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)

Реферат: Проектирование усилителя мощности на основе ОУ

Название: Проектирование усилителя мощности на основе ОУ
Раздел: Рефераты по технологии
Тип: реферат Добавлен 19:21:37 04 сентября 2005 Похожие работы
Просмотров: 709 Комментариев: 2 Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать

Задание на курсовое проектирование по курсу

«Основы электроники и схемотехники»

Студент: Данченков А.В. группа ИИ-1-95.

Тема:«Проектирование усилительных устройств на базе интегральных операционных усилителей»

Вариант №2.

Расчитать усилитель мощности на базе интегральных операционных усилителей с двухтактным оконечным каскадом на дискретных элементах в режиме АВ.

Исходные данные:

Eг , мВ Rг , кОм Pн , Вт Rн , Ом
1.5 1.0 5 4.0

Оценить, какие параметры усилителя влияют на завал АЧХ в области верхних и нижних частот.

Содержание

Структура усилителя мощности .................................................................... 3

Предварительная схема УМ (рис.6) .............................................................. 5

Расчёт параметров усилителя мощности ...................................................... 6

1. Расчёт амплитудных значений тока и напряжения .............................. 6

2. Предварительный расчёт оконечного каскада ...................................... 6

3. Окончательный расчёт оконечного каскада ......................................... 9

4. Задание режима АВ. Расчёт делителя .................................................. 10

5. Расчёт параметров УМ с замкнутой цепью ООС ................................ 11

6. Оценка параметров усилителя на завал АЧХ в области ВЧ и НЧ ...... 12

Заключение .................................................................................................... 13

Принципиальная схема усилителя мощности .............................................. 14

Спецификация элементов .............................................................................. 15

Библиографический список .......................................................................... 16

Введение

В настоящее время в технике повсеместно используются разнообразные усилительные устройства. Куда мы не посмотрим - усилители повсюду окружают нас. В каждом радиоприёмнике, в каждом телевизоре, в компьютере и станке с числовым программным управлением есть усилительные каскады. Эти устройства, воистину, являются грандиознейшим изобретением человечества .

В зависимости от типа усиливаемого параметра усилительные устройства делятся на усилители тока, напряжения и мощности.

В данном курсовом проекте решается задача проектирования усилителя мощности (УМ) на основе операционных усилителей (ОУ). В задачу входит анализ исходных данных на предмет оптимального выбора структурной схемы и типа электронных компонентов, входящих в состав устройства, расчёт цепей усилителя и параметров его компонентов, и анализ частотных характеристик полученного устройства.

Для разработки данного усилителя мощности следует произвести предварительный расчёт и оценить колличество и тип основных элементов - интегральных операционных усилителей. После этого следует выбрать принципиальную схему предварительного усилительного каскада на ОУ и оконечного каскада (бустера). Затем необходимо расчитать корректирующие элементы, задающие режим усилителя ( в нашем случае АВ ) и оценить влияние параметров элементов схемы на АЧХ в области верхних и нижних частот.

Оптимизация выбора составных компонентов состоит в том, что при проектировании усилителя следует использовать такие элементы, чтобы их параметры обеспечивали максимальную эффективность устройства по заданным характеристикам, а также его экономичность с точки зрения расхода энергии питания и себестоимости входящих в него компонентов.

Структура усилителя мощности

Усилитель мощности предназначен для передачи больших мощностей сигнала без искажений в низкоомную нагрузку. Обычно они являются выходными каскадами многокаскадных усилителей. Основной задачей усилителя мощности является выделение на нагрузке возможно большей мощности. Усиление напряжения в нём является второстепенным фактом. Для того чтобы усилитель отдавал в нагрузку максимальную мощность, необходимо выполнить условие R вых = R н .

Основными показателями усилителя мощности являются: отдаваемая в нагрузку полезная мощность P н , коэффициент полезного действия h , коэффициент нелинейных искажений K г и полоса пропускания АЧХ.

