Підсилювач низької частоти (ПНЧ) . Пояснювальна записка до курсового проекту з Інші. Робота № 525689

Перехід до торгівельного партнера Binance

Підсилювач низької частоти (ПНЧ)

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

КН

Кафедра:

Автоматики і телемеханіки

Інформація про роботу

Рік:

2001

Тип роботи:

Пояснювальна записка до курсового проекту

Предмет:

Інші

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Міністерство освіти і науки України Національний університет “Львівська політехніка” кафедра автоматики і телемеханіки ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА До курсового проекту на тему№2 “ Підсилювач низької частоти (ПНЧ) ” Варіант №16 Зміст: Технічне завдання. Вступ. Критичний аналіз сучасного стан у проектування ПНЧ. Структурна, схема багатокаскадного підсилювача Принципова схема ПНЧ. Розраханок параметрів елементів. Вибір елементної бази. Конструкторсько-технологічна частина. Список літератури. Додатки. Технічне завдання. Потужність навантаження : РН=4 Вт; Опір навантаження : RH=10 Oм; Нижня частота : FH=50 Гц; Верхня частота : FB=20 кГц; Коефіцієнт частотних спотворень на нижніх частотах : МН=2 дБ; Коефіцієнт частотних спотворень на верхніх частотах : МВ=2 дБ; Коефіцієнт гармонік : КГ =0,1 %; Вхідна напруга : Евх = 0,5мВ; Опір джерела напруги: Rдж=10кОм; Діапазон регулювання : ДР = 20 дБ; Температура навколишнього середовища : Тmin=-10; Тmax=+45оС. Вступ: Підсилювач низької частоти (ПНЧ). Підсилювачі низької частоти (ПНЧ) призначені для підсилення неперервних періодичних сигналів в діапазоні від десятків герц до десятків кілогерц ( діапазон низьких частот). Сучасні ПНЧ виконують переважно на біполярних та польових транзисторах в дескретному та інтегральному виконанні в поєднанні з операційними підсилювачами (ОП). Призначеням ПНЧ є отримання на заданому опорі кінцевого навантажувального пристрою потрібної потужності сигналу,який підсилюється. В якості джерела вхідного сигналу для ПНЧ можуть викоростовуватися такі пристрої як звукознімач, мікрофон, термопара, остектор , детектор і т. д. Типи навантажень також різні. Ними можуть бути гучномовець, вимірювальний пристрій, головка запису магнітофона, осцилограф реле і т. д . Як правило, джерела вхідного сигналу для ПНЧ мають низьку напругу, тому подавати її безпосередньо на вхід каскаду підсилення потужності немає сенсу, бо при малій напрузі управління неможливо отримати потрібне підсилення до вихідної потужності.Тому в схему ПНЧ включають каскади попереднього підсилення. Кількість цих каскадів визначається технічними умовами для даного ПНЧ по вихідній потужності та якості сигналу. Основними технічними показниками ПНЧ є коефіцієнти підсилення (по напрузі, по струму, по потужності) , вхідний та вихідний опір, вихідна потужність, коефіцієнт корисної дії, номінальна вхідна напруга (чутливість), діапазон частот, які підсилюються, динамічний діапазон амплітуд та рівень власних завад, а також показники, які характеризують нелінійні, частотні та фазові спотворення сигналу. Проектування попередніх каскадів ПНЧ здійснюють аналогічно широкополосовим підсилювачам. При цюму розрахунки спрощуються, так як на низьких частотах параметри використовуваних операційних підсилювачів характеризуються не комплексними а дійсними величинами. Попередній розрахунок широкополосових підсилювачів полягає у виборі операційного підсилювача, орієнтованого визначення кількості каскадів і приблизному розподілені по каскадах частотних спотворень, так щоб їх сумарна величина не перевищувала задану в технічному завданні. Деколи необхідно розподілити частотні спотворення нерівномірно по каскадах, що дозволяє послабити вимоги до одного з них, частіше всього до кінцевого. Схему живлення каскадів вибирають виходячи із заданої стабільності і діапазону зміни температури оточуючого середовища. При орієнтованості на інтегральне виконання підсилювача намагаються виключити зі схеми індуктивні елементи, конденсатори і резистори з великими номіналами, що споживають велику потужність, мають значні паразитні параметри, займають багато місця, впливаючи на габарити і масу проладу. . Уніфікація та використання стандартизованої елементної бази дозволяє спростити технологічні процеси виготовлення, обслуговування та ремонту пристрою, знизити його складнісь та вартість. Новітня елементна база дозволяє забезпечувати високоякісні показники на широкому діапазоні частот, при різних температурах, тиску та вологості. Загальна мініатюризація дозвляє підвищити якісні та естетичні властивості приладу, зменшити масогабарити Поєднати вище описані напрямки при проектуванні приладів дозволяє використання сучасної елементної бази, оптимізація процесу проектуваннявцілому та застосування ЕОМ. Критичний аналіз сучасного стану проектування ПНЧ. Підсилювачі низької частоти набули широкого практичного застосування як у побуті так і у виробництві, є невід’ємною частиною будь-якої сучасної телерадіоапаратури. Зараз важко уявити життя без використання цих пристроїв. Існує багато підходів до проектування ПНЧ. Вони поділяються залежно від сфери застосування ПНЧ та вимог до його параметрів та характеристик. Зараз найпоширенішими є підсилювачі для побутової та професійної телерадіоапаратури. До цього класу можна віднести і даний спроектований прилад( виходячи з технічного звдання). Найпростішим підсилювачем є транзистор виконаний по одній з трьох можливих схем підключення (зі спільним колектором, базою чи емітером) Звичайно такі підсилювачі не можуть забезпечити бажаних характеристик та якісних показників, тому на сучасному етапі розвитку проектування якісних ПНЧ застосовують модульний підхід, при якому ПНЧ отримують шляхом комбінації елементарних підсилювачів. На даний час промисловість освоїла випуск інтегральних багатокаскадних підсилювачів різного типу і призначення. Вони є готовими функціональними вузлами з відомими параметрами. Комбінуючи та з'єднуючи їх між собою відповідним чином, реалізують багатокаскадні підсилювачі, що мають потрібні параметри та характеристики перетворення. Трансформаторний тип використовують рідше через великі габарити, неможливість їх мікромініатюризації, високу вартість, складність виготовлення та підвищених нелінійних спотворень. Але все ж таки трансформаторний зв'язок може бути успішно застосований при необхідності отримання максимального підсилення по потужності. Проектування багатокаскадного підсилювача рекомендується починати з вибору його структурної схеми та вибору мікросхем, що входять до неї, з врахуванням потреб, які вимагаються від підсилювача. Потім вирішують питання про те, чи забезпечують вибрані мікросхеми отримання заданих параметрів в підсилювачі, чи потрібні вхідні та вихідні пристрої. Якщо готовий інтегральний підсилювач може бути використаний для реалізації підсилення з потрібними параметрами, то його вводять в склад підсилювача, а специфічні потреби задовольняють за рахунок введення зворотніх зв'язків. Деколи потрібно додатково вводити потужний вихідний каскад, а також вхідний каскад з високим або дуже малим вхідним опором. Підсилювач не можна виконати з набору готових інтегральних мікросхем, його проектують на дискретних компонентах. Порядок розробки принципової схеми в більшому залежить від вимог, які пред'явлені до підсилювального пристрою. Якщо задані вихідна потужність та вихідний опір підсилювача, то проектувати слід починати з вихідного каскаду, а потім переходити до проектування попередніх каскадів. Якщо задане значення вхідного опору, то в першу чергу потрібно визначити яким шляхом воно буде отримане, то виходячи з цього проектувати вхідний пристрій та, останню частину підсилювача. Якщо ж задані вхідні та вихідні параметри, то спочатку вирішуються питання реалізації вхідного та вихідного каскадів, а потім проектуючи частину підсилювача, яка зв'язує вхідний та вихідний каскади. Виходячи з допустимої нестабільності коефіцієнта підсилення та отримання потрібнихпараметрів, зразу ж повинно бути вирішенепитання про вид зворотного зв'язку та йогоглибину. Так як із зведенням зворотного зв'язку,коефіцієнт підсилення зменшується, то це повиннобути враховано при виборі кількості інтегральнихсхем. Вирішивши питання про 'структуру підсилювача та кількість мікросхем, глибину зворотного зв'язку, складають орієнтовну структурну схему. Структурна, схема багатокаскадного підсилювача . В такому підсилювачі сигнал з виходу одного каскаду подається на вхід наступного. Каскади нумеруються в зростаючому порядку від входу до виходу. Перший каскад називається вхідним, останній вихідним, всі інші каскади попередні,. Каскади можуть бути підсилювачами напруги або струму. Попередні каскади призначені для підсилення напруги, струму і потужності сигналу до величини, яка потрібна для роботи вихідного каскаду. Вихідний або останній каскад служить. для одержання на навантаженні вказаної потужності при як найвищому можливому коефіцієнту корисної дії, і низькому коефіцієнту нелінійних гармонік. Вихідний каскад і його схему будемо вибиративиходячи з умови високого коефіцієнту корисноїдії. та малих нелінійних спотворень та досить надійної роботи його елементів, та частотних спотворень.Існують трансформаторні та безтрансформаторні каскади. Переваги трансформаторних в тому, що легше узгоджувати опори каскадів та навантаження, а також використовувати їх на великих потужностях. Але вони мають великі масу і габарити при врахуванні трансформаторів, а також меншу смугу пропусканняі значні частотні спотворення за рахунок трансформаторів а) Схема однотактного підсилювача потухності на транзисторі зі спільним емітером. б) Схема однотактного підсилювача потухності на транзисторі зі спільною базою. Однотактні вихідні каскади переважно працюють в класі А. Двотактні вихідні каскади, які дістали широке застосування, мають ряд переваг в порівнянні з однотактними. Кожен транзистор в , плечі підсилює відповідно додатну чи від'ємну півхвилю і працюють вони переважно в класі В. Вони мають виший коефіцієнт корисної дії, оскільки не має втрат енергії на струм завдання режиму в класі А. в) Схема двотактного безтрансформаторяого вихідного підсилювача потужності. Виходячи зі завдання можна визначити, що при використанні схеми в) .На вході каскаду має бути струм, який буде завеликий. І тому потрібно буде 'ставити ще один каскад такого типу. Щоб уникнути цього ускладнення і враховуючи усі переваги двотактних вихідних підсилюючих каскадів використовуємо схему г) . г ) ) Схема двотактного безтрансформаторяого вихідного підсилювача потужності на складових транзисторах. В цій схемі вихідного каскаду в кожному плечівикористовується два транзистора, цього достатньо для підсилення струму порядку кілька міліампер до кількох ампер. В таких схемах для різних плеч каскаду використовуються комплементарні пари транзисторів, що мають, близькі за значенням параметри, але мають. протилежний тип переходів. На вході цього каскаду напруга буде лежати в межах 10 - 12 вольт що може забезпечити операційний підсилювач. Коефіцієнт підсилення напруги, що необхідно буде одержати на цьому операційному підсилювачі має бути порядку 20 тис одиниць .. Це вимагає введення додаткових засобів стабілізації. Тому щоб вирішити цю проблему використаємо трьохпідсилювальний каскад на операційних підсилювачах з коефіцієнтом підсиленнязначно нижчим ніж потрібно для одного каскаду. Коефіцієнт підсилення, що потрібний, забезпечимо за допомогою введення від'ємного зворотного зв'язку на інверсний вхід підсилювача. При цьому використаємо таке включення каскадів Між каскадами стоять конденсатори для відділення постійної складової струму. На вході ставимо з цих же самих міркувань ще один конденсатор . Отже виходячи з попередніх міркувань складемо структурну схему підсилювача низької частоти, який задовольняє вимогам умови завдання. Така конструкція ПНЧ забезпечує оптимальне досягнення заданих характеристик та небхідних показників . Вхідний каскад - узгоджує джерело сигналу з наступними каскадами, та реалізує динаміний захист за напругою по входу; Каскад попереднього підсилення 1- здійснює попереднє підсилення вхідного сигналу до значення придатного до регулювання без спотворення,яке може створити просте наближеня руки людини до регулювального пристрою, регулює сигнал перед подачею на наступний каскад; Каскад попереднього підсилення 2- здійснює наступне підсилення сигналу ; Каскад попереднього підсилення 3- забезпечеє додаткове підсилення та корекцію нелінійності роботи наступного каскаду; Каскад підсилення потужності - виконує необхідне підсилення потужності в режимі роботи який забезпечує максимальний ККД, узгоджує навантаження з попереднім каскадом та здійснює двоступеневий динамічний захист від короткого замикання по виходу. Розрахунок вихідного безтрансформаторного каскаду. Розрахунок ПНЧ будемо проводити з кінця, тобто з вихідного каскаду, враховуючи відомий опір навантаження та вихідну потужність. Вихідні данні : РВИХ=4 Вт ; RН=10 Ом ; Визначимо потужність джерела живлення : ; Приймаємо ЕК=12 В. Максимальна амплітуда струму та напруги на навантажені: Вибираемо значення струму спокою транзисторів VT1 і VT2: Максимальна потужність що розсіюється колекторним переходом : Вибирємо тип транзисторів VT5 VT6 : Вибираю транзистори КТ816В і КТ817В Потужність що розсіюється кожним з вихідних VT Беремо типу С2-33-0.5-1.1кОм (5% Вибирємо тип транзисторів VT3 VT4 : Вибираю транзистори КТ502В і КТ503В Максимальний робочий струм при відкритому VT5 Мінімальна потужність резистора повина бути: Вибираємо резистори типу С2-33-1.1кОм5% Максимальний струм бази в неробочому режимі транзистора VT5 Максимальнийробочий струм бази в колі бази транзистора VT5 Резистор вибираємо з умови: , Вибираємо резистор типу С2-33-0.5-11кОм5% Розрахунок параметрів діодів Вибираємо діоди типу Д401А з параметрами : Беремо 4 діоди: Допустима напруга що може падати на Розрахунок операційного підсилювача (ОП) Знаходимо швидкість наростання на виході ОП: Вибираю ОП типу К574УД3 В даному ОП використовуються стандартні конденсатори та резистори вибираю типу С2-33-0.5-2.2МОм (5% вибираю типу С2-33-0.5-150кОм (5% Загальний коефіцієнт підсилення: Розрахунок ОП 3 Допустимий дрейф на виході ОП Опір ізоляції за умов підвищеної вологості може зннаходитись в таких же межах і шунтувати резистор , тому виберемо типу С2-33-0.5-1МОм (5% Вибираємо вибираю С2-33-0.5-110кОм (5% Реальний Вибираємо , щоб зменшити вплив опору джерела сигналу при великому струм типу С2-33-0.5-1.1МОм (5% Розрахунок ОП 2 Допустимий дрейф на виході ОП Опір ізоляції за умов підвищеної вологості може зннаходитись в таких же межах і шунтувати резистор , тому виберемо типу С2-33-0.5-1МОм (5% Вибираємо типу С2-33-0.5-24кОм (5% Реальний Вибираємо , щоб зменшити вплив опору джерела сигналу при великому струмі типу С2-33-0.5-1.1МОм (5% Розрахунок ОП 1 Допустимий дрейф на виході ОП Опір ізоляції за умов підвищеної вологості може зннаходитись в таких же межах і шунтувати резистор , тому виберемо типу С2-33-0.5-1МОм (5% Вибираємо типу С2-33-0.5-2 кОм (5% Реальний Вибираємо , щоб зменшити вплив опору джерела сигналу при великому струмі типу С2-33-0.5-1.1МОм (5% Загальний реальний коефіцієнт підсилення: Розрахунок дільника Вибираю типу С2-10-0.5-470 кОм (5% Розрахунок технічних показників пристрою Коефіцієнт гармонік ПНЧ знаходимо на основі коефіцієнту гармонік , що буде на вихідних транзисторах великої потужності.Інші ланки спотворюють сигнал дуже мало, тому цим можна знехтувати.Розрахунок за допомогою побудови прохідної характеристики . Будуємо прохідну характеристику знаходячи потрібні дані з вихідних і вхідних характеристик транзистора VT5 0.06 0 0.55 0.55 0.34 5 0.8 1.533 0.66 10 0.85 2.316 0.95 20 0.9 3.833 1.08 25 0.93 4.596 Вибираємо п’ять точок на наскрізній характеристиці Перевіряємо правильність знайдених струмів: Граничний коефіцієнт гармонік без зворотнього зв’язку Розрахунок з врахуванням зворотнього зв’язку: Розрахунок теплового режиму: Потужність вихідного транзистора становить , тому необхідно встановити на транзистор радіатор, мінімальна площа якого: -допустима температура переходу транзистора - максимальна температура навколишнього середовища (згідно ТЗ ) Радіатор з площею поверхні рівною 24 см2 Вибір діодів VD1 і VD2 Вибираємо КД103А Вибір резистора Вибираємо Розрахунок захисту по струму на виході Вибираю пару транзисторів КТ502В і КТ503В Вибираємо Розрахунок світло діодів: Вибираю світлодіоди VD6 VD7 типу AЛ 102ВM Параметри: Вибираємо типу С2-33-0.5-1кОм (5% Вибір конденсаторів Вибираю типу КМ-6-50В-47нф (5% Вибираю типу КМ-6-50В-47нф (5% Вибираю типу КМ-6-50В-33нф (5% Вибираю типу КМ-6-50В-33нф (5% Вибираю типу К50-6-25В-50мкф (5% Вибираю типу К50-6-25В-1000мкф (5% Конструкторсько-технічна документація. Опис конструкції приладу. Корпус приладу складається з одної алюмінівої кришки. На передній панелі конструкції розміщенні: перемикач живлення, два індикатора (які показують наявність живлення) і регулятор виходу ( який здійснює регулювання вихідної потужності приладу). Перемикач кріпиться до передньої панелі за допомогою різби на ньому і гайки. Регулятор потужності кріпеться за допомогою двох болтів і двох гайок, а пластмасова ручка – одним болтом. На задній панелі кріпиться гніздо для живлення , а також два гнізда для вхідного і вихідного сигналу, заземлення і панелька для запобіжників. Гнізда входу виходу кріпляться до панелі за допомогою двох болтів з гайками. Верхня кришка кріпиться до основи приладу за допомогою двох гвинтів. Ніжки приладу впресовані в корпус. Плата кріпиться до нижньої панелі за допомогою чотирьох гвинтів. На монтажній платі в нас знаходяться радіоелементи , зокрема радіатори. Література : Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. – Киев: Высшая школа, 1983 Гершунский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники. - Киев: Высшая школа, 1989 Виноградов Ю.В. Основы электроники и полупроводниковой техники. ----Москва : Энергия, 1972 Зойгивилло Г.В. Усилительные устройства. –Москва : Радио и связь, 1983 Справочник конструктора РЕА . Общие принципы конструирования /Под редакцией Р.Г.Варламова – Москва : Советское радио, 1980 Гель П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и миниатюризация радиоэлектронной аппаратуры. –Ленинград : Энергоатомиздат, 1984 Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. –Москва : Энергия, 1967 Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. –Киев : Техника, 1977. Перелік елементів Позн. Найменування Кіль-ть Примітка Конденсатори ГОСТ2519-67 С1 КМ-6-50В-47нФ(5% 1 С2 КМ-6-50В-5.1пФ(1% 1 С3 КМ-6-50В-62нФ(5% 1 С4 КМ-6-50В-33нФ(5% 1 С5 КМ-6-50В-5.1пФ(1% 1 С6 КМ-6-50В-33нФ(5% 1 С7 КМ-6-50В-5.1пФ(1% 1 С8 К50-6-25В-50мкФ(5% 1 С9 К50-6-25В-1000мкФ(5% 1 Резистори ГОСТ 2825-64 R1 С2-33-0.5Вт-47кОм(5% 1 R2 С2-33-0.5Вт-2.2МОм(5% 1 R3 С2-33-0.5Вт-1.1МОм(5% 1 R4 С2-33-0.5Вт-2кОм(5% 1 R5 С2-33-0.5Вт-1МОм(5% 1 R6 С2-33-0.5Вт-150кОм(5% 1 R7 С2-10-0.5Вт-470кОм(5% 2 R8 С2-33-0.5Вт-2.2МОм(5% R9 С2-33-0.5Вт-1.1МОм(5% 1 R10 С2-33-0.5Вт-24кОм(5% 1 R11 С2-33-0.5Вт-1МОм(5% 1 R12 С2-33-0.5Вт-150кОм(5% 1 R13 С2-33-0.5Вт-2.2МОм(5% 1 R14 С2-33-0.5Вт-1.1МОм(5% 1 R15 С2-33-0.5Вт-110кОм(5% 1 R16 С2-33-0.5Вт-150кОм(5% 1 R17 С2-33-0.5Вт-1МОм(5% 1 R18,19 С2-33-0.5Вт-11кОм(5% 2 R20,21 С2-33-0.5Вт-1.1кОм(5% 2 R22,23 С5-16-0.125Вт-1.5Ом(5% 2 R24,25 С5-16-0.125Вт-1кОм(5% 2 Транзистори ГОСТ 20003 – 74 VT1,VT3 КТ503В 2 VT2,VT4 КТ502В 2 VT5 КТ816В 1 VT6 КТ817В 1 Діоди ГОСТ20003-74 VD1,VD2 КД103А 2 VD3..6 Д401А 2 Світлодіод VD7,VD8 АЛ102ВМ 2 Запобіжник F1,F2 ВПІ-1-3А-100В 2 Перемикач SB1 ПМ-3П-3М 1

Пояснювальна записка до курсового проекту Інші

ilona-max

06.02.2014 19:02-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись