Refbank.Ru - рефераты, курсовые работы, дипломы по разным дисциплинам
Рефераты и курсовые
 Банк готовых работ
Дипломные работы
 Банк дипломных работ
Заказ работы
Заказать Форма заказа
Лучшие дипломы
 Делопроизводственное обеспечение системы работы с кадрами (на примере администрации Вольского муниципального образования)"
 Организация строительства участка автодороги 3-ей технической категории в снегозаносимом районе Самарской области
Рекомендуем
 
Новые статьи
 Университеты Англии открывают свои двери для Студентов из...
 Бакалавриат в университетах США - выбор Казахстанских...
 Любишь серьезные приключения? Игровой автомат Pirat 2...
 Азартные игры онлайн – залог увлекательных...
 Как быстро взять кредит до 50 000 рублей у частного лица...
 Онлайн-казино Вулкан – самые популярные азартные...
 Стоит ли проходить обучение...
 Инструкция, как правильно играть в игровом клубе...
 Игровой клуб Вулкан – лучшее место для азартного отдыха...
 ЕГЭ сочинение по русскому языку по тексту...
 Азартная игра на игровых автоматах...
 Теперь у вас есть возможность скачать мобильную версию...
 Играем виртуально, получаем реально деньги. Отличные...
 Сочинение по русскому языку 11 класс на тему...
 Игровые автоматы Вулкан: играть на деньги и...


любое слово все слова вместе  Как искать?Как искать?

Любое слово
- ищутся работы, в названии которых встречается любое слово из запроса (рекомендуется).

Все слова вместе - ищутся работы, в названии которых встречаются все слова вместе из запроса ('строгий' поиск).

Поисковый запрос должен состоять минимум из 4 букв.

В запросе не нужно писать вид работы ("реферат", "курсовая", "диплом" и т.д.).

!!! Для более полного и точного анализа базы рекомендуем производить поиск с использованием символа "*".

К примеру, Вам нужно найти работу на тему:
"Основные принципы финансового менеджмента фирмы".

В этом случае поисковый запрос выглядит так:
основн* принцип* финанс* менеджмент* фирм*
Схемотехника

