Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
курсач
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Комп'ютеризовані системи автоматики
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Електроніка охорони, безпеки та сигналізації
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет “Львівська політехніка”
Кафедра „Комп’ютеризовані системи автоматики”
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
Тема 1
Зміст
Вступ 3
1. Технічне завдання …………………………………………………………………………9
2. Розрахунок електричної принципової схеми ………………………………………………..10
2.1. Розрахунок безтрансформаторного вихідного каскаду 10
підсилення потужності 10
2.2. Розрахунок каскадів попереднього підсилення 14
2.3. Аналіз нелінійних спотворень 18
Список використаної літератури 21
Вступ
Підсилювачі низької частоти (ПНЧ) призначені для підсилення неперервних періодичних сигналів, частотний спектр яких лежить в межах від десятків герц до десятків кілогерц. Сучасні ПНЧ виконуються переважно на біполярних і польових транзисторах в дискретному або інтегральному виконанні.
Призначення ПНЧ в кінцевому підсумку полягає в отриманні на заданому опорі кінцевого навантажувального пристрою необхідної потужності сигналу, що підсилюється.
В якості джерела вихідного сигналу можуть використовуватись такі пристрої як мікрофон, звукознімач, фотоелемент, термопара і т. д. Більшість з перерахованих вище джерел вхідного сигналу розвивають дуже низьку напругу. Подавати її безпосередньо на каскад підсилення за потужністю нема сенсу, оскільки при такій малій керуючій напрузі неможливо отримати значні зміни вихідного струму, а тому і вихідної потужності. Тому в склад структурної схеми підсилювача, що створює необхідну потужність корисного сигналу в навантаження, як правило, входять каскади попереднього підсилення. Електронні підсилювачі низької частоти (ПНЧ) призначені для підсилення сигналів змінного струму, частоти яких лежать в інтервалі від низької частоти fн до якоїсь верхньої частоти fв. Вони використовуються в різноманітних за призначенням технічних пристроях, що розрізняються за смугою робочих частот, за характером навантаження та умовами застосування.
Особливості ПНЧ, вимоги до їхніх показників багато в чому визначаються характером навантаження й умовами їхнього застосування. Навантаження в переважній більшості випадків носять комплексний характер, будучи електромагнітним або електростатичним пристроєм. Умови застосування ПНЧ визначають діапазон змін температур навколишнього середовища, у якому підсилювач повинний зберігати повну працездатність. Коло вимог до ПНЧ із досить широкою смугою робочих частот зв'язаний, в основному, з інтервалом робочих частот, у межах якого корисний сигнал повинен підсилюватися з припустимими частотними і нелінійними спотвореннями. ПНЧ із вузькою або фіксованою робочою частотою призначені, в основному, для роботи на демодулятори або двофазні індукційні двигуни. Основні вимоги до таких підсилювачів зв'язані з фазо-частотною характеристикою. Однак відзначені особливості ПНЧ не виключають загального підходу до проектування.
Розглянуті підсилювачі характеризуються різними конструктивними й енергетичними показниками. До перших можна віднести масу і габарити, виділення тепла, стійкість до механічних та інших впливів. До енергетичних варто віднести показники, що характеризують режим роботи транзисторів, властивості підсилювачів стосовно сигналу змінного струму. Найважливішими з них є коефіцієнт підсилення за напругою (струмом, потужністю), його стабільність, смуга робочих частот, коефіцієнт частотних спотворень, кут зсуву фази між вхідним і вихідним сигналом, вхідний і вихідний опір, коефіцієнт нелінійних спотворень. Про такі показники ПНЧ можна сказати наступне: якщо в підсилювачі не передбачені спеціальні методи стабілізації, то його коефіцієнт підсилення може змінитися в широких межах через великий технічний розкид параметрів транзисторів.
Транзисторні підсилювачі мають порівняно невелику верхню граничну частоту підсилення, якщо у вихідному каскаді використаний потужний транзистор. Разом з комплексними ланцюгами зв'язку це приводить до значних частотних спотворень підсилювального сигналу. Нелінійність вольт-амперних характеристик транзистора є джерелом великих нелінійних спотворень на виході підсилювача. Фізичні властивості транзистора як підсилювального елемента визначають низький вхідній і високий (при роботі транзистора в активній області ) вихідний опір підсилювального каскаду.
Для оцінки можливості використання таких транзисторних підсилювачів зіставимо основні параметри з вимогами, що до них часто висуваються. Підсилювач зв'язаний вхідним ланцюгом із джерелом сигналу, що не допускає , як правило, скільки-небудь значних навантажень за струмом. Це змушує шукати шляхи збільшення вхідного опору транзистора в десятки, сотні і тисячі разів . Вхідний ланцюг підсилювача передає підсилений сигнал у навантаження. У багатьох випадках зручно подавати живлення в навантаження або від джерела струму (внутрішній опір підсилювача прямує до нескінченності), або від джерела напруги (внутрішній опір підсилювача близько до нуля). Інакше кажучи, однієї з практичних задач при проектуванні підсилювача є зміна його вхідного опору. Вимоги підвищення точності роботи системи в різних кліматичних пристроях змушують стабілізувати коефіцієнт підсилення. У підсилювачах, що працюють у радіотехнічних системах, завжди тверді вимоги пред'являються до частотних спотворень, а в підсилювачах системи автоматики, що керують двигунами змінного струму, до зменшення фазового зсуву. Звичайно, без спеціальних заходів, транзисторні підсилювачі не задовольняють цим вимогам.
Таким чином, умови застосування транзисторних підсилювачів у різних електронних пристроях намічають визначену спрямованість у зміні властивостей ПНЧ. Ці задачі ускладнюються вимогами збереження працездатності підсилювача в широкому температурному діапазоні оточуючого середовища.
Розвиток підсилювачів нерозривно пов'язаний з появою й удосконалюванням підсилювальних елементів - спочатку ламп, потім транзисторів, інтегральних схем та інших електронних приладів, що підсилюють електричні сигнали.
Лампова підсилювальна техніка стала розвиватися в результаті появи в 1904р. вакуумного діода, винайденого американським інженером Флемінгом, і особливо після винаходу Форестом у 1907р. вакуумного тріода.
У розвиток теорії і техніки підсилювачів внесли свій внесок і вітчизняні фахівці. Так, у 1910р. В.І. Коваленков створює підсилювач на тріоді, а в 1915р. демонструє на всеросійському з'їзді інженерів - електриків перші у світі макети телефонних підсилювачів для міжнародного зв'язку, що виявилися кращими серед аналогічних підсилювачів, запропонованих фахівцями з інших країн. Підсилювачі, розроблені В.І. Коваленковим, були використані в 1922р. на телефонній лінії між Москвою і Ленінградом, а в 1931р. - між Москвою і Кузбасом.
У 1918р. була заснована Нижньогородська радіолабораторія, керована М.А. Бонч - Бруєвичем, що освоїла випуск малопотужних підсилювальних, а також малопотужних генераторних ламп, використовуваних, відповідно в радіоприймальній і радіопередавальній апаратурі. Молодий співробітник радіолабораторії О.В. Лосєв відкрив у 1922р. властивість кристалічного детектора підсилювати і генерувати електричні коливання. Роботи О.В. Лосєва, безсумнівно сприяли винаходові в майбутньому транзистора. У 1925р. А.И. Берг розробив теорію лінеаризації лампових характеристик, створив основи методики інженерного розрахунку підсилювачів. У першій великій монографії А.И. Берга "Основи радіотехнічних розрахунків підсилювачів" докладно аналізував усі відомі в той час лампові каскади. Подальший розвиток теорії і розрахунку підсилювачів було відбито в роботі М.Т. Марка "Підсилювачі низької і високої частоти (розрахунок і проектування)" і "Підсилювачі низької частоти".
Різкий стрибок у покращенні показників підсилювачів відбувся в результаті застосування в них від’ємного зворотного зв'язку, який був запропонований в 1927р. американським інженером Х. Блеком.
В другій половині 30-х років починають створюватися широкосмугові підсилювачі гармонічних та імпульсних сигналів, призначені для телебачення, радіолокації і т.д. Значне місце в розробці таких підсилювачів займають роботи Г.В. Брауде, а також О.Б. Лур'є, що запропонував проведення їхнього аналізу і розрахунку на основі використання перехідних характеристик.
Транзисторна підсилювальна техніка одержала можливість свого розвитку після винаходу в 1948р. американськими вченими Дж. Бардін, У. Браттейном і У. Шоклі триелектродного напівпровідникового підсилювального елемента - транзистора, що став швидко витісняти електронну лампу з радіотехнічних пристроїв . Великий внесок у розвиток теорії підсилювачів внесли такі вчені як
Х. Найквест, а також Р. Борде, перу якого належить відома монографія "Теорія ланцюгів і проектування підсилювальних пристроїв зі зворотним зв'язком".
