Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
ПІДСИЛЮВАЧ НИЗЬКОЇ ЧАСТОТИ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Захист інформації
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Курсовий проект
Предмет:
Електроніка та мікросхемотехніка
Група:
ЗІ-31
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
ІНСТИТУТ КОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОМАТИКИ ТА МЕТРОЛОГІЇ
КАФЕДРА ”ЗАХИСТ ІНФОРМАЦІЇ”
Курсовий проект
з курсу: " Електроніка та мікросхемотехніка "
на тему: "ПІДСИЛЮВАЧ НИЗЬКОЇ ЧАСТОТИ"
Львів – 2011р.
Зміст
Технічне завдання………………………………………………………….. 3
Вступ………………………………………………………………………… 4
Ескізний розрахунок структурної схеми………………………………….. 6
Електричний розрахунок принципової схеми……………………………. 8
4.1. Розрахунок двотактного емітерного повторювача на транзисторах
різного типу провідності…………………………………………………… 9
4.2. Розрахунок вхідних каскадів на операційному підсилювачі………... 11
Принципова схема підсилювача низької частоти………………………… 13
Перелік розрахованих елементів…………………………………………... 14
Моделювання роботи схеми в програмі Microcap………………………... 15
Висновок…………………………………………………………………….. 17
Список використаної літератури…………………………………………... 18
Технічне завдання
Розрахувати підсилювач низької частоти, який би відповідав наступним вимогам:
Потужність на навантаженні =8 Вт;
Опір навантаження =10 Ом;
Коефіцієнт гармонік =4 %;
Нижня гранична частота =40 Гц;
Верхня гранична частота =10 кГц;
Допустимі частотні спотворення на нижній граничній частоті =3 дБ;
Допустимі частотні спотворення на верхній граничній частоті =3 дБ;
Напруга вхідного сигналу =6 мВ;
Опір джерела сигналу =40 кОм;
Діапазон регулювання вихідної потужності =20 дБ;
Температура навколишнього середовища =+10 ÷ +40;
Вступ
Підсилювач потужності звукової частоти (ППЗЧ) є невід'ємною частиною будь-якого звуковідтворювального пристрою - чи то приймач, телевізор, музичний центр та ін. У даній статті ППЗЧ розглядається як елемент компонентної апаратури, призначений для використання в апаратурі домашнього комплексу високоякісного відтворення.
Всі підсилювачі потужності звукової частоти призначені для вирішення однієї задачі – підвищити рівень електричних сигналів, що поступають на них, до величини, що забезпечує нормальну роботу гучномовців. Джерела сигналів для ППЗЧ - програвачі грамплатівок і компакт-дисків, магнітофонні деки, тюнери, а в ряді випадків і мікрофони, телевізори, відеокамери, мікшерні пульти та ін.
Основним з параметрів підсилювачів є по перше коефіцієнт підсилення потужності – відношеня потужності сигналу на виході підсилювача до потужності вхідного сигнала. Досить часто для зручності коефіцієнт підсилення за потужністю виражають у децибелах(логарифмічних одиницях).
Вхідний опір – опір входу підсилювача для змінного струму. Зазвичай нормують активну складову вхідного опору та вхідну ємність. Вихідний опір – опір виходу підсилювача для змінного струму. Чим менший вихідний опір підсилювача, тим краще його АЧХ за звуковим тиском.
Амплітудна характеристика підсилювача – залежність амплітуди вхідної напруги сигналу від амплітуди напруги сигналу на вході.
Нелінійні спотворення обумовлені не лінійністю ВАХ транзисторів. Ці спотворення проявляються у вигляді нових компонентів спектру частот, відсутніх у вхідному сигналі. Чим більший порядок не лінійності підсилювача, тим більше комбінаційних складових з’являється на його виході. Спотворення, пов’язані з появою на виході підсилювача комбінаційних компонентів називають інтермодуляційними.
Рівень нелінійних спотворень оцінюють коефіцієнтами гармонік та інтермодуляційних спотворень. Коефіцієнти гармонік – відношення середньої . квадратичної суми вищих гармонік до середньої квадратичної сумі всіх гармонік сигналу. Коефіцієнти гармонік та інтермодуляційних спотворень взаємопов’язані. При не лінійності малого порядку (другого-третього) вони мають близькі значення. Суб’єктивне сприйняття нелінійних спотворень при звуковідтворенні залежить в основному від відносних амплітуд комбінаційних компонентів.
Чимале значення мають споживчі властивості підсилювача - число регуляторів та їх розташування, наявність вимикача тонкомпенсації (дуже зручною для підйому низьких частот при малих рівнях гучності відтворення), число пар вхідних і вихідних гнізд для підключення різної радіоапаратури, система перемикань джерел сигналу, наявність елементів індикації режимів роботи, дизайн, габарити.
А ось число гнізд для підключення джерел сигналу і навантаження і спосіб їх перемикання дуже важливі для підсилювача. Це показник універсальності його використання разом з іншою апаратурою звуковідтворення. У сучасних підсилювачах число вхідних гнізд від чотирьох до семи. Найчастіше передбачають гнізда для підключення тюнера, двох магнітофонних дек, програвача компакт-дисків, електропрогравачів грамплатівок. Підключення зовнішнього мікрофона можливо не у всіх підсилювачах. У більш дорогих конструкціях вводять вхідні гнізда для підключення пристроїв попередньої обробки сигналів (наприклад, еквалайзера). Вихідні гнізда для підключення навантаження (гучномовців) є в більшості підсилювачів. Їх усього чотири - по два для кожного каналу, щоб для створення ефекту просторового звучання була можливість підключення фронтальних і тилових гучномовців.
Перемикачі входів і виходів у менш дорогих виробах механічні перемикачі, у більш дорогих – кнопкові псевдосенсорні, м'які. У поєднанні з елементами індикації у вигляді світлодіодів в моделях підсилювачів нижчої та середньої цінової категорії та інформаційних табло в дорогих моделях - це забезпечує приємний діалог з апаратом. Більшість моделей вже мають дистанційне керування і комплектуються універсальними пультами, з яких можна управляти не тільки самим підсилювачем, але й іншими компонентами звукопідсилювальної установки (слід зауважити, однієї фірми).
3. Ескізний розрахунок структурної схеми
Визначаємо напругу на навантаженні:
В
Розраховуємо необхідний коефіцієнт підсилення підсилювача за напругою:
Розрахунок напруги живлення вихідного каскаду.
В
Вибираємо стандартне значення В.
При проектуванні схеми будемо орієнтуватися на використання операційних підсилювачів широкого вжитку типу К140УД6А з наступними основними параметрами: ЕЖ = ( 15 В; RH = 1 кОм; UH = 12 В; ( = 2 В/мкс; К0 = 50000; FТ = FГР= 1 МГц.
Визначаємо максимальний коефіцієнт підсилення операційного підсилювача за напругою, який можна отримати на верхній граничній частоті:
Попередній підсилювач низької частоти може бути повністю виконаний на операційних підсилювачах. якщо виконуються дві умови:
,
де RНОП – допустиме навантаження операційного підсилювача, та
,
де UНОП – допустима напруга вихідного сигналу операційного підсилювача.
Згідно з даними твердженнями перша умова не виконується, оскільки Ом, кОм. Тому на виході схеми використовується двотактний емітерний повторювач на транзисторах різного типу провідності. Друга умова UH < UHOП виконується, оскільки UH = 8,9443 В, UHOП = 12 В.
Визначаємо кількість каскадів на операційному підсилювачі, необхідних для забезпечення заданого коефіцієнта підсилення К = 1490,7:
отже необхідно використати два каскади на операційних підсилювачах.
Рис. Структурна схема підсилювача низької частоти.
Для забезпечення необхідної амплітуди струму на навантаженні в якості вихідного каскаду вибираю схему двотактного емітерного повторювача на транзисторах різного типу провідності.
Розподіляю частотні спотворення в ділянці нижніх частот між каскадами наступним чином: МН1ДБ = 1 дБ; МН2ДБ = 2 дБ, тобто МНДБ = 3 дБ.
4.1. Розрахунок двотактного емітерного повторювача на комплементарних транзисторах.
Розраховуємо номінальні величини елементів та вибираємо режими роботи вихідного емітерного повторювача.
IH = UH/RH = 8,9443 / 10 = 894 мА.
IК0 = (0,05...0,15) IH = (0,05...0,15) 894·10-3 = (44,7...134,2) мА.
Вибираємо IК0 = 90 мА.
Для вихідного каскаду вибираємо транзистори VT4 типу КТ375Б_ та VT5 типу КТ375Б з наступними ідентичними параметрами:
UКД = 30 В;
IКД = 100 мА;
РКД = 0,4 Вт;
h21Е = 50...280;
CК = 1000 пФ;
( = 1,2;
FT = 250 МГц;
I0K = 1 мА.
Розраховуємо максимальний струм бази транзистора VT4:
мА.
Розрахунок проводимо при використанні транзисторів із середньостатистичними параметрами:
.
Оскільки IД04 = IК03, то
мА.
Вибираємо IД04 = IК03 = 20 мА.
Розраховуємо вхідний опір транзистора вихідного емітерного повторювача:
кОм.
Ом.
Ом.
RВХ4 = h11E4 =2,39 кОм.
Розраховуємо частотні спотворення вихідного емітерного повторювача на верхній граничній частоті:
кГц.
кОм.
пФ.
Коефіцієнт підсилення вихідного каскаду за напругою:
.
Необхідна амплітуда вхідного сигналу вихідного каскаду:
В.
Вихідний опір вихідного каскаду:
Ом.
Розраховуємо номінальне значення ємності розділювального конденсатора на виході:
мкФ.
Вибираємо С9 = 150 мкФ.
Розраховуємо потужність розсіювання на колекторі одного транзистора:
мВт.
Оскільки РК4 = 59,4 мВт < РКД = 400 мВт, то вибрані транзистори можуть використовуватися в даній схемі.
Розраховуємо потужність, яка споживається від джерела живлення:
мВт.
Розраховуємо частотні спотворення на верхній граничній частоті, які вносяться навантаженням:
МГц,
Ом,
пФ.
;
Для вибору початкового режиму роботи транзисторів вихідного каскаду використовуємо резистори R12 = 1000 Ом; R13 = 3600 Ом; R14 = 18 Ом; R15 = 18 Ом.
Визначаю потужність, яка розсіюється на резисторах:
мкВт
мВт
мкВт
4.2. Розрахунок вхідних каскадів на операційному підсилювачі.
Коефіцієнт підсилення за напругою вихідного каскаду на транзисторах становить:
Значення опору резисторів, які з’єднують неінвертуючий вхід операційного підсилювача з загальною шиною вибираємо з умови:
МOм.
Вибираємо R2 = R6 = 0,43 МOм.
З метою забезпечення мінімального дрейфу вихідного сигналу:
R4 = R8 = R2 = 0,43МOм.
Резистори R1 та R5 захищають входи операційних підсилювачів від перевантаження в момент ввімкнення схеми. У відповідності з рекомендаціями по використанню операційних підсилювачів опори цих резисторів вибирають в межах 2...20 кОм.
Вибираємо R1 = R5 = 10 кОм.
Загальний коефіцієнт підсилення за напругою одного каскаду на операційному підсилювачі з урахуванням дії місцевого від’ємного зв’язку визначається так:
.
З цієї рівності визначаємо значення опору резистора R3, який забезпечує необхідний коефіцієнт підсилення каскаду:
кОм.
Вибираємо R3 = R7 = 10 кОм.
Розподіляємо частотні спотворення на нижній граничній частоті між розділювальними та блокувальними конденсаторами. Частотні спотворення для конденсаторів С6 та С8 враховані при розрахунку МНС6 = МНС8ДБ = 0,5 дБ. Допустимі частотні спотворення на нижній граничній частоті становлять МНДБ = 3 дБ. Залишок допустимих частотних спотворень розподіляємо між конденсаторами С1, С2, С3 та С4:
дБ,
.
Розраховуємо номінальні значення ємностей розділювальних конденсаторів:
мкФ
Вибираємо С1 = 0,024 мкФ.
мкФ.
Вибираємо С2 = С4 =1,1мкФ.
мкФ.
Вибираємо С3 = 0,027 мкФ
Необхідно відмітити, що живлення вихідного каскаду здійснюється від двох джерел з напругою +11 В та –11 В, а живлення операційних підсилювачів забезпечується двома джерелами з напругою +15В та –15 В.
При відомій граничній частоті підсилення FB та амплітуді вихідного сигналу операційного підсилювача UH3 визначаємо, яку швидкість наростання повинен мати використовуваний операційний підсилювач:
В/мкс.
Вибраний операційний підсилювач має швидкість наростання вихідного сигналу ( = 2В/мкс, яка є більшою від розрахованої, тому його можна використовувати в проектованій схемі.
6. Перелік розрахованих елементів.
Позначення
Найменування
К-сть
Примітка
Конденсатори
C1
К50 –35 – 16В – 0,024 мкФ
1
C2
К50 – 16 – 25В – 1,1 мкФ
1
C3
К10 – 17 – Н30 – 0,027 мкФ ± 20%
1
C4
К10 – 23 – М1500 – 1,1 мкФ±10%
1
C5
К50 –35 – 16В – 800 мкФ
1
C6
К50 – 16 – 25В – 100 нФ
1
Резистори
Rdzh
C2-23-0,25-8,25 кОм ± 5 %
1
R1
C2-23-0,25-10 кОм ± 5 %
1
R2
C2–23–0,25 – 10 кОм ± 5%
1
R3
C2–23–0,25 – 430кОм ± 5%
1
R4
CП3–38–0,25 – 430 кОм ± 20%
1
R5
C2– 23–2 – 10 кОм ± 5%
1
R6
C2– 23–2 – 430 кОм ± 5%
1
R7
C2-23-0,25-10 кОм ± 10 %
1
R8
C2-23-0,25-430 кОм ± 5 %
1
R12
C2-23-0,25-1 кОм ± 5 %
1
R13
СП5–16ТА–0,25 – 3,6 кОм ± 20%
1
R14
C2-23-0,25-18 Ом ± 5 %
1
R15
C2-23-0,25-18 Ом ± 5 %
1
Мікросхеми
DA1, DA2
К140УД6А
2
Транзистори
VT4
КТ375Б_
1
VT5
КТ375Б
1
7. Моделювання роботи схеми в програмі Microcap.
Рис. Принципова схема підсилювача в програмі Microcap.
Рис. Частотний аналіз роботи підсилювача в програмі Microcup.
8. Висновок.
В даній роботі був розрахований підсилювач низької частоти, який складається з двох каскадів на операційних підсилювачах, та вихідного каскаду – емітерного повторювача. Каскади були спроектовані з урахуванням частотних спотворень для забезпечення відповідного рівня сигналу на виході.
Робота даного підсилювача була змодельована в програмі Microcap 9.0 із визначенням частотних характеристик та аналізу перехідних процесів, в результаті чого ми пересвідчилися у забезпеченні необхідного рівня підсилення підсилювача.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора