Усилитель мощности

 Министерство Образования РФ

Тюменский Государственный Нефтегазовый Университет

Курсовая работа

по дисциплине: Электроника.

Выполнил: студент гр. АиУ-01-4 Муфтахов Эльвир Асхатович Проверил: к.т.н., доцент

Крамнюк Анатолий Илларионович

Тюмень 2003 Содержание

1. Техническое задание………………………………………………………... 2. Введение……………………………………………………………………... 3. Блок-схема…………………………………………………………………… 4. Расчет каскадов усилителя мощности: 4.1. Выходной каскад………………………………………………………... 4.2. Повторитель 3…………………………………………………………… 4.3. Аттенюатор……………………………………………………………… 4.4. Повторитель 2…………………………………………………………… 4.5. Усилитель 2……………………………………………………………… 4.6. Повторитель 1…………………………………………………………… 4.7. Усилитель 1……………………………………………………………… 4.8. Расчет разделительных конденсаторов………………………………... 5. АЧХ и ФЧХ усилителя на транзисторе VT4………………………………. 6. Расчет искажений на верхних частотах……………………………………. 7. Расчет стабилитронов……………………………………………………….. 8. Расчет радиаторов охлаждения…………………………………………….. 9. Технология изготовления печатных плат………………………………….. 10. Спецификация……………………………………………………………… 11. Карта режимов……………………………………………………………... 12. Список литературы…………………………………………………………

Стр. 3 4 4 5 11 14 17 20 24 27 31 32 34 36 38 39 40 41 43

       
1. Техническое задание

Необходимо спроектировать и рассчитать усилитель мощности со следующими параметрами:

·  на выходе он должен обеспечивать при нагрузке R_н=19,8185 Ом мощность P_вых=5,7427 Вт;

·  Диапазон частот работы усилителя мощности 59,5728 Гц – 59572,8 Гц;

·  Значения частотных искажений М_н=1,0151, М_в=1,1М_н=1,11661;

·  Значение коэффициента нелинейных искажений, которые должны обеспечивать выходной каскад усилителя мощности K_f=0,0624 %;

·  Входное сопротивление усилителя мощности R_вх=0,2646 кОм=264,6 Ом;

·  Входное напряжение усилителя мощности Uвх=0,0179 В;

·  Аттенюатор с ослаблением 0;  -0,1763 дБ;  -1,763 дБ; -17,63 дБ.

2. ВВЕДЕНИЕ

Усилитель мощности предназначен для создания требуемой мощности сигнала в нагрузке. Усилитель колебаний низкой частоты – составная часть каждого современного радиоприемника, телевизора или магнитофона. Усилитель является основой радиовещания по проводам, аппаратуры телеуправления, многих измерительных приборов, электронной автоматики и вычислительной техники, кибернетических устройств.

 

3. Блок-схема

 

Выходной каскад предназначен для обеспечения заданной мощности на заданном сопротивлении нагрузки.

Повторитель 3 увеличивает входное сопротивление выходного каскада.

Аттенюатор служит для плавной и ступенчатой регулировки уровня ослабления выходного напряжения.

Повторитель 2 увеличивает входное сопротивление аттенюатора.

Усилители 1, 2 увеличивают входное напряжение до величины, необходимой для выходного каскада.

Повторитель 1 увеличивает входное сопротивление усилителя 2, для того, чтобы обеспечить величину входного напряжения и сопротивления усилителя 1 указанного в техническом задании.

4. Расчет каскадов усилителя мощности

 

4.1. Выходной каскад

1. Определим амплитудные значения тока и напряжения:

2. Определим P_доп:

3. Определим U_кэ12, U_кэ13:

4. Определим E_к:

Приняв U_з = 0,7В получили E_к = 43,118В, округлим это значение до стандарта, т.е. примем E_к = 45В

5. Выберем тип транзисторов VT12, VT13 (n-p-n) соответствующий найденным параметрам:

	Модель	P, Вт	U(кэ), В	I(k), A	β	f(гр), Mhz	C(к)	I(ко), А	U(бэ), В
VT12	КТ817Б	25	45	3	15	3	60	0,00005	0,7
VT13	КТ817Б	25	45	3	15	3	60	0,00005	0,7

6. Определим ток покоя VT12, VT13:

Примем I_п12,13 = 390 мА

7. Определим величину резисторов защиты:

, выбираем по Е24, R_38,40 = 1,8 Ом

8. Определим ток покоя VT10, VT11:

, выбираем по E24, R_37,39 = 18 Ом

9. Определим U_кэ10,11:

10. Определим мощность, рассеиваемую на VT10, VT11:

11. Выберем тип транзисторов VT10(n-p-n), VT11(p-n-p) соответствующий найденным параметрам:

	Модель	P, Вт	U(кэ), В	I(k), A	β	f(гр), Mhz	C(к)	U(бэ), В
VT10	КТ815Б	10	50	1,5	20	3	60	0,7
VT11	КТ814Б	10	50	1,5	20	3	60	0,3

12. Определим величину напряжения смещения U₀ по равенству:

13. Определим ток покоя транзистора VT9:

, примем I_п9 = 0,015А, тогда

14. Определим R₃₅+R₃₆:

15. Определим мощность, рассеиваемую на VT9:

16. Выберем тип транзисторов VT9(n-p-n) соответствующий найденным параметрам:

	Модель	P, Вт	U(кэ), В	I(k), A	β	f(гр), Mhz	C(к)	U(бэ), В
VT9	КТ961Б	1	60	1,5	100	50	20	0,7

17. Выберем R₃₅ >> R_н, то есть R₃₅ = 200 Ом

Тогда R₃₆ = 1449,4 – 200 = 1249 Ом = 1,249 кОм

Примем R₃₆ = 1,2кОм.

18. Определим величину емкости C₁₅ из условия:

Примем C₁₅ = 47мкФ

19. Определим емкость в цепи компенсации:

Примем C₁₈ = 220мкФ

20. Определим коэффициент передачи повторителя на транзисторах VT10 – VT13:

21. Проверим правильность выбранного значения U_кэ9:

22. Определим входное сопротивление выходного каскада в целом:

23. Величина R_~ для предварительного каскада равна:

24. Найдем входное сопротивление транзистора VT9:

25. Определим коэффициент усиления предварительного каскада:

26. Определим коэффициент усиления всего выходного каскада:

27. Выбираем ток базового делителя VT9:

28. Определим резистор делителя:

Примем R₃₀ = 910 Ом

Выберем R₃₄ из условия R₃₄ > R_н. Одновременно для уменьшения необходимой емкости конденсатора фильтра C₁₆ желательно выбирать как можно больше.

Поэтому принимаем R₃₁ = 1300 Ом = 1,3 кОм, R₃₄ = 12000 Ом = 12 кОм

29. Определим емкость конденсатора фильтра:

Примем C₁₆ = 3300мкФ

30. Определим неизвестные сопротивления:

31. Определим падения напряжений на резисторах:

32. Рассчитаем мощности резисторов:

Вт  Вт

Вт Вт

Вт  Вт

Вт  Вт

Вт Вт

Вт

33. Рассчитаем напряжения на конденсаторах:

Расчет ООС:

34. Рассчитаем глубину ООС:

35. Рассчитаем входное сопротивление выходного каскада:

Примем R₂₈ ≈ R_вх = 200 Ом

36. Рассчитаем эквивалентное сопротивление:

Примем R₂₉ = 1600 Ом

37. Определим коэффициент усиления выходного каскада с ООС:

4.2. Повторитель 3

 

Нагрузкой для данного повторителя будет являться входное сопротивление выходного каскада, т.е. сопротивление R₂₈ цепи обратной связи, а за амплитуду выходного напряжения примем входное напряжение выходного каскада, т.е.:

R_н = 200 Ом

1. Вычислим значение тока протекающего через нагрузку:

2. Определим параметры транзистора VT8:

3. Выберем тип транзистора VT8 (n-p-n) соответствующий найденным параметрам:

	Модель	P, Вт	U(кэ), В	I(k), A	β	f(гр), Mhz	C(к)
VT8	КТ315Б	0,15	20	0,1	50	250	7

4. Определим значение тока базы VT8:

5. Определим падение напряжения на R₂₄:

6. Определим параметры транзистора VT7:

7. Выберем тип транзистора VT7 (n-p-n) соответствующий найденным параметрам:

	Модель	P, Вт	U(кэ), В	I(k), A	β	f(гр), Mhz	C(к)
VT7	КТ315Б	0,15	20	0,1	50	250	7

8. Определим значение тока базы VT7:

9. Определим значение тока делителя:

Выберем ток базового делителя из условия, что I_д>>I_б. Примем:

10. Найдем значение резистора R₂₄:

11. Найдем значение резистора R₂₃:

R₂₃ = (5-10) кОм. Примем R₂₃ = 10000 Ом, тогда

12. Определим падения напряжений на резисторах базового делителя:

13. Определим значения резисторов базового делителя:

14. Определяем величину R_э~:

15. Определим входное сопротивление транзистора VT7:

16. Определим коэффициент передачи повторителя:

17. Определим входное напряжение повторителя:

18. Вычислим значение входного сопротивления повторителя:

19. Определим величину емкости конденсатора С₁₂, исходя из условия:

Примем C₁₆ = 100 мкФ

20. Определим напряжение на конденсаторах:

21. Определим мощности резисторов:

4.3. Аттенюатор

 

Аттенюатор должен обеспечивать дискретное переключение диапазонов и плавное изменение сигнала внутри них:

(-17.63 ... -1.763) дБ

(-1.763 ... -0.1763) дБ

(-0.1763 ... 0) дБ

Для нормальной работы аттенюатора необходимо выполнение следующего условия:

1. Для обеспечения максимального ослабления (-17.63 ... -1.763) дБ:

Округлим найденное значение сопротивления по раду Е24: R₄₃=7,5кОм

Тогда максимальное ослабление в этом диапазоне будет: