Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Підсилювач низької частоти
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2006
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Електроніка та мікросхемотехніка
Група:
ІБ-31
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
з дисципліни: "Електроніка та мікросхемотехніка"
на тему: "Підсилювач низької частоти"
Тема 2 варіант9
Зміст
Зміст __________________________________________________1 Технічне завдання____________________________________________ 2 Вступ________________________________________________________3 Технічні умови проектування ПНЧ_____________________________11 Розрахунок схеми принципової електричної_____________________12 Розрахунок вихідного каскаду______________________________ 12 Розрахунок коефіцієнта гармонік___________________________20 Розрахунок першого каскаду попереднього підсилення ( схема включення з спільним емітером)____________________ 20 Розрахунок другого каскаду попереднього підсилення ( схема включення з спільним емітером)____________________ 24
Розрахунок вхідного каскаду (витокового повторювача)________________________________ 28 Список літератури___________________________________________ 31 Додаток 1___________________________________________________ 32
Технічне завдання
Потужність навантаження 1,5
Опір навантаження 10
Коефіцієнт гармонік 2
Нижня частота 150
Верхня частота 14000
Коефіцієнти частотних спотворень
На нижніх частотах 2
На верхніх частотах 3
Вхідна напруга 5 Опір джерела 100
Діапазон регулювання вихідної напруги 20
Температура оточуючого середовища
мінімальна 0
максимальна +50
Вступ
Підсилювачі низької частоти (ПНЧ) – це пристрої, які призначені для підсилення неперервних періодичних сигналів, частотний спектр яких лежить в межах від десятків герц до десятків кілогерц. До підсилювачів низької частоти належать підсилювачі звукових частот, підсилювачі електричних коливань в межах частот, які можливо сприймаються людським вухом. Підсилювачі звукової частоти використовують в апаратурі радіомовлення, радіозв’язку пристроях запису і відтворення звуку тощо. Свою назву підсилювачі низької частоти отримали на початку розвитку підсилювальної техніки, коли частоти первинних сигналів не перевищували кількох кілогерц (мова, музика, телеграфні сигнали), і в порівнянні з радіосигналами справді були низькими. Проте тепер цей термін не підходить для багатьох підсилювачів неперервних сигналів, оскільки частота останніх не є низькою. Наприклад, частота сигналів телевізійного зображення досягає 3-10 МГц, і підсилювачі цих сигналів звичайно називають відеосигналами. Сучасні ПНЧ виконуються переважно на біполярних і польових транзисторах в дискретному чи інтегральному виконанні. Призначенні ПНЧ в результаті полягає в отриманні на заданому опорі кінцевого навантажувального пристрою необхідної потужності підсилюючого сигналу.
В якості джерела вхідного сигналу ПНЧ можуть використовуватись такі пристрої, як мікрофон, звукознімач, фотоелемент, термопара, детектор тощо. Типи навантажень також досить різноманітні. Це може бути: гучномовець, вимірювальний пристрій, записуюча головка магнітофона, осцилограф, реле тощо.
Більшість з перекислених вище джерел вхідного сигналу розвивають дуже низьку напругу. Подавати його безпосередньо на каскад підсилення не має змісту, оскільки при такій малій керуючій напрузі неможливо отримати значні зміни вихідного струму, і, відповідно, вихідної потужності. Тому, в склад структурної схеми підсилювача, крім вихідного каскаду, який віддає потрібну потужність корисного сигналу в навантаження, як правило, входять попередні каскади підсилення. Структурну схему ПНЧ можна зобразити у вигляді:
Основними технічними показниками ПНЧ є: коефіцієнти підсилення (по напрузі струму і потужності), вхідний і вихідний опори, вихідна потужність, коефіцієнт корисної дії, номінальна вхідна напруга і рівень власних завад, а також показники, що характеризують нелінійні, частотні і фазові спотворення підсилювального сигналу.
Підсилювач можна розглядати як активний чотириполюсник, до вхідних затискачів якого підключається джерело підсилюючого сигналу, а до вихідних – опір навантаження. На рис. 2 зображена одна з можливих
еквівалентних схем підсилювального каскаду. Джерело вхідного сигналу зображено у вигляді генератора з ЕРС Евх, який має внутрішній опір Rдж. Вихід підсилювача представлений у вигляді генератора напруги з ЕРС Евих, і внутрішнім опором Rвих. Підсилювач одночасно являється навантаженням для джерела сигналу і джерелом сигналу для зовнішнього навантаження Rн, причому навантаженням підсилювача може бути не тільки кінцевий пристрій (споживач), але і вхід наступного каскаду підсилювача.
При підсиленні електричних сигналів можуть виникнути нелінійні, частотні і фазові спотворення. Нелінійні спотворення представляють собою зміну форми кривої підсилюючих коливань, викликану нелінійними властивостями кола, через які ці коливання проходять. Основною причиною появи нелінійних спотворень в підсилювачі являється не лінійність характеристик підсилюючих елементів.
Частотні спотворення підсилювача оцінюють по його амплітудно-частотній характеристиці, що представляють собою графік залежності коефіцієнта підсилення від частоти підсилюючого елемента. Форма частотної характеристики визначається типом і призначенням підсилювача. Типова частотна характеристика ПНЧ наведена на рис. 3 (зміна підсилення Кf на різних частотах по відношенню до коефіцієнта підсилення Кср в області середніх частот виражається в децибелах, масштаб по осі частот – логарифмічний). Рівень
спотворень на певних частотах виражається коефіцієнтом частотних спотворень М, що рівний відношенню коефіцієнта на середній частоті Кср і коефіцієнта підсилення на даній частоті Кf:
.
Звичайно, найбільші частотні спотворення виникають на границях діапазону частот fн і fв. Коефіцієнти частотних спотворень в цьому випадку дорівнюють:
де Кн і Кв – відповідно коефіцієнти підсилення на нижніх і верхніх частотах діапазону.
З визначення коефіцієнта частотних спотворень випливає, що якщо М>1, то частота характеристики в області даної частоти має спад, а якщо М<1 – то підняття. Ідеальною частотною характеристикою ПНЧ являється горизонтальна пряма (лінія АВ).
Коефіцієнт частотних спотворень багато каскадного підсилювача дорівнює добутку коефіцієнтів частотних спотворень окремих каскадів: М=М1М2..Мn. Коефіцієнт частотних спотворень зручно виражати в децибелах :
М[дб]=20lgМ.
У випадку багатокаскадного підсилювача:
М[дб]= М1[дб]+ М2[дб]+…+ Мn[дб]
Допустима величина частотних спотворень залежить від призначення підсилювача. Слід зауважити, що частотні спотворення в підсилювача завжди супроводжуються появою зсуву фаз між вхідними і вихідними сигналами, тобто фазовими спотвореннями. При цьому під фазовими спотвореннями розуміють лише зсуви, що спотворюються реактивними елементами підсилювача, повертання фази самим підсилювальним елементом до уваги не береться.
Коефіцієнтом підсилення по напрузі називається величина, що показує, в скільки разів напруга на виході підсилювача більша, ніж на його вході:
.
Для багатокаскадних підсилювачів загальний коефіцієнт підсилення дорівнює добутку коефіцієнтів підсилення окремих каскадів:
.
Коефіцієнт підсилення, виражений в децибелах:
.
Для багатокаскадного підсилювача:
.
Крім коефіцієнта підсилення по напрузі, користуються також коефіцієнтами підсилення по струму та по потужності. Наприклад, якщо потужність сигналу на вході підсилювача мала значення Pвх, а потім стала Pвих, то коефіцієнт підсилення по потужності в децибелах буде дорівнювати:
.
Вхідний опір підсилювача представляє собою опір між вхідними затискачами підсилювача:
.
Вихідний опір Rвих визначають між вихідними затискачами підсилювача при вимкнутому опорі навантаження Rн.
При активному характері опору навантаження вихідна потужність підсилювача:
,
де Uвих – діюче, а Umвих – амплітудне значення вихідної напруги. Вихідна потужність – це корисна потужність, яка розсіюється підсилювачем в опорі навантаження.
Коефіцієнт корисної дії важливо враховувати для підсилювачів середньої і великої потужності, оскільки він дозволяє оцінити їх економність:
,
де Р0 – потужність, яку споживає підсилювач від всіх джерел живлення.
Номінальною вхідною напругою (чутливістю) називається напруга, яку потрібно підвести до входу підсилювача, щоб отримати на виході задану потужність. Вхідна напруга залежить від типу джерела підсилюючих коливань. Чим менша величина вхідної напруги, що забезпечує потрібну вихідну потужність, тим вища чутливість підсилювача.
Діапазон підсилюючих частот чи лінією пропускання підсилювача, називається та область частот, в якій коефіцієнт підсилення змінюється не більше, ніж це допустимо за технічними умовами. Допустимі зміни коефіцієнта підсилення в межах ширини пропускання залежать від призначення і умов роботи підсилювача. У ПНЧ ці умови, звичайно, не перевищують 3 дб.
Причини виникнення завад на виході підсилювача різні. Їх можна розділити на три основні групи: теплові шуми, шуми підсилюючих елементів, завади від пульсацій напруги живлення. Зменшити ці завади можна, використовуючи додаткові згладжу вальні фільтри на виході джерел живлення і ретельне екранування найбільш відповідальних кіл підсилювача (головним чином вхідних).
Відношення амплітуд найбільш сильного і найбільш слабкого сигналів на вході підсилювача називають динамічним діапазоном амплітуд. Динамічний діапазон звичайно виражають в децибелах:
.
Рівень найменшого підсилюючого сигналу обмежується рівнем завад найбільшого – спотвореннями сигналу за рахунок не лінійності вольт-амперних характеристик транзисторів. Для якості відтворюючого сигналу динамічний діапазон амплітуд складає близько 60 дБ.
Технічні умови проектування ПНЧ
Розрахунок підсилювача складається з двох послідовних етапів. Задачею попереднього розрахунку є:
Розробка технічного завдання, тобто визначення основних показників, якими має володіти проектуючий підсилювач. В технічному завданні повинні бути приведені наступні основні вихідні дані: напруга Uвх джерела вхідного сигналу; діапазон частот підсилюючого сигналу fн...fв; напруга Uвих і потужність Рвих на виході підсилювача; величина опору навантаження Rн; величина допустимих частотних спотворень по крайніх межах Мн і Мв; величина допустимих нелінійних спотворень Кг; система живлення підсилювача.
складання структурної схеми проектуючого підсилювача з вказанням технічних вимог до окремих її вузлів. При цьому необхідно орієнтовно підібрати типи транзисторів окремих каскадів, розподілити по каскадах потрібне значення коефіцієнта підсилення, допустимі частотні і нелінійні спотворення, при необхідності передбачити введення від’ємного зворотного зв’язку, помітити основні регулятори – підсилення, тембру тощо.
Кінцевий розрахунок являється головним. Розрахунку і кінцевому вибору належать всі елементи схем окремих каскадів (починаючи з останнього-кінцевого) і режими роботи підсилюючих елементів. Крім того, перевіряється виконання умов технічного завдання у відношенні допустимих частотних і нелінійних спотворень, розраховуються основні регулювання, складається повна принципова схема розрахованого підсилювача.
Розрахунок схеми принципової електричної
Розрахунок вихідного каскаду
Обчислюємо максимальне значення вихідної напруги і струму для вибору напруги живлення:
Приймаємо значення
В якості вихідних транзисторів вибираємо КТ624А з параметрами:
Потужність, що розсіюється на цих резисторах:
Отже, виберемо резистори типу С2-33Н-0.125Вт-1.5кОм±10%;
Вибір транзисторів VT2 і VT3: Амплітудне значення струму, яке повинен забезпечувати VT2:
Початкове значення струму колектора для VT2:
Амплітуда вихідної напруги для VT2: . Потужність, яка розсіюється на колекторі VT2:
В якості транзисторів VT2 і VT3 вибираємо комплементарну пару КT502A-503A з наступними параметрами:
Значення струму спокою VT1:
Амплітудне значення напруги на VT2:
Обчислення резисторів та : Спад напруги на : Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-3.9кОм±10%; Струм спокою VT1 приймаємо: Спад напруги на діодах VD1, VD2, VD3: Струм через діоди: Діоди вибираємо так, щоб при даному струмі, на них забезпечувався не менший спад напруги, ніж заданий. Вибираємо діоди типу Д220 з такою вольт-амперною характеристикою: Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-200Ом±5%;
Вибираємо транзистор VT1 типу КТ-503А з такими параметрами:
Вхідний опір для VT1:
Для розрахунку коефіцієнта підсилення по напрузі приймаємо
Загальний коефіцієнт підсилення каскаду: Вхідна напруга для даного каскаду:
Обчислення опорів базового подільника: Струм бази VT1 в спокої: Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-22кОм±10%; Значення струму базового подільника:
Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-160кОм±5%;
Вихідний опір:
Опір базового подільника:
Вхідний опір з врахуванням опору :
Обчислюємо значення конденсатора, враховуючи, що Повинна виконуватись умова: Вибираємо конденсатор типу К50-31-63В-220мкФ±5%;
Розрахунок схеми індикації.
Вибираємо світлодіод типу АЛ307АМ з такими параметрами:
Тоді, Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.25Вт-1.5кОм±5%;
Розрахунок коефіцієнта гармонік.
Коефіцієнт гармонік розраховуємо для транзисторів VT4 та VT5 вихідного каскаду.
Маємо такі вхідні та вихідні характеристики транзистора КТ624А:
Задаємо опір еквівалентного генератора
№
, мА
, мА
, В
, В
1
0
10
0.65
0.65
2
2
45
0.73
0.943
3
4
275
0.78
1.17
4
6
390
0.825
1.4
5
8
540
0.85
1.6
6
10
650
0.88
1.86
7
12
700
0.91
2
8
14
775
0.92
2.1
9
16
830
0.93
2.2
Знаходимо амплітудні значення гармонічних складових за формулами:
Крутизна характеристики для VT7:
Отже, розрахований коефіцієнт гармонік без врахування зворотнього зв’язку становить 0.6%.
Розрахунок першого каскаду попереднього підсилення (схема включення з спільним емітером).
Згідно з попереднім розрахунком на виході даного каскаду маємо такі параметри:
Тоді, приймаємо
Враховуємо, що напруга живлення попереднього каскаду рівна різниці між напругою живлення всього підсилювача і спадом напруги на резисторах розв’язуючих фільтрів. Отже,
Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-2.2кОм±5%;
Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-1.1кОм±5%;
Знаходимо ємність конденсатора : Повинна виконуватись умова: Вибираємо конденсатор типу К50-6-16В-10мкФ±5%;
При виборі транзистора VT1 повинні виконуватись умови:
Вибираємо транзистор VT1 типу КТ215Б9 з такими параметрами:
Визначаємо опори в колі базового подільника: Напруга, що підводиться до базового подільника,( враховуючи, що спад напруги на опорі рівний приблизно ): Тоді : Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-15кОм±5%; Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-3.3кОм±5%;
Розраховуємо параметри розв’язуючого фільтра:
Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-560Ом±5%; Повинна виконуватись умова: Вибираємо конденсатор типу К50-31-63В-470мкФ±5%;
Коефіцієнт підсилення за напругою даного каскаду: Загальний опір базового подільника: Вхідний опір з врахуванням опору базового подільника: - вхідний опір наступного каскаду; Приймаємо Вхідна напруга для даного каскаду:
Загальний коефіцієнт підсилення по напрузі, враховуючи вихідний каскад:
Розрахунок конденсатора , враховуючи, що : Повинна виконуватись умова: Вибираємо конденсатор типу К50-6-50В-1мкФ±5%;
Розрахунок другого каскаду попереднього підсилення (схема включення з спільним емітером).
Згідно з попереднім розрахунком на виході даного каскаду маємо такі параметри:
Тоді, приймаємо
Враховуємо також, що напруга живлення попереднього каскаду рівна різниці між напругою живлення всього підсилювача і спадом напруги на резисторах розв’язуючих фільтрів. Отже,
Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-5.6кОм±5%;
Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-3кОм±5%;
Знаходимо ємність конденсатора : Повинна виконуватись умова: Вибираємо конденсатор типу К50-6-16В-5мкФ±5%;
При виборі транзистора VT1 повинні виконуватись умови:
Вибираємо транзистор VT1 типу КТ215Б9 з такими параметрами:
Визначаємо опори в колі базового подільника: Напруга, що підводиться до базового подільника, (враховуючи, що спад напруги на опорі рівний приблизно ): Тоді : Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-43кОм±5%; Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-11кОм±5%;
Розраховуємо параметри розв’язуючого фільтра:
Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-1.6кОм±5%; Повинна виконуватись умова: Вибираємо конденсатор типу К50-31-63В-220мкФ±5%;
Коефіцієнт підсилення за напругою даного каскаду: Загальний опір базового подільника: Вхідний опір з врахуванням опору базового подільника: - вхідний опір наступного каскаду; Приймаємо Вхідна напруга для даного каскаду:
Загальний коефіцієнт підсилення по напрузі, враховуючи всі розраховані вище каскади:
Розрахунок конденсатора , враховуючи, що : Повинна виконуватись умова: Вибираємо конденсатор типу К50-6-50В-10мкФ±5%;
Розрахунок схеми захисту від перевантаження вхідного каскаду.
В якості діодів VD1 та VD2 вибираємо КД504А з такою вольт-амперною характеристикою:
Орієнтовне значення заданого опору обчислюємо за формулою (вважаємо, що вхідна напруга є досить великою): Вибираємо резистор типу С2-33Н-2Вт-10кОм±5%;
Розрахунок вхідного каскаду (витокового повторювача).
Згідно з попереднім розрахунком маємо такі параметри: Тоді, приймаємо
Вибираємо транзистор VT1 типу КП303Д з такими параметрами:
Врахувавши спади напруг на розв’язуючих фільтрах маємо, що:
Розрахунок значень опорів резисторів та : Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-2кОм±5%;
Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-2МОм±5%;
Для даного транзистора приймаємо:
Розраховуємо параметри розв’язуючого фільтра:
Приймаємо Вибираємо резистор типу С2-33Н-0.125Вт-680Ом±5%; Повинна виконуватись умова: Вибираємо конденсатор типу К50-31-63В-470мкФ±5%;
Коефіцієнт підсилення за напругою для даного каскаду:
Загальний коефіцієнт підсилення по напрузі, враховуючи всі розраховані вище каскади:
Вхідна ємність:
Вихідний опір:
Розрахунок конденсатора , враховуючи, що : Повинна виконуватись умова: Вибираємо конденсатор типу К50-6-50В-10мкФ±5%;
Розрахунок конденсатора , враховуючи, що :
З умови завдання маємо, що (оскільки маємо великі значення опорів входу та джерела, то не враховуємо значення обмежуючого резистора в схемі захисту вхідного каскаду):
Повинна виконуватись умова: Вибираємо конденсатор типу К50-6-25В-1мкФ±5%;
Список літератури
Гершунський Б.С. “Справочник по расчету электронных схем”. – К.: Вища школа, 1983.
Терпугов Р.М. “Расчет транзисторных усилителей”. – М.: Радио и связь, 1981.
Цыкина А.В. “Проектирование транзисторных усилителей низкой частоты”. – М.: Связь, 1967.
“Интегральные микросхемы”. Справочник /Под ред. Тарабрина Б.В. – М.: Радио и связь, 1984.
“Транзисторы для аппаратуры широкого применения”. Справочник /Под ред. Перельмана Б.Л. – М.: Радио и связь, 1981.
“Полупроводниковые приборы. Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы”. Справочник /Под ред. Горнюнова Н.Н. – М.: Энергоиздат, 1983.
Справочник по электрическим конденсаторам /Под. ред. Четверткова И.И. и В.Ф. Смирнова. – М.: Радио и связь, 1983.
Справочник “Резисторы” /Под. общ. ред. Четверткова И.И. и Терехова В.М. – М.: Радио и связь, 1991.
Додаток 1
Познач.
Найменування
Кільк
Примітка
Резистори
R1
С2-33Н-0,125Вт-10кОм±5%
1
R2
С2-33Н -0,125Вт-2МОм±5%
1
R3
С2-33Н -0,125Вт-2кОм±5%
1
R4
С2-33Н -0,125Вт-680Ом±5%
1
R5
С2-33Н -0,125Вт-43кОм±5%
1
R6
С2-33Н -0,125Вт-11кОм±5%
1
R7
С2-33Н -0,125Вт-5.6кОм±5%
1
R8
С2-33Н -0,125Вт-3кОм±5%
1
R9
С2-33Н -0,125Вт-1.6кОм±5%
1
R10
С2-33Н -0,125Вт-15кОм±5%
1
R11
С2-33Н -0,125Вт-3,3кОм±5%
1
R12
С2-33Н -0,125Вт-2,2кОм±5%
1
R13
С2-33Н -0,125Вт-1,1кОм±5%
1
R14
С2-33Н -0,125Вт-560Ом±5%
1
R15
С2-33Н -0,125Вт-160кОм±5%
1
R16
С2-33Н -0.125Вт-22кОм±10%
1
R17
С2-33Н -0.125Вт-3,9кОм±10%
1
R18
С2-33Н -0.125Вт-200Ом±10%
1
R19=R20
С2-33Н -0.125Вт-1,5кОм±5%
2
R21
С2-33Н-0.125Вт-1,5кОм±5%
1
R22
С2-33Н-0.125Вт-10м±5%
1
Конденсатори
С1, С9
К73-17-63B-1мкФ±5%
1
С2, С7
К50-35-25В-470мкФ±5%
2
С3, С6
К50-6-50В-10мкФ±5%
2
С4, С10
К50-35-40В-200мкФ±5%
2
С5
К50-6-16В-5мкФ±5%
1
С8
К50-6-16В-10мкФ±5%
1
Діоди
VD1, VD2, VD3
Д220
3
Транзистори
VТ1
КП303Д
1
VТ2, VТ3
КТ215Б9
2
VТ4, VT6
КТ503А
2
VТ5
КТ502А
1
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора