Расчет усилителя постоянного тока

Курсовой проект по дисциплине «Электроника»

Тема проекта: Расчёт усилителя постоянного тока

Задание на курсовой проект

электромагнитная головка

тип - ГЗМ-105

Диапазон частот - 31,5 - 18 кГц

Величина выходного напряжения (на НЧ) - 0,7 мВ

Величина выходного напряжения (на ВЧ) - 1,7 мВ

Нагрузочное сопротивление - 47 кОм

электродинамический громкоговоритель

тип - 8Гд-1

диапазон частоты, кГц - 40 - 5 кГц

полное сопротивление звуковой катушки - 8 Ом

номинальная мощность - 8 Вт

паспортная мощность - 10 Вт

Разработка структурной схемы

В курсовой работе по заданию необходимо, разработать усилитель электрических сигналов.

Определим количество каскадов, необходимых для реализации поставленной задачи:

 ;

Так как, коэффициент усиления каскада с общим эмиттером по мощности в среднем равен 1000, то применим 4 каскада.

Таким образом, усилитель должен состоять из каскадов предварительного усилителя, двухтактного оконечного каскада, а также источника питания предусилителя.

Для питания усилителя используется специальный блок питания и преобразователи напряжения каскадов предварительного усилителя.

Рис. 1 Структурная схема усилителя.

Расчёт двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности

Рассчитать двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности, если заданы мощность в нагрузке Р_н = 8 Вт и сопротивление нагрузки R_н = 8 Ом. Усилитель работает от источника сигнала с параметрами Е_r = 550 мВ и R_r = 183 Ом.

Рис. 1.1

Решение

. Определим с небольшим запасом мощность, которую должны выделять транзисторы обоих плеч каскада:

Р ³ 1,1Р _н = 1,1×8 = 8,8 Вт.

Примем Р = 9 Вт.

. Требуемое максимальное значение коллекторного тока

3. Минимальное напряжение в цепи коллектор - эмиттер определим по выходным характеристикам транзисторов. Остаточное напряжение U_ост должно отсекать нелинейную часть характеристик. Примем U_ост » 1 В.

4 Требуемую амплитуду напряжения на нагрузке U_вых найдём из формулы

. Необходимое напряжение источника питания Е_к ³ U_ост + U_кm = 1 + 12 = 13 В. Возьмём с запасом Е_к = 15 В.

. Выбираем мощные транзисторы Т₁ и Т₃ по значению отдаваемой мощности Р и максимальному напряжению на коллекторе. Подходящими транзисторами с противоположным типом проводимости (так называемой комплиментарной парой) являются транзисторы типа КТ818Б и КТ819Б. Примем, что среднее значение коэффициентов усиления по току b = 20. Тогда I_бm = I_кm/b = 0,075 А = 75 мА.

7 Рассчитываем цепь базового делителя R₁ - R₄. Потенциал базы транзистора Т₂ в состоянии покоя выберем, исходя из необходимого начального тока через транзисторы Т₂ и Т₃ и вида входных характеристик. Пусть I_к.нач = 0,2 А, тогда I_б.нач = 5 мА и U_бэ.нач = 1 В. Примем ток делителя I_д равным 8 мА, тогда

8 Рассчитываем каскад предварительного усиления на транзисторе Т₁. Коэффициент усиления каскада на Т₁ определяется выражением:

Такое усиление можно получить, при I_к0 = 100 мА, тогда U_кэ1 = 11 В. Получим:

_k1 = (2E_к - U_кэ1)/I_k0 = 190 Ом » 200 Ом.

Из формулы для k_u1 при r_э1 = 10 Ом и b = 50, находим R_э1 = 24 Ом, что обеспечивает необходимое усиление каскада на Т₁. По входной характеристике получаем, что U_б0 = 0,78 В, находим:

_б1 = (U_кэ0 - U_б0)/I_б0 = (11 - 0,78)/5 = 2 кОм.

. Амплитуда входного тока транзистора Т₁

10  Коэффициент усиления по мощности:

10  Ёмкость переходного конденсатора определим из соотношения:

Примем С_пер = 50 мкФ.

В итоге имеем:₁ и R₄ - МЛТ - 0,25 - 1 кОм  5 %.₂ и R₃ - МЛТ - 0,25 - 130 Ом  5 %.Т1 - КТ801Б,- КТ818Б,Т3 - КТ819Б._к1 - МЛТ - 0,25 - 200 Ом  5 %._б1 - МЛТ - 0,25 - 2 кОм  5%.

С_пер - К50 - 6 - 50 мкФ - 50 В.

Расчёт каскада с ОЭ графоаналитическим методом

усилитель электрический сигнал мощность

Рассчитать каскад с ОЭ с параметрами: U_пит = 9 В, U_н = 0,55 В, R_н = 183 Ом, I_н = 3 мА, диапазон частот f_н = 30 Гц, f_в = 6 кГц.

Решение

1. В каскаде используем транзистор 2Т301Ж с параметрами:

F_гр = 60 МГц, I_нmax = 10 мА, U_КЭmax = 30 В, P_нmax = 150 мВт, b = 80.

. Строим нагрузочную прямую для переменного тока на графике выходных характеристик транзистора (рис. 2.1), выбираем рабочую точку 0 и строим, исходя из начальных данных, динамическую характеристику А-В.

Рис. 2.1.

. Из рис. 2.1. получаем:_к0 = 4,5,_кэ0 = 4,5 В,

Рис. 2.2.

_б0 = 300 мкА,_б0 = 0,78 В,_вх = = 200 Ом,

Сопротивление R_э выбираем из соотношения:

.

. Для обеспечения слаженности работы каскадов R_к должно быть в 1,5 - 3,5 раза больше R_н.

Из соображения экономичности выберем:_к = 3,5R_н = 640,5 Ом » 680 Ом.

Тогда R_э = 1000 - 680 = 320 Ом » 330 Ом.

. Примем ток делителя R_б1, R_б2 равным I_д = 6×I_б0 = 1,8 мА.

. Вычислим коэффициент усиления:

К_I = ; К_U =

Определим ёмкость конденсатора C_э из условия:

Сэ

В итоге получим:_к - МЛТ - 0,25 - 680 Ом ± 5%_э - МЛТ - 0,25 - 330 Ом ± 5%_б1 - МЛТ - 0,25 - 3,9 кОм ± 5%_б2 - МЛТ - 0,25 - 1,2 кОм ± 5%

С_э - К50-6 - 100 мкФ - 10 В.

Расчёт каскада по схеме с общим коллектором

Рассчитать каскад, удовлетворяющий следующим параметрам: R_н = 200 Ом, I_вых = 0,1 мА, I_вх = 1 мкА, диапазон частот: f_н = 30 Гц, f_в = 6 кГц.

Решение.

. Требуемый Кi = Такого коэффициента усиления можно достичь взяв транзистор с соответствующим b. Применим транзистор 2Т301б, у которого b достигает 120 с параметрами:_гр = 60 МГц, I_кmax = 10 мА, U_КЭmax = 30 В, P_кmax = 150 мВт.

. Выбрав рабочую точку транзистора по входным и выходным характеристикам транзистора получим, что I_к0 = 3,5 мА, U_КЭ0 = 2,5 В, I_б0 = 0,25 мА, U_бо = 0,77 В, тогда:

.

. Примем ток делителя I_д = 6I_б0 = 1,5 мА

Коэффициент усиления по напряжению такого каскада К_U » 0,95.

. Рассчитаем ёмкость переходного конденсатора:

.

Балансные (дифференциальные) усилители

Рассчитать ДУ на биполярных транзисторах с ГСТ, несимметричным входом и выходом. ЭДС входного сигнала Е_r = 1,2 мВ, сопротивление R_r = 1,6 Ом. требуемый коэффициент усиления К_Uд = 15, сопротивление R_вх ³ 47 кОм.

Решение

. Для обеспечения малого дрейфа ДУ выбираем транзисторы КТ312А, имеющие малый тепловой ток и достаточно высокий коэффициент b. Допустимое напряжение U_{кэ max} £ 15 В. Следовательно, Е_к1 = Е_к2 £ 7,5 В. Амплитуда выходного напряжения U_вых = K_UдE_r = 15×1,2 = 18 мВ, тогда примем Е_к1 = Е_к2 = 7 В. Меньшие значения Е_к затрудняют построение ГСТ.

. Выбираем для транзисторов Т₁ и Т₂ рабочую точку с U_кэ0 = 3 В, I_к0 = 1 мА, U_бэ0 = 0,45 В. Тогда номинал резистора R_к составляет

В выбранном режиме h_11э = 2 кОм, b = 40, тогда

Примем R’ _э = 1,2 кОм, тогда _вх.д = 2[h _11э + 0,5R’ _э(35 + 1)] = 47,2 кОм.

Примем R_б = R_r = 1,6 Ом, тогда:

Получили, что К_U и R_вх удовлетворяют условию.

. Рассчитаем ГСТ, для чего вначале определим потенциал коллектора транзистора Т₃ относительно общей шины:

_к3 = -(I_б01R_r + U_бэ01 + I_к01  ) = - 1,7 В.

Следовательно, падение напряжения на транзисторе Т₃ и резисторе R₃ составит Е_к2 - U_к3 = 7 - 1,7 = 5,3 В.

Выберем потенциал базы транзистора Т₃: U_бэ = - 4,5 В, U_кб3 » 4 В. Тогда падение напряжения U на резисторе R₄ и диоде Д:

= Е_к2 - U_бэ = 7 - 4,5 = 2,5 В_R3 = U - U_бэ03 = 2,5 - 0,5 = 2 В.

Т.к. при I_к03 = I_к01 + I_к02 = 2 мА, U_бэ03 = 0,5 В.

Тогда сопротивление резистора R_3:

₃ = U_R3/I_к03 =2/2 = 1 кОм.

Выберем ток делителя R₄, R₅, равным I_к03 = 2 мА. Тогда

₅ = (Е_к2 -U)/I_дел = 2,25 кОм.

Примем в качестве диода транзистор КТ312А в диодном включении, при I_э = 2мА величина U_д = U_бэ0 = 0,5 В и поэтому

В итоге имеем:_к1 и R_к2 - МЛТ - 0,25 - 3,9 кОм  5%._э1 и R_э2 - МЛТ - 0,25 - 620 Ом  5%.₃ и R₄ - МЛТ - 0,25 - 1 кОм  5%₅ - МЛТ - 0,25 - 2,2 кОм  5%.₆ - МОН - 0,25 - 1,6 Ом  5%.

Литература

1. Степаненко И.П.: Основы теории транзисторов и транзисторных схем, М., «Энергия», 1977 г.

2. Мигулин И.Н., Чаповский М.З.: Усилительные устройства на транзисторах, Киев, «Техника», 1971 г.

3. Диоды и их зарубежные аналоги. Справочник. Том 2. М., «Радиософт», 1998.

4. Транзисторы. Справочник. Выпуск 3 - 4. В 8-ми книгах, М. «Патриот», 1997.

5. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Справочник. Часть 1. Конденсаторы. Резисторы. Моторные изделия. М. «Радио и связь», 1995 г.