курсовая работа

Расчет усилителя переносного радиоприемника



1. СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ЗАДАНИЕ......................................................................... 3
ВВЕДЕНИЕ....................................................................... 4
ЭСКИЗНЫЙ РАСЧЕТ.....................................................11
Выбор схемы оконечного каскада и режима работы транзисторов.......................................................................11
Выбор транзисторов оконечного каскада и способа
их включения......................................................................11
Выбор схемы каскадов предварительного усиления
и их усилительных элементов..................................................15
Определение числа каскадов усиления...............................16
Составление принципиальной электрической схемы..............17
Распределение заданных частотных искажений по цепям
и каскадам усилителя.............................................................18
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ............................................19
Расчет оконечного каскада усилителя.................................19
Расчет предоконечных каскадов........................................21
Расчет коэффициента гармоник ........................................22
Обеспечение ООС.........................................................26
Расчет каскада предварительного усиления..........................27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................29
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................32
Приложения: 1. Схема электрическая принципиальная
2. Перечень элементов
ЗАДАНИЕ
Задача данной курсовой работы состоит в построении и расчете электрической принципиальной схемы усилителя переносного радиоприемника с заданными техническими показателями:
Выходная мощность Рн = 0,5 Вт.
Сопротивление нагрузки Rн = 20 Ом.
Диапазон рабочих частот от 120 Гц до 6000 Гц.
Коэффициент гармоник Кг, не более 3,5 %.
ЭДС источника сигнала Ес = 300 мВ.
Сопротивление источника сигнала Rс = 2 кОм.
Интервал рабочих температур (-10 ? +50 )?С.
Напряжение питания - батарея элементов, 9 В.
Коэффициент частотных искажений на нижней Мн и верхней Мв граничных частотах, не более 3 дБ.
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее важное назначение электронных приборов - усиление электрических сигналов. Устройства, предназначенные для выполнения этой задачи, называются электронными усилителями.
Характерной особенностью современных электронных усилителей является исключительное многообразие схем, по которым они могут быть построены. Однако среди этого многообразия можно выделить наиболее типичные схемы, содержащие элементы и цепи, которые чаще всего встречаются в усилительных устройствах независимо от их функционального назначения. К числу таких типичных усилительных схем следует отнести каскады усилителей низкой частоты.
Усилители низкой частоты (УНЧ), предназначены для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный спектр которых лежит в пределах от десятков герц до десятков килогерц. Характерной особенностью УНЧ является то, что отношение верхней усиливаемой частоты fв к нижней fн у усилителей данного типа велико и обычно составляет не менее нескольких десятков, доходя в отдельных случаях до десятков тысяч [ 1 ].
При изучении усилительных устройств обычно начинают с рассмотрения схем УНЧ, выяснения принципов их построения, назначения отдельных элементов и порядка их расчета.
Современные УНЧ выполняются преимущественно на биполярных и полевых транзисторах в дискретном или интегральном исполнении, причем усилители в микроисполнении отличаются от своих дискретных аналогов, главным образом, конструктивно-технологическими особенностями, схемные же построения принципиальных отличий не имеют.
Назначение усилителя в конечном итоге состоит в получении на заданном сопротивлении оконечного нагрузочного устройства требуемой мощности усиливаемого сигнала.
В качестве источника входного сигнала в УНЧ могут использоваться такие устройства, как микрофон, звукосниматель, термопара, детектор и т.п. Типы нагрузок тоже весьма разнообразны. Ими могут быть, например, громкоговоритель, измерительный прибор, последующий усилитель, осциллограф.
Большинство из перечисленных выше источников входного сигнала развивают очень низкое напряжение. Подавать его непосредственно на каскад усиления мощности не имеет смысла, так как при таком слабом управляющем напряжении невозможно получить сколько-нибудь значительные изменения выходного тока, а следовательно, и выходной мощности. Поэтому в состав структурной схемы усилителя, кроме выходного каскада, отдающего требуемую мощность полезного сигнала в нагрузку, как правило, входят и предварительные каскады усиления.
Эти каскады принято классифицировать по характеру сопротивления нагрузки в выходной цепи транзистора. Наибольшее применение получили резистивные усилительные каскады, сопротивлением нагрузки которых служит резистор.
В качестве нагрузки транзистора может быть и трансформатор. Такие каскады называют трансформаторными. Однако вследствие большой стоимости, значительных размеров и массы трансформатора, а также из-за неравномерности амплитудно-частотных характеристик трансформаторные каскады предварительного усиления применяются крайне редко. Основное применение эти схемы находят в выходных каскадах усилителей.
В каскадах предварительного усиления на биполярных транзисторах чаще других используется схема с общим эмиттером, которая обладает высоким коэффициентом усиления по напряжению и мощности, сравнительно большим входным сопротивлением и допускает использование одного общего источника питания для цепей эмиттера и коллектора.
При построении схем транзисторных усилителей приходится принимать меры для стабилизации положения рабочей точки на характеристиках. Основной дестабилизирующий фактор, нарушающий устойчивую работу транзисторной схемы, - влияние температуры. Существуют различные способы термостабилизации режима работы транзисторного каскада, но самым распространенным является применение RC-цепочки эмиттерной стабилизации.
В многокаскадных усилителях применяют три основные способа связи между каскадами - связь через разделительные конденсаторы (емкостная связь), непосредственная связь (гальваническая) и связь с помощью трансформаторов (трансформаторная). Наибольшее распространение в схемах усилителей переменного напряжения, и в частности УНЧ, получила емкостная межкаскадная связь.
Выходной каскад усилителя предназначен для отдачи заданной величины мощности сигнала в заданное сопротивление нагрузки. По сравнению с каскадами предварительного усиления выходные каскады имеют ряд особенностей.
Обычно предварительные каскады усиления выполняются на маломощных транзисторах и потребляют от источников питания незначительную мощность. Амплитуда входного сигнала в этих усилителях в большинстве случаев невелика, и рабочий участок характеристики транзистора можно считать линейным. Поэтому при рассмотрении работы каскадов предварительного усиления не интересуются коэффициентом полезного действия каскада, а нелинейными искажениями пренебрегают.
Поскольку выходные каскады потребляют от источников питания значительную мощность, то их коэффициент полезного действия должен быть достаточно высоким, так как в конечном счете он определяет экономичность всего усилителя. Для выделения в нагрузке заданной мощности на вход каскада мощного усиления подается большая амплитуда сигнала, захватывающая значительную область характеристик транзистора. Поэтому увеличение мощности, развиваемой усилителем в нагрузке, сопровождается возрастанием нелинейных искажений. Следует учитывать, что параметры транзистора за период сигнала будут изменяться в широких пределах. В связи с этим расчет отдаваемой каскадом мощности, его коэффициента усиления и коэффициента нелинейных искажений производят графическим способом по характеристикам транзистора, так как при аналитическом расчете этих величин с использованием малосигнальных параметров транзистора могут быть допущены большие ошибки.
Величина максимальной неискаженной мощности и к.п.д. оконечного каскада зависит от типа транзистора, режима работы и схемы каскада. При небольшой выходной мощности (от милливатт до десятых долей ватта) в каскадах мощного усиления применяют те же транзисторы, что и в предварительных каскадах.
Для получения средней и большой мощности (единицы - десятки ватт и выше) используются специальные мощные транзисторы.
В выходных каскадах, так же как и в предварительных, чаще всего используется схема с общим эмиттером. В этом случае коэффициент усиления сигнала по мощности получается наибольшим и, следовательно, требуется наименьшая выходная мощность от предыдущего каскада и наименьшее усиление от предварительного каскада.
Отметим также, что выходные каскады усилителей могут быть построены по однотактной или двухтактной схемам, существенно отличающимся друг от друга.
В зависимости от выбора рабочей точки на проходной динамической характеристике транзистора различают три основных режима работы усилительного каскада: А, В и АВ.
Для работы каскада в режиме А на базу подается такое напряжение смещения, чтобы рабочая точка Р, определяющая исходное состояние схемы при отсутствии входного сигнала, располагалась примерно на середине прямолинейного участка характеристики (рис.1). В этом режиме напряжение смещения UБЭр по абсолютной величине всегда больше амплитуды входного сигнала UВХ, а ток покоя IКр всегда больше амплитуды переменной составляющей выходного тока. Поэтому в режиме А при подаче на вход каскада синусоидального напряжения в выходной цепи будет протекать ток, изменяющийся также по синусоидальному закону. Это обусловливает минимальные нелинейные искажения сигнала. Однако этот режим является наименее экономичным. Дело в том, что полезной является лишь мощность, выделяемая в выходной цепи за счет переменной составляющей выходного тока, а потребляемая мощность определяется значительно большей величиной постоянной составляющей. Поэтому к.п.д. усилительного каскада в режиме А составляет лишь 20 - 30 %. Обычно в этом режиме работают каскады предварительного усиления или маломощные выходные каскады.
Iк iк
IКмакс

IКр
Р

UБЭ ?t
UБЭр
UВХ
?t
Рис.1. Графики, иллюстрирующие работу усилительного каскада в режиме класса А.
В режиме В рабочая точка выбирается так, чтобы ток покоя был равен нулю (рис.2). При подаче на вход сигнала ток выходной цепи каскада протекает лишь в течение половины периода изменения напряжения сигнала. В этом случае выходной ток имеет форму импульсов с углом отсечки ? = ?/2 (угол отсечки - половина той части периода, в течение которого проходит ток). Режим отсечки характеризуется высоким к.п.д. усилителя (60 - 70 %), так как постоянная составляющая выходного тока значительно меньше, чем в режиме А. Однако режим В характеризуется большими нелинейными искажениями сигнала, вследствие чего этот режим используется главным образом в мощных двухтактных каскадах.

Iк iк
IКмакс




Р UБЭ ?t

UВХ ?=?/2

?t
Рис.2. Графики, иллюстрирующие работу усилительного каскада в режиме класса В.
Режим АВ является промежуточным между режимами А и В. В этом режиме на управляющий электрод усилительного прибора подается напряжение смещения такой величины, при котором рабочая точка покоя Р будет находиться примерно в том месте, где нижний криволинейный участок используемой характеристики переходит в прямолинейный участок и в выходной цепи усилительного прибора будет протекать ток покоя Iк0, составляющий примерно 10 - 15 % от максимального значения выходного тока, при этом угол отсечки ? > 90°. Из-за этого к.п.д. режима АВ меньше, чем режима В и составляет 50 %. Режим АВ применяется в двухтактных схемах усилителей [ 1, 2 ].
ЭСКИЗНЫЙ РАСЧЕТ
Выбор схемы оконечного каскада и режима работы транзисторов.
Так как выходная мощность разрабатываемого усилителя должна быть равна 0,5 Вт, то целесообразно выполнить его по двухтактной бестрансформаторной схеме, работающей в режиме класса АВ, который обеспечивает довольно большой к.п.д. Режим устанавливается выбором напряжения смещения ЕБЭ [ 3 ].
В оконечном каскаде должны использоваться два транзистора, которые могут иметь разные или одинаковые проводимости. В первом случае транзисторы называются комплементарными или транзисторами с дополнительной симметрией. Применение тех или иных транзисторов не имеет принципиального отличия, поэтому в дальнейшем будем рассматривать схему на комплементарных транзисторах.
Чтобы осуществить согласование между небольшим сопротивлением громкоговорителя и сравнительно большим выходным сопротивлением транзисторов оконечного каскада, необходимо соединить транзисторы по схеме с общим коллектором (ОК). Эта схема называется эмиттерный повторитель и имеет малое выходное сопротивление (10 ? 100 Ом) [ 4 ].
При расчете необходимо учитывать, что параметры транзисторов, особенно коэффициент передачи тока, имеют большие разбросы. Поэтому при расчете элементов схемы УЗЧ высокая точность расчетов не требуется, тем более, что все ответственные элементы схемы (особенно в цепях ОС) подбираются при настройке усилителя.
Выбор транзисторов оконечного каскада и способа их включения.
Выбор транзисторов является основной задачей проектирования усилителей ЗЧ. Транзисторы должны обеспечивать требуемое усиление сигнала в заданной полосе частот и иметь необходимую электрическую прочность по допустимым напряжениям, токам и рассеиваемой мощности.
Для обеспечения требуемого усиления сигнала по напряжению и мощности в первую очередь необходимо выбирать транзисторы с максимально возможными коэффициентами передачи тока. Кроме этого, транзисторы должны обеспечивать требуемую мощность сигнала на выходе. При выборе транзисторов оконечного каскада по заданным мощности в нагрузке Рн, сопротивлению нагрузки Rн и выбранному напряжению питания можно однозначно найти максимальную мощность рассеяния на коллекторе РКмах в соответствии с формулой: Рн = (4...5) РКмах, тогда
РКмах = Рн / 5 = 0,1 Вт.
Рассчитаем коллекторную цепь транзисторов оконечного каскада:
амплитуда напряжения на эмиттере
UЭмах ? Uн ? Епит ? 2 = 9 / 2 = 4,5 В;
максимальное напряжение между коллектором и эмиттером
UКэмах ? Епит = 9 В;
импульс тока коллектора
IКмах ? Епит / 2 Rн = 9 / 40 = 0,225 А;
постоянная составляющая тока коллектора
Iср = IКмах / ? = 0,225 / 3,14 = 0,072 А;
потребляемая мощность от источника питания
Р0 ? Епит2 / 2 ? Rн = 81 / 6,28*20 = 1,29 Вт;
максимальная мощность рассеяния на коллекторе
РКмах = Епит2 / 4 ? Rн ? Rн / 4 = 20 / 4 = 5 Вт.
Ток в рабочей точке IКэмах полагаем равным нулю.
Предельная частота транзисторов оконечного каскада должна быть в 2...3 раза выше верхней рабочей частоты:
fпред ? (2...3) fв.
Такой запас необходим потому, что при меньшей предельной частоте транзисторов оконечного каскада возникает сдвиг по фазе между управляющим напряжением на базе транзистора и током коллектора. В результате резко ухудшаются энергетические характеристики оконечного каскада (уменьшается полезная мощность в нагрузке, возрастает потребляемая мощность) [ 5 ].
По рассчитанным данным выбираем транзисторы оконечного каскада. По справочной литературе выбираем комплементарные транзисторы с максимально возможным коэффициентом передачи тока. Транзисторы должны удовлетворять условиям: РК < РКмах и UКЭ ? (0,8...0,9) UКэмах [ 6 ].
По рассчитанным выше данным выбираем транзисторы оконечного каскада: ГТ404Б-1 и ГТ402Б-1, которые являются комплементарной парой с максимально возможным коэффициентом передачи тока. Так как выходная мощность мала, то применять радиаторы нет необходимости.
По выходным характеристикам транзисторов оконечного каскада (рис. 1.1 ) определяем амплитуду базового тока и остаточное напряжение:
IБмакс ок= 2 мА, UКэмин ок= 0,5 В.

Рис. 1.1. Выходные характеристики.
Затем уточним коэффициент использования напряжения, который определяется по формуле:
? = 2 Uнмакс ок/ Е,
где Uнмакс ок= Rн Iкмакс = 20 * 0,225 = 4,5 В,
следовательно ? = 2 * 4,5/ 9 = 1, т.е. ? > 0,85, и тогда энергетические характеристики не пересчитываются.
Рассчитаем базовую цепь транзисторов оконечного каскада. По входным характеристикам (рис.1.2) выбираем рабочую точку транзистора оконечного каскада для режима АВ и определяем амплитуду переменного напряжения на его базе:
UБмакс ок = 200 мВ.

Рис. 1.2. Выходные характеристики в схеме с общим эмиттером.
Мощность, потребляемая базовой цепью от предыдущего транзистора:
РБ ок = 0,5 UБмакс IБмакс = 0,5 * 200 * 2 = 200 мВт.
Выбор схем каскадов предварительного усиления и их усилительных элементов.
Выбираем схему предварительного усиления с учетом схемы и режима работы оконечного каскада.
Так как оконечный каскад - двухтактный бестрансформаторный, выполненный на комплементарной паре транзисторов, то в качестве предоконечного каскада выбираем однотактный резисторный каскад, собранный по схеме с общим эмиттером, работающий в режиме А.
Рассчитаем приближенные параметры транзистора этого каскада [ 7 ].
Полезная мощность, которую отдает транзистор, должна быть на 10...20 % больше той, которая потребляется базовой цепью транзисторов оконечного каскада, т.е.
Рн пр ? (1,1...1,2) РБ ок = 1,1 * 200 = 220 мВт,
так как часть мощности теряется в цепи смещения.
Амплитуда переменной составляющей тока коллектора:
IКмакс пр ? (1,1...1,2) IБмакс ок = 1,1 * 2 = 2,2 мА.
Так как транзистор работает в режиме А, поэтому постоянная составляющая тока коллектора равна току в рабочей точке, т.е.
IК пр = IС р пр.
Из-за нелинейности характеристик транзистора целесообразно выбирать
IК пр = 1,1 IКмакс пр = 1,1 * 2,2 = 2,42 мА.
Максимальный ток коллектора:
IКмакс ? IК пр + IКмакс пр = 2,42 + 2,2 = 4,62 мА.
Амплитуда переменного напряжения на коллекторе:
UКмакс пр ? Епит/2 = 4,5 В,
а максимальное напряжение между коллектором и эмиттером
UКЭ макс ? Епит = 9 В.
Мощность, потребляемая коллекторной цепью транзистора от источника питания:
Р0 пр = Епит IК пр = 9 * 2,42 * 10-3 А = 21,78 мВт.
Мощность, рассеиваемая на коллекторе:
РК пр ? 0,75 Р0 пр = 0,75 * 21,78 = 16,34 мВт.
Предельную частоту можно примерно определить, приняв глубину отрицательной обратной связи (ООС) примерно равной 30 дБ:
fпр ? 10 F fв = 1,9 МГц.
По рассчитанным данным выбираем транзистор каскада предварительного усиления. Учитывая, что транзистор должен иметь максимально возможный коэффициент передачи тока, а также достаточный запас по электрической прочности и предельной частоте, выбираем по справочнику транзистор типа КТ315Б [ 8 ].
Определение числа каскадов усиления.
Определим общее число каскадов предварительного усиления. Для этого необходимо найти общий коэффициент усиления мощности всего усилителя:
Кр = 4 Ркмакс ок Rс / Ес2 = 4 * 5 * 2000 / (300 * 10-3)2 = 400 * 103.
Теперь приближенно оценим коэффициенты усиления мощности оконечного и предоконечного каскадов:
оконечного
кр ок ? 0,9 h21мин ?т (для схемы с ОК),
где ?т = 1 для бестрансформаторной схемы,
тогда кр ок ? 0,9 * 60 = 54;
предварительного усиления
кр п = 0,7 h21эмин (для резисторного каскада с ОЭ),
кр п = 0,7 * 60 = 42.
Коэффициент усиления каскадов предварительного усиления, которые еще необходимо построить, находим по формуле:
Кр пр = кр / кр ок кр п = 176.
Величина этого коэффициента говорит о том, что необходим еще один каскад предварительного усиления, не считая входного каскада. Это объясняется тем, что выходной двухтактный каскад, собранный на транзисторах по схеме с ОК, не дает усиления по напряжению: то есть каково входное переменное напряжение, почти таково и переменное напряжение на выходе (нагрузке). А так как для получения значительной мощности нужны и значительные напряжения, то перед выходным каскадом обязательно должны быть один-два предварительных каскада [ 7 ].
Таким образом, на этапе эскизного проектирования выяснено, что бестрансформаторный усилитель ЗЧ состоит из 4-х каскадов: входного каскада, 2-х каскадов предварительного усиления и выходного двухтактного каскада.
Составление принципиальной электрической схемы.
На основании выше приведенных расчетов можно составить схему электрическую принципиальную усилителя ЗЧ переносного радиоприемника (см. Прилож. №1), который выполнен по бестрансформаторной схеме на транзисторах VT1 - VT5.
Первый каскад выполнен на транзисторе VT1 по резистивной схеме.
Второй и третий каскады предварительного УЗЧ собраны на транзисторах VT2 и VT3 тоже по резистивной схеме.
Выходной бестрансформаторный каскад выполнен по бестрансформаторной схеме на транзисторах с разной структурой: VT4 (n-p-n) и VT5 (p-n-p).
Распределение заданных частотных искажений по цепям и каскадам усилителя.
После составления принципиальной электрической схемы необходимо распределить на весь усилитель частотные искажения на нижней частоте (Мн). Распределяем по всем цепям, вносящим эти искажения [ 3 ].
Считаем, что на низких частотах транзисторы не вносят искажений. Спад частотной характеристики в области нижних частот определяется в основном конденсаторами.
Конденсаторы на входе, на выходе, между каскадами дают искажения Мн = 0,2 ? 0,6, так как каждый из этих конденсаторов совместно со своими резисторами образует фильтр со своей частотой среза.
Цепи эмиттерной стабилизации СэRэ дают искажения Мн = 0,3 ? 1.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
На этом этапе необходимо подробно рассчитать параметры каждого из каскадов. Сначала рассчитываем оконечный каскад, потом предоконечный и в конце - предварительный. Сюда входит также расчет цепи отрицательной обратной связи (ООС) [ 3, 5, 7 ].
Расчет оконечного каскада усилителя.
В качестве оконечного каскада УНЧ радиоприемника выбран двухтактный бестрансформаторный каскад, собранный на паре комплементарных транзисторов ГТ404Б и ГТ402Б, работающий в режиме АВ. Такой каскад по сравнению с трансформаторным вносит меньшие частотные, переходные и линейные искажения, а также обладает более высоким к.п.д.
Номинальная выходная мощность Рн = 0,5 Вт, а полное входное сопротивление нагрузки Rн = 20 Ом. Так как выходная мощность мала, то радиаторы охлаждения не используются.
По справочной литературе можем подобрать подходящую нагрузку, например, динамическую головку типа 1ГДШ-1 с максимальной шумовой мощностью 1 ВТ, диапазоном частот от 125 до 10000 Гц, уровнем характеристической чувствительности 93 дБ/Вт и номинальным сопротивлением 16 Ом или головку типа 15ГДШ-1 с полосой частот от 40 до 16000 Гц, уровнем характеристической чувствительности 92 дБ/Вт и сопротивлением 16 Ом.
На этапе эскизного проектирования определены основные параметры оконечного каскада:
мощность, потребляемая от источника питания Р0 ок = 1,29 Вт;
амплитуда тока коллектора транзисторов IК макс = 0,23 А;
среднее значение потребляемого тока Iпотр = IК макс / ? = 0,07 А;
предельная частота усиления транзисторов fпр = 18 кГц.
При использовании на выходе УЗЧ разделительного конденсатора его минимальная емкость в микрофарадах находится по формуле:
С8 ? 2 * 105 / (fн Rн),
где fн - нижняя граничная частота воспроизводимого диапазона, Гц.
С8 ? 2 * 105 / 120 * 20 ? 83 мкФ,
Находим по справочнику [ 9 ] значение емкости из стандартного ряда: С8=100 мкФ и выбираем тип конденсатора К-50-12-12В-100мкф.
Цепочка смещения на базе транзистора VT4 является общей для двух транзисторов:
R13 = = 880 Ом,
где Iд = (2 ? 5) IБмакс = 4 * 2 мА,
R14 = UБмакс / Iд = 200 / 8 = 25 Ом.
Выбираем по справочнику [ 9 ] стандартные значения резисторов МЛТ - 0,125 - 910 ± 5 % и МЛТ - 0,125 - 24 ± 5 %.
Определим к.п.д. двухтактного каскада, учитывая симметрию схемы:
? = 1/2 * ? * IK1m/ IKср,
где IК1m - амплитуда первой гармоники тока коллектора;
IКср - среднее значение тока транзистора;
? - коэффициент использования напряжения питания, ранее было определено значение ? = 1.
IК1m ? IКмакс / 2 = 0,225 / 2 = 0,12 А,
IКср ? IКмакс / ? = 0,225 / 3,14 = 0,072 А,
? = 0,5 * 0,12 / 0,072 = 0,84,
таким образом, к.п.д. выходного каскада 84 %.
2.2. Расчет предоконечных каскадов.
Как было определено выше, УНЧ переносного приемника включает в себя два каскада предварительного усиления, собранных на транзисторах типа КТ315Б (КТ361Б) по схеме с ОЭ, работающих в режиме А.
Рассчитаем базовую цепь транзистора предоконечного каскада.
По входной характеристике (рис.2.1) выбираем рабочую точку транзистора в режиме А и определяем ток в рабочей точке:
IКмакс пр = 2,2 мА,
IБмакс пр ? IКмакс / h21 ? 0,04 мА.

Рис. 2.1. Входные характеристики.
По справочнику [ 8 ] находим входное сопротивление транзистора Rвх = 40 Ом.
Сопротивление резистора R10 ? (10...20) Rвх = 800 Ом, по справочнику выбираем МЛТ - 0,125 - 820 ± 5 %.
Амплитуда переменного напряжения на базе:
UБмакс пр = IБмакс * Rвх = 0,04 * 10-3 * 40 = 1,6 мВ,
а мощность сигнала, потребляемая базовой цепью
РБ пр = 0,5 UБмакс пр IБмакс пр = 0,04 мВт.
Делитель в базовой цепи VT2:
R8 = 9 / 0,24 = 37,5 * 103 Ом,
R9 = 1.6 / 0.2 = 8.2 Ом.
Выбираем по справочнику: МЛТ - 0,125 - 39к - ± 5 % и МЛТ - 0,125 - 8,2 ± 5 %.
На спад частотной характеристики в области нижних частот влияют фильтрующие конденсаторы на выходе источника питания, поэтому к емкости этих конденсаторов предъявляются довольно жесткие требования, так как любая нестабильность может вызвать изменение коэффициента усиления, поэтому емкость выбираем наименее возможную. Для этого полагаем, что частота среза RC-фильтра равна нижней рабочей частоте усилителя 120 Гц:
С6 = 1 / 120 * 820 = 10 мкФ.
Выбираем по справочнику конденсатор К-50-12-12В-10мкФ.
Для коррекции частотной характеристики в области высоких частот в коллекторную цепь транзистора VT1 включен конденсатор С4, который рассчитывается на частоте среза, равной верхней рабочей частоте 6000 Гц:
С4 = 1 / 6000 * 40 = 0,5 мкФ.
По справочнику выбираем конденсатор К-10-50-Н90-470нФ.
. Расчет коэффициента гармоник.
Каскады усилителя сроятся на основе нелинейных усилительных приборов, следовательно, здесь неминуемы нелинейные искажения сигнала, которые представляют собой весьма существенный и трудно устранимый вид искажений.
Для определения результирующей величины нелинейных искажений транзисторных усилителей строят сквозную нагрузочную характеристику, представляющую собой зависимость коллекторного тока IК от напряжения источника входного сигнала UИ [ 10 ].
Величину нелинейных искажений оценивают коэффициентом гармоник КГ. Расчет коэффициента гармоник выполняют графоаналитическим методом, для чего выходной ток усилительного прибора необходимо разложить на гармонические составляющие. Упрощенным методом такого разложения является метод пяти ординат, при котором используют пять значений зависимости выходного тока от времени. Этот метод дает возможность по нагрузочным характеристикам усилительных приборов для переменного тока для пяти значений входного сигнала найти амплитуды токов первых четырех гармоник Im1, Im2, Im3 и Im4.
Тогда коэффициент гармонических нелинейных искажений
КГ = .
Одной из главных причин возникновения гармонических и интермодуляционных искажений является различие характеристик и параметров транзисторов выходного каскада. В идеальном случае, когда эти транзисторы идентичны, проходная динамическая характеристика оконечного каскада линейна. Но реальные транзисторы могут иметь отличающиеся параметры, поэтому при конструировании необходимо подбирать пары транзисторов с близкими значениями параметров.
В целом учет нелинейных искажений является сложной задачей, решение которой всегда очень приближенно. На практике считают, что суммарные гармонические и интермодуляционные искажения в реальных усилителях без глубокой общей ООС могут достигать 10...20 %. Уменьшения их до требуемых значений (меньших 3,5 %) можно добиться только применением глубокой общей ООС. Увеличением глубины ООС можно добиться любого уровня нелинейных искажений. Однако на практике глубину ООС не делают больше 30 дБ, так как при этом появляются динамические искажения, которые проявляются при резких перепадах входного сигнала в виде искажения перепадов сигнала. Чем больше глубина ООС, тем больше динамические искажения.
Определим коэффициент гармоник для бестрансформаторного оконечного каскада в режиме АВ. Предварительно определим коэффициент КГ.рез выходных транзисторов по сквозной нагрузочной характеристике, для этого на выходных характеристиках транзистора строим нагрузочную прямую и переносим точки пересечения со статическими характеристиками (значения тока базы) на входную нагрузочную характеристику. Далее проецируем полученные точки на ось абсцисс для определения соответствующих значений тока базы (рис.2.2., а, б).

Рис. 2.2. Построение проходной динамической характеристики транзистора.
Напряжение источника сигнала для всех точек нагрузочных характеристик рассчитываем по формуле Uи = UБ + IБ Rи, где Rи - сопротивление источника входного сигнала.
При расчете напряжения источника входного сигнала сопротивление источника сигнала находим из условия согласования, при котором Rи должно быть равно входному сопротивлению одного из плеч схемы выходных транзисторов с учетом сопротивления резисторов, включенных во входную цепь этих транзисторов:
1/Rи = 1/2h11эVT4 + 1/R,
где R - сопротивление в цепи базы VT4.
R = 910 Ом, а входное сопротивление транзистора h11ок = 200мВ/2мА = 100 Ом, тогда
1/Rи = 1/200 + 1/910 = 0,05 + 0,001 = 0,051,
Rи = 19,6 Ом.
Тогда напряжения для всех точек нагрузочных характеристик определяем по входным и выходным характеристикам транзистора VT4 (рис. 1.1, 1.2 ) [ 6 ] и находим соответствующие значения коллекторного тока по выходной нагрузочной характеристике. Далее строим сквозную нагрузочную характеристику (рис.2.2, в), по которой определяем значения выходных токов Imin, Imax, I0, I1, I2.
Uи1 = 150 мВ + 0,5 мА * 19,6 Ом ? 160 мВ,
что соответствует на сквозной нагрузочной характеристике IКмин=50мА;
Uи2 = 180 мВ + 1мА * 19,6 Ом ? 200 мВ, IК2 = 100 мА;
Uи3 = 200 мВ + 1,5 мА * 19,6 Ом ? 230 мВ, I0 = 130 мА;
Uи4 = 220 мВ + 2 мА * 19,6 Ом ? 260 мВ, IК1 = 180 мА;
Uи5 = 230 мВ + 2,2 мА * 19,6 Ом ? 273 мВ, IКмакс = 220 мА.
Вычислим амплитуды токов первых четырех гармоник, а также среднее значение тока:
Im1 = (Imax - Imin + I1 - I2)/3 = (220 - 50 + 180 - 100)/3 = 83,3;
Im2 = (Imax + Imin - 2I0)/4 = (220 + 50 - 260)/4 = 2,5;
Im3 = [Imax - Imin - 2(I1 - I2)]/6 = (220 - 50 - 160)/6 = 1,67;
Im4 = [Imax + Imin - 4(I1 + I2) + 6I0]/12 = [220 + 50 - 4(180 + 100) + 6*130]/12 = -5,84;
Iср = [Imax + Imin + 2(I1 + I2)]/6 = (220 + 50 + 560)/6 = 138,34.
Для проверки вычислений используем выражение
Imax = Iср + Im1 + Im2 + Im3 + Im4 = 83,3 + 2,5 + 1,67 - 5,84 + 138,34 = 219,97, то есть вычисления верны.
Результирующий коэффициент гармоник
КГ.рез = = 6,6 / 83,3 = 0,08*100% = 8 %.
Так как выходные транзисторы оконечного каскада охвачены глубокой отрицательной обратной связью, то результирующий коэффициент гармоник определяется по формуле:
КГ.рез.ОС ? КГ.рез (1 - КU),
где КU - коэффициент передачи напряжения оконечного каскада с учетом глубокой отрицательной обратной связи, значение которого может быть принято 0,8 - 0,85 [ 10 ].
КГ.рез.ОС ? 8(1 - 0,85) = 1,2 %, что соответствует ТЗ.
2.4. Обеспечение ООС.
Для коррекции частотной характеристики УЗЧ все каскады охвачены глубокой ООС по переменному току через цепь R17 и R28.
При использовании ООС применяют усилитель с коэффициентом усиления К и цепь обратной связи с коэффициентом передачи ? [ 4 ]. Тогда коэффициент усиления усилителя с ООС:
КОС = К / (1 + ?К),
а его входное сопротивление
Rвх ос = Rвх (1 + ?К),
где К и Rвх - коэффициент усиления и входное сопротивление усилителя с разомкнутой цепью ОС.
Величину F = 1 + ?К называют глубиной ОС.
Полагаем требуемую глубину ОС F ? 20...30 и находим сопротивление резистора
R7 ? h21пр h21ок Rн / F = 60 * 60 * 20 / 20 = 3600.
Выбираем по справочнику резистор МЛТ - 0,125 - 3,6к ± 5 %.
Так как коэффициент усиления КОС и входное сопротивление Rвхос зависят от отношения R7 / R12, то это отношение находим из компромисса между требованиями увеличения коэффициента усиления и входного сопротивления. Обычно R7 / R12 ? 20...100. Но при этом необходимо иметь ввиду, что сумма R7 + R12 должна удовлетворять неравенствам:
Rн ? R7 + R12 ? h21пр h21ок Rн,
тогда, учитывая приведенное выше условие, выбираем по справочнику резистор МЛТ - 0,125 - 180 ± 5 %.
Расчет каскада предварительного усиления.
Расчет предварительного каскада производится аналогично расчету предоконечного каскада.
Полезная мощность первого каскада:
Рн1 ? (1,1...1,2) РБ пр = 1,2 * 0,04 мВт = 0,05 мВт.
Амплитуда переменной составляющей тока коллектора:
IКмакс1 ? (1,1...1,2) IБмакс пр = 1,2 * 0,04 мА = 0,05 мА.
Постоянная составляющая тока коллектора IK1 > IKмакс1. Так как IКмакс1 " 1 мА, то полагаем IК1 = (1...5) мА = 3 мА.
Мощность, потребляемая от источника питания, практически равна мощности рассеяния на коллекторе
РК1 ? Р01 = Е * IК1 = 9 * 3 * 10-3 = 27 мВт.
Максимальное значение коллекторного тока
IКмакс ? 2 IК1 = 6 мА,
а максимальное напряжение между коллектором и эмиттером
UКЭмакс ? Епит / 2 = 4,5 В.
Предельная частота определяется так же, как и у транзистора предоконечного каскада, то есть fпред1 = 2 МГц.
Таким образом, для первого каскада УЗЧ также подходит транзистор типа КТ315Б.
Рассчитаем ток базы этого транзистора:
IБ1 ? IK1 / h21 = 0,05 мА.
Рассчитаем номиналы резисторов делителя напряжения первого транзистора:
R1 = (Епит - UБЭ 1) / (Iд + IБ1),
так как Rвх = 40 Ом, тогда UБЭ1 = Rвх * IБ1 = 40 * 0,05 * 10-3 = 2 мВ,
Iд = 5 IБ1 = 0,25 мА, тогда
R1 = 9 / 0,3 * 10-3 = 30 кОм,
R2 = UБЭ1 / Iд = 2 / 0,25 = 8 Ом.
Выбираем по справочнику резисторы делителя: МЛТ - 0,125 - 30к ± 5 % и МЛТ - 0,125 - 8,2 ± 5 %.
В эмиттерной цепи транзистора VT1 навстречу фиксированному прямому напряжению смещения, снимаемому с резистора R2 включено напряжение, возникающее на резисторе R3 при прохождении через него тока эмиттера. Это схема термостабилизации режима.
Резистор R3 шунтируется конденсатором С3 довольно большой емкости (порядка десятков мкФ). Это необходимо для отвода переменной составляющей тока эмиттера от резистора R3.
Выбираем по справочнику конденсатор К53-7-15В-10мкФ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе проведен расчет и разработана принципиальная электрическая схема усилителя низкой частоты переносного радиоприемника, которая по основным параметрам и характеристикам практически полностью соответствует техническому заданию данной курсовой работы.
В результате предварительного эскизного расчета определено, что усилитель низкой частоты с параметрами, данными в ТЗ, может быть бестрансформаторным, так как на сопротивлении нагрузки равном 20 Ом, он должен получить требуемую мощность усиливаемого сигнала 0,5 Вт. Такой усилитель состоит:
из одного резистивного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе VT1, собранного по схеме с общим эмиттером; такой каскад работает в режиме А, что дает наименьшие искажения усиливаемого сигнала; в каскаде используется схема с фиксированным напряжением, что повышает стабильность режима работы схемы;
из двух предоконечных каскадов, которые тоже собраны на биполярных транзисторах VT2 и VT3 по схеме с ОЭ, работающих в режиме А; они необходимы для обеспечения заданного коэффициента усиления, т.е. определенной мощности сигнала;
из оконечного каскада, который представляет собой двухтактный бестрансформаторный каскад на разнотипных транзисторах VT4 и VT5(p-n-p и n-p-n), которые включены в цепь источника питания последовательно друг с другом по постоянному току и в то же время их входы и выходы соединены параллельно по напряжению переменного сигнала; таким образом, для работы данной схемы не требуется специальных входных трансформаторов или фазоинверсных каскадов.
Для коррекции частотной характеристики усилителя низкой частоты переносного радиоприемника все каскады охвачены глубокой отрицательной обратной связью по переменному току (R7 и R12). Кроме того, для коррекции частотной характеристики в области высоких частот в коллекторную цепь транзистора VT1 включен конденсатор С4.
В качестве нагрузки выходного каскада может служить динамическая головка громкоговорителя В1 типа 1ГДШ-1 с сопротивлением звуковой катушки 16 Ом.
Кроме того, так как усилитель предназначен для переносного радиоприемника, предусмотрена возможность подключения малогабаритных головных телефонов. При их подключении громкоговоритель автоматически отключается.
В работе рассчитаны значения базовых цепей смещения транзисторов всех каскадов, значения корректирующих RC-цепочек, которые необходимы для уменьшения частотных искажений на крайних частотах. Для оконечного каскада, который вносит наибольшие нелинейные искажения, определен коэффициент гармоник, равный 1,2 %, что соответствует ТЗ (КГ ? 3,5 %).Коэффициент полезного действия этого каскада, работающего в режиме АВ, равен 84 %.
Достоинством разработанной схемы усилителя низкой частоты является отсутствие трансформаторов и относительная ее простота. К недостаткам можно отнести малый коэффициент усиления по напряжению двухтактного каскада и трудность подбора строго симметричных разнотипных транзисторов в предоконечных и оконечном каскадах.
Для получения минимального уровня собственных шумов во входном каскаде транзисторы типа КТ315Б не являются самыми лучшими, так как требуется специальный отбор приборов с наилучшими параметрами. В усилителях более высоких классов используют специализированные микросхемы с малым уровнем шумов и нелинейных искажений, что позволяет создавать усилители-корректоры без дополнительных усилительных элементов. Входной каскад усилителя можно выполнить также на полевом транзисторе, шумовой ток затвора которого пренебрежимо мал. Регулятор громкости в этом случае можно подключать ко входу усилителя без разделительного конденсатора, поскольку ток утечки затвора полевого транзистора незначителен.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Гершунский Б.С. основы электроники и микроэлектроники: Учебник. - 4-е изд., перераб. и доп. - К.: Выща шк., 1989.
Цыкин Г.С. Усилительные устройства. - М.: Связь, 1971.
Проектирование усилительных устройств на транзисторах. Под ред. Г.В. Войшвилло. - М.: Связь, 1972.
Головин О.В., Кубицкий А.А. Электронные усилители. - М.: Радио и связь, 1983.
Радиотехнические схемы на транзисторах и туннельных диодах (теория и расчет). Под ред. Р.А. Валитова. - М.: Связь, 1966.
Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Под общей редакцией Н.Н. Горюнова. - М.: Энергия, 1976.
Проектирование транзисторных усилителей звуковых частот. Под ред. Н.Л. Безладнова. - М.: Связь, 1978.
Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник. Под ред. А.В. Голомедова. - 2-е изд. - М.: Радио и связь, 1994.
Справочная книга радиолюбителя-конструктора: В 2-х книгах. Кн.2. Под ред. Н.И. Чистякова. - 2-е изд., исправ. и доп. - М.: Радио и связь, 1993.
Буланов Ю.А., Усов С.Н. Усилители и радиоприемные устройства: Учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1980.
1 2

Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками, графиками, приложениями и т.д., достаточно просто её СКАЧАТЬ.



Мы выполняем любые темы
экономические
гуманитарные
юридические
технические
Закажите сейчас
Лучшие работы
 Задачи и порядок проведения анализа розничного товарооборота
 Методы продажи товаров с оптовых складов
Ваши отзывы
Спасибо большое за работы. Надеюсь на дальнейшее сотрудничество. С наступающим!
Krasotulya

Copyright © www.refbank.ru 2005-2019
Все права на представленные на сайте материалы принадлежат www.refbank.ru.
Перепечатка, копирование материалов без разрешения администрации сайта запрещено.