Оценив требуемые по заданию параметры усилителя мощности, выбираем структурную схему , представленную нарис.1 , основой которой является предварительный усилительный каскад на двух интегральных операционных усилителях К140УД6 и оконечный каскад (бустер) на комплементарных парах биполярных транзисторов. Поскольку нам требуется усиление по мощности, а усиление по напряжению для нас не важно, включим транзисторы оконечного каскада по схеме “общий коллектор” (ОК). При такой схеме включения оконечный каскад позволяет осуществить согласование низкоомной нагрузки с интегральным операционным усилителем, требующим на своём входе высокоомную нагрузку (т.к. каскад “общий коллектор” характеризуется большим входным R вх и малым выходнымR вых сопротивлениями), к тому же каскад ОК имеет малые частотные искажения и малые коэффициенты нелинейных искажений. Коэффициент усиления по напряжению каскада “общий коллектор” Ku £ 1.

Для повышения стабильности работы усилителя мощности предварительный и оконечный каскады охвачены общей последовательной отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению. В качестве разделительного элемента на входе УМ применён конденсатор C р . В качестве источника питания применён двухполярный источник с напряжением E к = ± 15 В.

Режим работы оконечного каскада определяется режимом покоя (классом усиления) входящих в него комплементарных пар биполярных транзисторов. Существует пять классов усиления: А, В, АВ, С иD , но мы рассмотрим только три основных: А, В и АВ .

Режим класса А характеризуется низким уровнем нелинейных искажений (K г £ 1%) низким КПД (h <0,4) . На выходной вольт-амперной характеристике (ВАХ) транзистора (см. рис. 2.1 ) в режиме класса А рабочая точка ( I K0 иU K Э0 ) располагается на середине нагрузочной прямой так, чтобы амплитудные значения сигналов не выходили за те пределы нагрузочной прямой, где изменения тока коллектора прямо пропорциональны изменениям тока базы. При работе в режиме класса А транзистор всё время находится в открытом состоянии и потребление мощности происходит в любой момент. Режим усиления класса А применяется в тех случаях, когда необходимы минимальные искажения а P н и h не имеют решающего значения.

Режим класса В характеризуется большим уровнем нелинейных искажений (K г £ 10%) и относительно высоким КПД (h <0,7) . Для этого класса характерен I Б0 = 0 ( рис 2.2 ), то есть в режиме покоя транзистор закрыт и не потребляет мощности от источника питания. Режим В применяется в мощных выходных каскадах, когда неважен высокий уровень искажений.

Режим класса АВ занимает промежуточное положение между режимами классов А и В. Он применяется в двухтактных устройствах. В режиме покоя транзистор лишь немного приоткрыт, в нём протекает небольшой ток I Б0 (рис. 2.3 ), выводящий основную часть рабочей полуволны U вх на участок ВАХ с относительно малой нелинейностью. Так как I Б0 мал, то h здесь выше, чем в классе А , но ниже, чем в классе В , так как всё же I Б0 > 0 . Нелинейные искажения усилителя, работающего в режиме класса АВ , относительно невелики (K г £ 3%) .

В данном курсовом проекте режим класса АВ задаётся делителем на резисторах R3 - R4 и кремниевых диодах VD1 -VD2 .

рис 2.1 рис 2.2 рис 2.3

Расчёт параметров усилителя мощности

1. Расчёт амплитудных значений тока и напряжения на нагрузке

1.1 Найдём значение амплитуды на нагрузкеU н . Поскольку в задании дано действующее значение мощности, применим формулу:

U н 2 _ _____ ______________

Pн =¾¾¾ÞU н = Ö 2R н P н = Ö 2*4 Ом * 5 Вт = 6.32 В

2R н

1.2 Найдём значение амплитуды тока на нагрузке I н :

U н 6.32 В

I н = ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 1.16 А

R н 4 Ом

2. Предварительный расчёт оконечного каскада

Для упрощения расчёта проведём его сначала для режима В.

2.1 По полученному значению I н выбираем по таблице ( I к ДОП > I н )комплиментарную пару биполярных транзисторов VT1-VT2 : КТ-817 (n-p-n типа)и КТ-816 (p-n-p типа). Произведём предварительный расчёт энергетических параметров верхнего плеча бустера (см рис. 3.1 ).

Рис. 3.1

2.2 Найдём входную мощность оконечного каскада P вх . Для этого нужно сначала расчитатькоэффициент усиления по мощности оконечного каскадаKp ок , который равен произведениюкоэффициента усиления по току Ki на коэффициент усиления по напряжениюKu :

Kp ок = Ki * Ku

Как известно, для каскада ОК Ku £ 1 , поэтому, пренебрегая Ku , можно записать:

Kp ок » Ki

Поскольку Ki = b +1 имеем:

Kp ок » b +1

Из технической документации на транзисторы для нашей комплементарной пары получаем b = 30 . Поскольку b велико, можно принять Kp ок = b +1 » b . Отсюда Kp ок = 30 .

Найдём собственно выходную мощность бустера. Из соотношения

P н

Kp ок = ¾¾

P вх

P н

получим P вх = ¾¾ , а с учётом предыдущих приближений

Kp ок

P н

P вх = ¾¾

b

5000 мВт

= ¾¾¾¾ ¾ = 160 мВт

30

2.3 Определим амплитуду тока базы транзистора VT1 I б vt1 :

I к

I б = ¾¾¾ , т.к. I н = I к vt1 получим :

1+ b

I н I н 1600 мА

I б vt1 = ¾¾¾ » ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 52 мА

1+ b vt1 b vt1 30

2.4Определим по входной ВАХ транзистора напряжение на управляющем

переходе U бэ (c м . рис 3.2 )

рис 3.2

Отсюда находим входное напряжение U вх vt1

U вх vt1 = U бэ vt1 + U н = 1.2 В + 6.32 В = 7.6 В

2.5 Определим входное сопротивление верхнего плеча бустера R вх :

U вх U вх 7.6 В

R вх = ¾¾¾= ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 150 Ом

I вх vt1 I б vt1 5.2*10-3

Поскольку из-за технологических особенностей конструкции интегрального операционного усилителя К140УД6 полученное входное сопротивление (оно же сопротивление нагрузки ОУ ) мало (для К140УД6 минимальное сопротивление нагрузкиRmin оу = 1 кОм ), поэтому для построения оконечного каскада выбираем составную схему включения (чтобы увеличить входное сопротивление R вх ). Исходя из величины тока базы транзистора VT1 I б vt1 (который является одновременно и коллекторным током транзистора VT3 ) выбираем комплементарную паруна транзисторах КТ-361 (p-n-p типа) и КТ-315 (n-p-n типа).Соответственно схема оконечного каскада примет вид, показанный на рис. 3.3 .

рис. 3.3

3. Окончательный расчёт оконечного каскада

3.1 Расчитаем входную мощность P вх ок полученного составного оконечного каскада. Исходя из того, что мощность на входе транзистора VT1 P вх мы посчитали в пункте 2.2 , получим :

P вх P вх 160 мВт

P вх ок = ¾¾¾»¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 3.2 мВт

b vt3 +1b 50

3.2 Определим амплитуду тока базы I б vt3 транзистора VT3. Поскольку I к vt3 » I б vt1 имеем:

I к vt3 I б vt1 52 мА

I б vt3 = ¾¾¾ »¾¾¾ = ¾¾¾ »1 мА

1+ b vt3 b vt3 50

3.3 Определим по входной ВАХ транзистора VT3 напряжениена управляющем переходе U бэ vt3 (см. рис. 3.4 ). Поскольку U бэ vt3 = 0.6 В , для входного напряжения оконечного каскада U вх ок имеем:

U вх ок = U н + U бэ vt1 + U бэ vt1 = (6.32 + 1.2 + 0.6) В = 8 В

рис 3.4

3.4 Определим входное сопротивление оконечного каскада R вх ок :

U вх ок

R вх ок = ¾¾¾ = ¾¾¾ = 8 кОм

I б vt3 1 мА

Полученное входное сопротивление полностью удовлетворяет условию

R вх ок ³ R н min оу

где R н min оу = 1кОм (для ОУ К140УД6 ).

4. Задание режима АВ. Расчёт делителя

Для перехода от режима В к режиму АВ на вход верхнего плеча нужно подать смещающее напряжение +0.6 В, а на вход нижнего плеча - –0.6 В. При этом, поскольку эти смещающие напряжения компенсируют друг друга, потенциал как на входе оконечного каскада, так и на его выходе останется нулевым. Для задания смещающего напряжения применим кремниевые диоды КД-223 (VD1-VD2 , см. принципиальную схему ), падение напряжения на которыхU д = 0.6 В

Расчитаем сопротивления делителя R д 1 = R д 2 = R д . Для этого зададим ток делителя I д , который должен удовлетворять условию:

I д ³ 10*I б vt3

Положим I д = 3 А и воспользуемся формулой

Ек U д (15– 0.6) В

R д = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾ = 4.8 Ом » 5 Ом

I д 3 А

5. Расчёт параметров УМ с замкнутой цепью ООС

Для улучшения ряда основных показателей и повышения стабильности работы усилителя охватим предварительный и оконечный каскады УМ общей последовательной отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению . Она задаётся резисторами R1 и R2 (см. схему на рис. 6 ).

Исходя из технической документации на интегральный операционный усилитель К140УД6 его коэффициент усиления по напряжениюKu оу1 равен 3*104 . Общий коэффицент усиления обоих ОУ равен :

Ku оу = Ku оу1 * Ku оу2 = 9*108

Коэффициент усиления по напряжению каскадов, охваченных обратной связью Ku ос равен:

U вых ос К u ( Ku оу1 * Ku оу2 * Ku ок ) 1

Ku ос = ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ » ¾

E г 1 + c Ku 1 + c ( Ku оу1 * Ku оу2 * Ku ок ) c

рис. 3.5

Изобразим упрощённую схему нашего усилителя , заменив оконечный каскад его входным сопротивлением (см. рис. 3.5 ) (ООС на схеме не показана, но подразумевеется ). Здесь R н экв º R вх ок = 8 кОм ; U вых ос = U вх ок = 8 В , Ег = 15 В (из задания ).

U вых ос 8000 мВ

Ku ос = ¾¾¾ = ¾¾¾¾ = 5333

E г 1.5 мВ

1

¾ = Ku ос =5333

c

Найдём параметры сопротивлений R1 и R2 , задающих обратную связь. Зависимость коэффициента обратной связи c от сопротивлений R1 и R2 может быть представлена следующим образом:

R1

c = ¾¾¾

R1 +R2

Зададим R1 = 0.1 кОм . Тогда :

1 R1 1

¾¾ = ¾¾¾ = ¾¾¾ Þ 5333 = 1 + 10 R2 Þ R2 = 540 кОм

Ku ос R1 +R2 5333

6. Оценка влияния параметров усилителя на завал АЧХ в области верхних и нижних частот

Усилитель мощности должен работать в определённой полосе частот ( от ¦ н до ¦ в ) . Такое задание частотных характеристик УМ означает, что на граничных частотах ¦ н и ¦ в усиление снижается на 3 дБ по сравнению со средними частотами, т.е. коэффициенты частотных искажений Мн и Мв соответственно на частотах ¦ н и ¦ в равены:

__

Мн = Мв = Ö 2 (3 дБ )

В области низких частот (НЧ) искажения зависят от постоянной времени t нс цепи переразряда разделительной ёмкости Ср :

