Проектирование усилителя мощности на основе ОУ

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:

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

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

Предварительный расчёт оконечного каскада ....................................._. 6

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

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

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

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 на рис.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 выходным R_вых сопротивлениями), к тому же каскад ОК имеет малые частотные искажения и малые коэффициенты нелинейных искажений. Коэффициент усиления по напряжению каскада “общий коллектор” K_uЈ 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 и D , но мы рассмотрим только три основных: А, В и АВ.

Режим класса А характеризуется низким уровнем нелинейных искажений (K_г Ј 1%) низким КПД (h 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 расчитать коэффициент усиления по мощности оконечного каскада K_p^ок , который равен произведению коэффициента усиления по току K_i на коэффициент усиления по напряжению K_u :

K_p^ок = K_i * K_u

Как известно, для каскада ОК K_uЈ 1 , поэтому, пренебрегая K_u,можно записать:

K_p^ок » K_i

Поскольку K_i= b+1 имеем:

K_p^ок » b+1

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

Найдём собственно выходную мощность бустера. Из соотношения

P_н

K_p^ок = ѕѕ

P_вх

P_н

получим P_вх = ѕѕ , а с учётом предыдущих приближений

K_p^ок

Определим амплитуду тока базы транзистора VT1 I_б^vt1 :

I_к

I_б = ѕѕѕ , т.к. I_н = I_к^vt1 получим :

1+b

I_нI_н1600 мА

I_б^vt1= ѕѕѕ » ѕѕѕ = ѕѕѕѕ = 52 мА

1+b^vt1b^vt130

Похожие работы

Усилитель мощности

Скачать

13849

5

3

... не менее 20Дб/дек. Иметь минимальный коэффициент нелинейных искажений Источник питания должен обеспечивать требуемые выходные напряжения и токи равные максимальному пиковому значениютока потребляемого усилителем мощности. Также он должен иметь коэффициент пульсаций не более 1% от номинального выходного напряжения при максимальном токе нагрузки, это необходимо для минимизации искажений вносимых ...

Усилитель мощности на дискретных элементах

Скачать

65585

10

0

... на типы осуществляют по назначению усилителя, характеру входного сигнала, полосе и абсолютному значению усиливаемых частот, виду используемых активных элементов. По своему назначению усилители условно делятся на усилители напряжения, усилители тока и усилители мощности. Если основное требование – усиление входного напряжения до необходимого значения, то такой усилитель относится к усилителям ...

Предварительный усилитель мощности коротковолнового передатчика мощностью 40 Вт

Скачать

34091

6

0

... и запирания ПУ. 1.4  Патентный поиск и аналоги блока Основной задачей настоящего патентного поиска является изыскание инженерно-технических решений по созданию перспективного предварительного усилителя мощности, обладающего лучшими техническими и конструктивными характеристиками. В последние годы в нашей стране и за рубежом разработан ряд широкополосных усилителей мощности. Функциональное ...

Усилитель мощности звуковой частоты

Скачать

36537

1

37

... ; верификацию топологии; выпуск конструкторской документации. В данной работе, с помощью современных средств проектирования и разработки электронных схем, промоделирована работа схемы усилителя мощности звуковой частоты на зарубежных аналогах отечественных элементов, а также на созданных в процессе работы моделях отечественных активных элементах. Для данной схемы были получены ее основные ...