МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт геологии и нефтегазодобычи

Кафедра «кибернетических систем»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине «Электроника и схемотехника»

на тему «Расчет усилителя мощности»

вариант 1041

Выполнил:

студент группы ЭЭбзу-15-1

МининВ.А.

Проверила:

ассистент каф. КС

Сидорова А. Э.

Дата защиты_____________ Оценка___________

Тюмень 2016

Содержание

1.Техническое задание	3
2.Возможная область применения усилителя мощности	4
3.Расчет элементов оконечного каскада	5
4.Расчет повторителя на транзисторах VT7, VT8	6
5.Карты режимов	10
6.Спецификация элементов	11
7.Технология производства и изготовления печатных и монтажных плат	12
8.Список использованных источников	13

1. Техническое задание

Спроектировать электронное устройство, учитывая параметры, приведенные в техническом задании (пример):

вариант	ФИО	Pвых [вт]	Rн[Ом]	Кf %	Uбэнач мах[в]	Uвх[в]
1011	Минин Владимир Алексеевич	1,33	17,09	0,0567	0,833	0,0445

2. Возможная область применения усилителя мощности

Электронный усилитель  — усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибора и т.д.

Электронные усилители широко используются в биологических и медицинских исследованиях как составные части многих измерительных и регистрирующих приборов для повышения их чувствительности. Такая необходимость возникает, в частности, при измерении и регистрации биоэлектрической активности органов и тканей на осциллографах. Усилители применяются в автоматике, измерительной и аналоговой вычислительной технике.

Усилитель звуковых частот (УЗЧ), усилитель низких частот (УНЧ), усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) — прибор (электронный усилитель) для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 16 до 20 000 Гц, в специальных случаях — до 200 кГц). Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств — телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.

Усилитель высокой частоты (УВЧ, усилитель радиочастоты, УРЧ) — усилитель сигналов на частотах радиодиапазона. Применяется преимущественно в радиоприёмных и радиопередающих устройствах в радиосвязи, радио и телевизионного вещания, радиолокации, радионавигации, а так же в автоматике.

3.Расчет выходного элемента оконечного каскада

Принципиальная электрическая схема выходного оконечного каскада:

Выбор режима работы.

Выбор режима работы.

Выбор режима «А» несет в себе небольшие нелинейные искажения по сравнению с другими режимами работы, хотя КПД усилителя мощности в этом режиме небольшой примерно 30-45 %. В то время как режим «В» обеспечивает чрезмерно большие нелинейные искажения, вызванные наличием нелинейного участка в начале входной вольтамперной характеристики. КПД режима «В» составляет 50-60 %.

Расчет будем вести в режиме «А».

1. Определяем амплитудные значения тока и напряжения на нагрузке:

= =1,888(A)

= (B)

2. Определим максимально допустимую мощность рассеивания на транзисторах VT12, VT13:

= 19,025(Вт),

где η_А – КПД, равный 35 - 40%. Поскольку в режиме «А» предельный КПД составляет 50%, а реальный не выше 35 - 40%.

2. Определим U_КЭ12=U_КЭ13:

= = 21,154 (В),

где U₀ - запас, исключающий попадание рабочей точки в область насыщения, для различных типов транзисторов колеблется в пределах 0,5 - 3 В, для маломощных транзисторов можно выбирать в пределах 1-2 В;

К_ПΣ - коэффициент передачи всего усилителя мощности. Практически значение К_ПΣ находится в пределах 0,7-0,9, в зависимости от величины нагрузки. При нагрузках ниже 5-10 Ом следует принимать меньшее значение.

Принимаем U₀ = 1 (В), К_ПΣ = 0,8 и определяем U_КЭ12=U_КЭ13.

4. Определим величину напряжения источника питания

Е_К = 2·U_КЭ12,13 + 2·U_защ = 2·U_КЭ12,13 + 2·U_R41 = 2 = 44,108 (В),

где U_защ – падение напряжения на резисторе защиты (R₄₁), можно принять в пределах 0,8 – 1 В.

Принимаем Е_К = 47 (В), в соответствии со стандартным рядом источников питания.

Пересчитываем значения напряжений коллектор-эмиттер транзисторов 12 и 13:

= = 22,6 (В)

4. Выбираем из справочника транзисторы VT13, VT12, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
VT12	2Т875B(т)	n-p-n	50	50	10	80…250	20…120	910	3
VT13	2Т875B(т)	n-p-n	50	50	10	80…250	20…120	910	3

Необходимо учитывать, что у выбираемых в качестве выходных транзисторов допустимое напряжение U_{к доп} должно соответствовать неравенству .

4. Определяем токи покоя и токи базы транзисторов VT12, VT13:

Iп₁₂ = 0,5·I_НМАХ + I_Н.У. = 0,5 1,888 + 0,015 = 0,959 (А),

где I_Н.У.- неуправляемая часть тока покоя, определяемая наличием теплового тока коллектора I_K0 (определяется из справочных данных).

= 5 3 = 0,015 (А),

= = 0,01 (А),

= 0,959 + 0,01 = 0,969 (А),

= = 0,01 (А);

4. Определим значение резистора защиты R_з = R₄₁, Значение резистора защиты R_з должно быть достаточно большим, чтобы ограничить на допустимом уровне величину тока через транзисторы VT12 и VT13 и в то же время снижений коэффициента полезного действия при введении R_з должно быть незначительным:

= = 0,885 (Ом),

где значение U_бэ12,13 дано в техническом задании.

Значение резистора Rз=R₄₁ =0,91 (Oм) принимаем в соответствии с рядом Е24.

4. Определяем ток покоя транзисторов VT10:

= 4 0,01 = 0,04 (А)

4. Определяем постоянное напряжение U_КЭ10,11:

= 22,6 – 0,849 = 21,751 (В)

Определим мощность, рассеиваемую на транзисторах VT10, VT11:

P_К10,11 = U_КЭ10,11·I_п10 = 21,751 0,04 = 0,87 (Вт)

4. Выбираем из справочника транзисторы VT10, VT11, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

   	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
   VT10	2T875В(бт)	n-p-n	3	50	10	80…250	20…120	910	3
   VT11	2T876В(бт)	p-n-p	3	40	10	80…250	20…120	910	3

5. Определим сквозной ток через транзисторы VT10, VT11:

= 0,04 – 0,01 – 0,01 = 0,02 (А)

4. Определим токи покоя и токи базы транзисторов VT10, VT11

= = 0,0004 (А);

= 0,02 + 0,01 + 0,0004 = 0,03(А);

= = 0,0003 (А)

4. Определим ток покоя транзистора VT9:

Для обеспечения максимальных усилительных свойств транзистора VT9, можно принять значение I_п9=0,005А.

4. Определим напряжение на резисторе R₃₄:

= 47 = 2,35 (В)

4. Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT9, при этом значение Uбэ можно принять равным 0,7 В для всех остальных транзисторов в данном устройстве:

= 47 – 22,6 – 0,9 – 0,7 – 2,35 = 20,45 (В)

4. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT9:

= 0,005 20,45 = 0,102 (Вт)

4. Выбираем из справочника транзистор VT9, соответствующий по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	fгр, МГц	Cк, пФ	Iко, мА
VT9	KT601A	n-p-n	0,25	100	0,03	16…180	40	15	5

4. Определим сквозной ток и ток базы транзистора VT9

= 0,005 0,0003 = 0,0047 (А)

= = 6,25 (А)

4. Выбираем ток делителя . Пусть = 10 6,25 = 6,25 (А).

5. Определим значения сопротивлений в схеме и выберем резисторы в соответствии с рядом Е24:

= 0,959 + 0,01 = 0,969 (А)

= = 0,929 (Ом), 1 Ом, согласно ряду Е24

= 1 0,969 = 0,969 (В)

= 0,969 + 0,01 = 0,979 (А)

Пересчитаем значение сопротивления R₄₁:

= = 0,919 (Ом), 1 Ом, согласно ряду Е24

= 1 0,979=0,979 (В)

= 0,02 + 0,0004 + 0,0003 + 0,01 = 0,031 (А)

= = 56,419 (Ом), 56 Ом, согласно ряду Е24

(В) известно из технического задания.

= 0,02 + 0,0004 = 0,0204 (А)

= = 85,735 (Ом) 82 Ом, согласно ряду Е24

(В) известно из технического задания.

= 0,005 (А)

= = 629,8 (Ом), 620 Ом, по ряду Е24

= = 0,676(В)

= 0,676 (В)

= 620 0,005 = 3,1 (В)

=0,005 + 6,25 + 0,0003=0,0054 (А)

= = 435,185 (Ом) 430 Ом, согласно ряду Е24

= 430 0,0054 = 2,322 (В)

= 47 22,6 0,9 0,676 2,322 = 20,502 (В)

= 620 0,005= 3,1 (В)

= 0,005 + 0,0004 = 0,0054 (А)

= 47 22,6 0,9 0,676 3,1 = 19,724 (В)

= = 3902,963 (Ом),

принимаем R₃₁<R₃₂ 1500 Oм < 2400 Oм

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R₃₁+R₃₂ = 3900 (Ом)

= 6,25 (А)

= 4835,2 (Ом), 4700 Ом, согласно ряду Е24

= 4700 6,25 2,322 = 0,616 (В)

= 6,25 6,25 = 6,875 (A)

= = 29901,091 (Ом),

принимаем R₃₅<R₃₉ 13000 Oм < 17000 Oм

Пересчитываем значения сопротивления резисторов в соответствии с рядом Е24: R₃₅+R₃₉= 30000 (Ом)

21. Определим коэффициент передачи повторителя на транзисторах VT10÷VT13:

= =0,906

22. Проверим правильность выбранного значения U_КЭ9 :

= ; 20,45 > 17,8

23. Определим коэффициент усиления предварительного каскада:

= = 1826,124;

где r_б9 - объемное сопротивление базы, можно принять в пределах 200-400 Ом;

r_Э9 - сопротивление эмиттерного перехода, определяется следующим образом:

= = 4,938 (Ом);

R_ВХ.П – входное сопротивление повторителя, входящего в состав усилителя мощности, определяется:

R_ВХ.П = 0,5·₁₀·₁₂·R_Н =0,5·100·100·8,54 = 42700 (Ом);

- эквивалентное сопротивление предварительного каскада, определяется:

= = 15978,081 (Ом)

24. Определим коэффициент усиления каскада в целом:

К_УМ = К·К_П = 1826,124·0,906 = 1654,468

25. Охватим каскад глубокой отрицательной параллельной обратной связью по напряжению.

Глубина обратной связи определяется как:

= = 62,5

где: К _f0 - исходный коэффициент нелинейных искажений, равный 5%, т.е. К_f0=5.

К_f - заданный коэффициент нелинейных искажений,

Входное сопротивление транзистора VT9 определяется следующим образом:

R_вх.VT9=r_б9+r_э9∙(1+β₉) = 300 + 4,938∙ (1+80) = 699,978 (Oм)

Входное сопротивление выходного каскада без ООС определяется как:

R_ВХ.У.М = R_ВХ.VT9. || R₃₀ || R₃₅ = 583,991 (Ом)

Т.к. R_{ВХ У.М.}→R₂₉ принимаем R₂₉ равным входному сопротивлению выходного каскада, R₂₉ = 620 (Ом) в соответствии с рядом Е24.

Определяем эквивалентное сопротивление:

R_ЭКВ = R_ВХ.У.М || R₂₉ = 300,729 (Ом)

= = 0,037

Определяем сопротивление R₃₈:

= = 7827,082 (Ом)

Из полученного выражения следует, что:

= = 0,037

Пересчитаем значение глубины обратной связи:

F= 1+β_экв·К_УМ =1+0,037·1654,468 = 62,215

Определим коэффициент усиления выходного каскада с ООС:

=

При этом необходимо пересчить входное сопротивление усилителя мощности:

= 629,748 (Ом)

26. Определим входное напряжение усилителя мощности.

= = 0,13 (В)

27. Определим значение емкости конденсатора фильтра и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

= = 0,82 (мФ)

28. Определим значение емкости конденсатора С₁₉ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

= = 0,36 (мФ)

29. Определим значение емкости конденсатора С₂₀ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

= = 0,51 (мФ)

30. Определим значение емкости в цепи компенсации С₂₂ и выберем конденсатор в соответствии с рядом Е24:

= = 0,15 (мФ)