_________________

Мнс = Ö 1 + ( 1 / ( 2 p ¦ н t нс ))2

Постоянная времени t нс зависит от ёмкости конденсатора Ср и сопротивления цепи переразряда R раз :

t нс = Ср * R раз

При наличии нескольких разделительных ёмкостей ( в нашем случае 2) Мн равно произведению Мнс каждой ёмкости:

Мн = Мнс1 * Мнс2

Спад АЧХ усилителя мощности в области высоких частот (ВЧ) обусловлен частотными искажениями каскадов на ОУ и оконечного каскада, а так же ёмкомтью нагрузки, если она имеется. Коэффициент частотных искажений на частоте ¦ в равен произведению частотных искажений каждого каскада усилителя:

Мв ум = Мв1 * Мв2 * Мв ок * Мвн

Здесь Мв1 , Мв2 , Мв ок , Мвн - коэффициенты частотных искажений соответственно каскадов на ОУ, оконечного каскада и ёмкости нагрузки Сн . Если Ku оу выбран на порядок больше требуемого усиления каскада на ОУ, то каскад ОУ частотных искажений не вносит ( Мв1 = Мв2 = 1 ).

Коэффициент искажений оконечного каскада задаётся формулой:

_________

Мв ок = 1 + ( Ö 1+ ( ¦ в / ¦ b ) - 1)(1 - Ku o к )

Здесь ¦ b - верхняя частота выходных транзисторов. Коэффициент частотных искажений нагрузки Мвн , определяемый влиянием ёмкости нагрузки Сн в области высоких частот зависит от постоянной времени t вн нагрузочной ёмкости :

__________________

Мвн = Ö 1 + ( 1 / ( 2 p ¦ в t вн ))2

t вн = Сн * ( R вых ум | | R н )

При неправильном введении отрицательной обратной связи в области граничных верхних и нижних частот может возникнуть ПОС ( положительная обратная связь) и тогда устройство из усилителя превратится в генератор. Это происходит за счёт дополнительных фазовых сдвигов , вносимых как самим усилителем, так и цепью обратной связи. Эти сдвиги тем больше, чем большее число каскадов охвачено общей обратной связью. Поэтому не рекомендуется охватывать общей ООС больше, чем три каскада.

Заключение

В данном курсовом проекте мы расчитали основные параметры и элементы усилителя мощности, а так же оценили влияние параметров усилителя на завалы АЧХ в области верхних и нижних частот.

Спецификация элементов

№ п / п Обозначение Тип Кол - во
1 R1 Резистор МЛТ-0.5 - 0.1 кОм ± 10 % 1
2 R2 Резистор МЛТ-0.5 - 540 кОм ± 10 % 1
3 R д Резистор МЛТ-0.5 - 5 Ом ± 10 % 2
4 VD1-VD2 Диод полупроводниковый КД223 2
5 VT1 Транзистор КТ817 1
6 VT2 Транзистор КТ816 1
7 VT3 Транзистор КТ315 1
8 VT4 Транзистор КТ361 1
9 DA1-DA2 Операционный усилитель К140УД6 2

Библиографический список

1. Д. В. Игумнов, Г.П. Костюнина - “Полупроводниковые устройства

непрерывного действия “ - М: “Радио и связь”, 1990 г.

2. В. П. Бабенко, Г.И. Изъюрова - “Основы радиоэлектроники”. Пособие по

курсовому проектированию - М: МИРЭА, 1985 г.

3. Н.Н. Горюнов - “ Полупроводниковые приборы: транзисторы”

Справочник - М: “Энергоатомиздат”, 1985 г.

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Где скачать еще рефератов? Здесь: letsdoit777.blogspot.com
Евгений21:30:28 18 марта 2016
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
14:12:36 24 ноября 2015

Работы, похожие на Реферат: Проектирование усилителя мощности на основе ОУ

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(151133)
Комментарии (1843)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru