда j =6/K .

Тогда

(6.6)

В результате определяется требуемый коэффициент усиления по напряжению усилителя будет равен:

(6.7)

6. Расчет элементов связи

Распределение фазовых сдвигов:


Для входного каскада:

(7.1)

Для предоконечного и промежуточных каскадов:

(7.2)

(7.3)

Для выходного каскада:

(7.4)

(7.5)

R1 , R2 , R5 , R6 , R9 , R10 , R13 , R14

ВС-1-0,125-6,2кОм-10%

R3 , R7 , R11 , R15

ВС-1-1-68Ом-10%

R4 , R8 , R12 , R16

ВС-1-0,5-30Ом-10%

R17

ВС-1-0,125-3,9МОм-10%

R18 , R19 ,

ВС-1-0,125-240кОм-10%

R20

ВС-1-0,125-13кОм-10%

R21 , R22

ВС-1-0,125-1кОм-10%

Rн

ВС-1-20-11Ом-10%

Rф

ВС-1-1-62Ом-10%

Rос

ВС-1-0,125-22кОм-10%

R

ВС-1-20-10Ом-10%

С1

К50-6-50В-2мкФ- (-20¸+80)%

С2 , С4 , С6 , С8

К50-6-10В-10мкФ- (-20¸+80)%

С3 , С5 , С7

К50-6-16В-5мкФ- (-20¸+80)%

С9

К50-9-3В-0,5мкФ- (-10¸+100)%

С10

К75-42-1600В-0,0033мкФ-10%

С11

К50-6-10В-50мкФ- (-20¸+80)%

Сф

К50-22-50В-1500мкФ- (-20¸+50)%

VT1-VT5

KT-3102A

VT6

КТ-814Б

VT7

KT-815Б

VT8,VT9

KT-817Б

VD1-VD6

Д2Ж

Литература

1. Аронов В.А., Баюков А.В. и др. Полуроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник. - М.: Энергоиздат, 1982.

2. Гальперин Н.В. Практическая схемотехника в промышленной электронике. - М.: Радио и связь, 1987.

3. Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. - М.: Наука, 1983.

4. Гитцевич А.Б., Зайцев А.А. и др. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник. - М.: КубК-а, 1996.

5. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

6. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М: Радио и связь, 1985.

7. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

8. Доршков А.В., Полонский А.Д. Методические указания к курсовому проекту “Проектирование усилителя низкой частоты". - Сумы: СФТИ, 1993.

9. Дьяконов М.Н., Карабанов В.И. и др. Справочник по электрическим конденсаторам. - М.: Радио и связь, 1983.

10. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Энергоатом-издат, 1988., 1982.

11. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. - М.: Радио и связь, 1984.

12. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Где скачать еще рефератов? Здесь: letsdoit777.blogspot.com
Евгений08:22:45 19 марта 2016
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
11:49:21 29 ноября 2015

Работы, похожие на Курсовая работа: Проектирование усилителя низкой частоты

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(150653)
Комментарии (1838)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru