Міністерство освіти і науки України Запорізька державна інженерна академія

А.В. Таранець

ПРИСТРОЇ АНАЛОГОВОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ

Методичні вказівки до курсового проектування

для студентів ЗДІА напряму 6.050802 „ Електронні пристрої та системи”

Запоріжжя

2010

Міністерство освіти і науки України Запорізька державна інженерна академія

ПРИСТРОЇ АНАЛОГОВОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ

Методичні вказівки до курсового проектування

для студентів ЗДІА напряму 6.050802 „ Електронні пристрої та системи”

Рекомендовано до видання на засіданні кафедри ЕС,

протокол № 7 від 22.11.2010 р.

Пристрої аналогової електроніки. Методичні вказівки до виконання курсового проектування для студентів напряму 6.050802 „ Електронні пристрої та системи” . / Укл.: А.В.Таранець. – Запоріжжя: ЗДІА, 2010. – 28 с.

Укладач: А.В. Таранець – асистент,

Відповідальний за випуск : зав. кафедрою ЕС

доцент Д.Г. Алексієвський

3

ЗМІСТ

ВСТУП......................................................................................................................			4
1	ЗАГАЛЬНІ ВИМОГИ...........................................................................................		5
	1.1	Зміст розрахунково-пояснювальної записки ............................................	5
	1.2	Графічна частина.........................................................................................	5
	1.3	Завдання на курсове проектування............................................................	6
2	КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ..............................................................		7
3	МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ ПІДСИЛЮВАЧА ПОТУЖНОСТІ.................		10
	3.1	Розрахунок вихідного каскаду..................................................................	10
	3.2	Розрахунок каскаду попереднього підсилювання..................................	15
	3.3	Розрахунок вхідного каскаду....................................................................	18
	3.4	Розрахунок конденсаторів........................................................................	23
	3.5	Розрахунок потужності та вибір резисторів............................................	24
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ.........................................................................................			27
ДОДАТОК А

4

ВСТУП

Дисципліна „ Пристрої аналогової електроніки” є однією з базових дисци-плін, які вивчаються при підготовці фахівців з електроніки. Основою для ви-вчення цієї дисципліни є дисципліни „ Основи електроніки”, „ Теорія електри-чних кіл”, „ Компоненти та пристрої промислової електроніки”, „ Елементи магнітної техніки”, „ Твердотіла електроніка”.

В навчальному курсі схеми пристроїв для генерування та перетворення аналогових величин, принципи їх функціонування та методи розрахунку. В коло схем, які вивчаються, потрапляють — схеми підсилювальних каскадів на біполярних та польових транзисторах, каскади підсилення потужності, операційні підсилювачі та схеми на їх основі, генератори коливань на тран-зисторах та операційних підсилювачах, обмежувачі сигналів та ін.

Окремим напрямком можна виділити підсилювачі потужності анало-гових сигналів, які досить широко застосовуються в техніці, особливо пов’ язаній з звуковідтворенням. Оскільки в навчальному курсі розгля-даються окремі підсилювальні каскади, метою курсового проектування є

поглиблення знань в області створення багатокаскадних підсилювачів потужності, принципів сумісного функціонування та поєднання каска-дів, засвоєння методик розрахунку при проектуванні підсилювачів по-тужності, вивчення елементної бази, закріплення навичок роботи з тех-нічною та довідниковою літературою. Також студенти поглиблюють

знання в області стандартів ЄСКД на виконання електричних схем та отримують навички роботи з комп’ ютерним програмним забезпеченням для розрахунку, моделювання та виконання електричних схем, таким як

MathCAD, MicroCAP, КОМПАС, AutoCAD.

5

1 ЗАГАЛЬНІ ВИМОГИ

1.1 Зміст розрахунково-пояснювальної записки

Розрахунково-пояснювальна записка до курсового проекту повинна містити наступні обов’ язкові розділи:

1. Реферат

2. Зміст

3. Вступ

4. Теоретичні відомості по схемі підсилювача потужності, для якої

виконується розрахунок

5. Розрахунок підсилювача потужності з обранням елементів схеми

6. Висновки

7. Перелік посилань

Оформлення розрахунково-пояснювальної записки виконується згід-

но з ДСТУ3008-95.

1.2 Графічна частина

Графічна частина повинна містити наступні обов’ язкові креслення:

- схема електрична принципова (Э3) підсилювача потужності (виконується на форматі не менше А3);

- перелік елементів до схеми електричної принципової (ПЭ3) (виконується на стандартному бланку переліку елементів формату А4).

Графічна частина виконується згідно з вимогами ГОСТ 2.701-75 „ Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению”, ГОСТ 2.702-75 „ Правила выполнения электрических схем” та інших пов’язаних з ними стандартів в галузі виконання електричних схем.

6

1.3 Завдання на курсове проектування

Варіанти завдань для виконання курсового проектування наведені у дода-тку А.

Вибір варіанту завдання виконується наступним чином:

- якщо студент навчається у групі з порядковим номером 1, то його варі-

ант завдання розраховується так

№вар _ завдання  №по_ журналу  15

- якщо студент навчається у групі з порядковим номером 2, то його варі-

ант завдання розраховується так

№вар _ завдання  №по_ журналу

Примітка: якщо номер варіанта, отриманий за приведеною вище схе-мою, перебільшує 32, то варіант завдання визначається викладачем особисто.

Приклад вибору варіанту завдання:

1) якщо студент вчиться в групі ЕС-ХХ-01х та має 8-й номер варінту від-повідно до журналу академічної. групи, то варіант завдання обчислюється таким чином:

варіант завдання = 8 + 15 = 23;

2) якщо студент вчиться в групі ЕС-ХХ-02х та теж має 8-й номер варінту відповідно до журналу академічної групи, то варіант завдання, згідно зі схе-мою наведеною вище, обчислюється вже по іншому:

варіант завдання = номер варіанту у журналі групи = 8.

7

2 Короткі теоретичні відомості

Історично склалося так, що в транзисторних підсилювачах низької частоти (ПНЧ) для узгодження вхідного опору транзисторних каскадів з

опором джерела вхідного сигналу та вихідного опору каскадів з низьким опором навантаження використовувались трансформатори. Від якості використовуваних трансформаторів залежала якість звуковідтворення. Конструктивно трансформатори були складні і мали високу вартість, при цьому маса та розміри залишались досить великими. Тому логічним бажанням фахівців було замінити трансформатори на якісь інші елемен-ти або розробити нові схеми підсилювальних каскадів. Поява потужних біполярних транзисторів та електролитичних конденсаторів великої єм-ності призвела до можливості розробки потужних ПНЧ без трансформа-торів, що дало можливість суттєво зменшити нелінійні, частотні, фазові та перехідні викривлення.[1,2]

Схема одного з варіантів безтрансформаторного підсилювача потуж-ності наведена на рисунку 2.1. До переваг наведеної схеми можна відне-сти живлення підсилювача від одного джерела живлення, підключення навантаження незалежно від „ загальної” точки схеми, використання од-нотипних транзисторів у вихідному каскаді. Підсилювач потужності складається з трьох каскадів:

• вихідного каскаду (на транзисторах VT4, VT5);

• каскаду попереднього підсилення (на транзисторах VT2, VT3);

• вхідного каскаду (VT1).

Вихідний каскад є двотактним, створений на транзисторах VT4, VT5 однакового типу провідності (р-n-р), які працюють в режимі АВ. Для ке-

рування вихідним каскадом такого типу потрібно на його входах мати два сигнали, зрушені один від одного по фазі на 180 ел.град. Це досяга-

ється за рахунок використання каскаду попереднього підсилення на комплементарних транзисторах VT2, VT3 різного типу провідності —

8

VT2 (р-n-р), VT3 (n-р-n), який є фазоінверсним каскадом. За допомогою резисторів R4, R5 забезпечується початкове зміщення робочих точок на характеристиках транзисторів VT4, VT5 у режимі спокою (при відсутно-сті сигналу на вході підсилювача). Транзистори VT2, VT3 також, як і транзистори вихідного каскаду, працюють в режимі АВ.

Рисунок 2.1 —	Схема безтрансформаторного
підсилювача потужності
Якщо провести розглядання схеми з „ іншого боку”,		то транзистори
VT2, VT4 утворюють подвійний емітерний повторювач (квазікомплеме-
нтарний каскад Дарлінгтона), а транзистори VT3, VT5 —		еквівалентну n-

p-n структуру (схема Шіклаї).[2,3,4] Незважаючи на неоднаковість побу-дови схемних частин підсилювача, асиметрія не призводить до появи значних нелінійних викривлень внаслідок присутності від’ ємного зворо-тного зв’ язку. Температурна компенсація складених транзисторів забез-печується за рахунок терморезистора RK з від’ ємним ТКС (замість тер-морезистора можливе використання прямо-зміщеного р-n переходу, тоб-

9

то одного або декількох діодів), крізь який протікає струм емітеру тран-зистору VT1.

Вхідний каскад підсилювача виконаний на транзисторі VT1 по схемі зі спільним емітером, який працює у режимі А. Резистор R3 в емітерно-му ланцюзі транзистору є елементом від’ ємного зворотного зв’ язку, який забезпечує стабільність робочої точки, незмінність характеристик при зміні транзистору та підвищує вхідний опір каскаду [5]. Резистори R1, R2 задають початкове зміщення робочої токи на характеристиках VT1 у режимі спокою. Конденсатор С1 забезпечує відділення постійної складової вхідного сигналу. Резистор R6 є ланцюгом послідовного зво-ротного зв’ язку по живленню. [2]

Для відділення навантаження від постійної складової на виході під-силювача встановлено конденсатор С2. Цей конденсатор може мати до-сить велику ємність і зазвичай є електролітичним. За рахунок попере-днього зміщення транзисторів вихідного каскаду (режим АВ). конденса-тор С2 заряджений до напруги Е_к / 2 , а в цьому разі напруга в точці „ А”

схеми, яка зображена на рисунку 1.1, становить відносно „ загальної”

точки величину  Ек/2	. Слід також зазначити, що величина напруги на
колекторі транзистору VT1 відносно „ загального”		точки	буде складати
майже величину Ек/2.

У наступному розділі наведена методика розрахунку підсилювача, яка базується на [6]. Для засвоєння методики розрахунку та більш чітко-го сприйняття виконання розрахункових дій, а також подальшого захис-

ту курсового проекту студентам рекомендується проробити відповідні розділи у [1,4,5,7]. Також для виконання розрахунків потрібна довідни-кова література, в якості якої рекомендовані [8,9,10]. Всі рекомендовані

до використання джерела представлені в електронному форматі в мережі Інтернет для безоплатного використання або можуть бути отримані в електронному вигляді у викладача.

10