Визначену роль у розвитку теорії і практики підсилювачів зіграли роботи вітчизняних учених Г.С. Цикіна, Г.В. Войшвілло, С.Н. Кризі , Н.Л. Безладнова, А.Г. Муродяна й інші .
60-ті роки нинішнього сторіччя ознаменувалися створенням лауреатами Нобелівської премії академіками Н.Г. Басовим і А.М. Прохоровим квантових підсилювачів, здатних працювати в радіодіапазоні. Ці підсилювачі стали застосовувати в оптичних системах, системах зв'язку, космічних системах радіолокації, медичній техніці і т.д. У цей же період були продовжені (початі ще в 1945р.) роботи зі створення більш досконалої апаратури для систем передачі з використанням кабельних ліній. Пізніше за розробленою (у період з 1945 до 1960р.) апаратурою на 24 і 60 телефонних каналів до 1960р. було розроблено і впроваджене устаткування більш складної системи ДО-1920 (на 1920 каналів), що дозволяють передавати поряд з телефонними сигналами і телепрограми. Ця система мала спектр робочих частот 312 - 8524 КГц по однополосному способі. Надалі був створений удосконалений варіант цієї системи ДО-1920У.
В апаратурі систем передачі немаловажна роль приділяється лінійним підсилювачам, що входять у її склад, а так само пристроям автоматичного регулювання посилення й амплітудно-частотної корекції.
Згодом була створена система ДО-3600 ( на 3600 каналів ), що працює в діапазоні частот 0,8. . 18 МГц. У свій час була розроблена апаратура системи ДО-5400 зі смугою частот до 30 МГц і система ДО-10800 ( на 10800 каналів ).
Прагнення до подальшого удосконалювання підсилювальної техніки, поліпшенню її показників, привело наприкінці 60-х років до створення підсилювачів на основі інтегральної (планарної) технології. Підсилювачі, виконані за допомогою цієї технології, мають малі габарити й енергоспоживання, мають високу надійність, з хорошими економічними і якісними показниками. У розробку методів аналізу і розрахунку підсилювачів з використанням інтегральних мікросхем внесли значний вклад роботи таких учених, як Л. Хюлсман, Дж. Греш, Р. Відлар, Дж. Ленк, І. Дістав. З вітчизняних фахівців у цій області можна відзначити роботи В.А. Шило, А.Г. Алексенко, Е.А. Коломбер, А.Г. Остапенко, Д.Е. Полиннікова.
В останні роки швидкими темпами розвивається оптоелектроніка, що представляє розділ науки і техніки, що поєднує як оптичні , так і електронні явища, зі створенням на цій основі різних приладів, схем і систем. Зокрема , усе ширше використовуються волоконно-оптичні системи зв'язку, до складу яких входять і підсилювальні пристрої . Помітну роль у розвитку технічного прогресу взагалі і підсилювальної техніки зокрема зіграло створення ЕОМ. Машинне проектування електронних схем, у тому числі й електронних підсилювачах, являє собою порівняно нову область науки і техніки - схемотехнічне проектування.
Спочатку ЕОМ використовували для одержання оптимальних результатів роботи підсилювальних елементів, основних параметрів і характеристик, зокрема амплітудно - частотних характеристик і фазо - частотних характеристик. Згодом за допомогою ЕОМ стали вирішуватися задачі синтезу, у тому числі і коригувальних LCR - елементів у ланцюгах міжкаскадних зв'язків, у ланцюгах зворотного зв'язку, а також у частотно-формуючих ланцюгах на вході і виході підсилювача.
Із широким застосування інтегральних схем машинне проектування мікроелектронних пристроїв прийняло форму системи автоматизованого проектування.
Основними технічними показниками ПНЧ є: коефіцієнт підсилення (за напругою, струмом, потужністю), вхідний і вихідний опори, вихідна потужність, коефіцієнт корисної дії, номінальна вхідна напруга (чутливість), діапазон підсилюваних частот, динамічний діапазон температур, амплітуд і рівень власних шумів, а також показники, що характеризують нелінійні, частотні і фазові спотворення сигналу, що підсилюється.
Коефіцієнт підсилення. Коефіцієнтом підсилення за напругою називається величина, що вказує в скільки разів напруга сигналу на виході підсилювача більша ніж на вході.
Для багатокаскадних підсилювачів загальний коефіцієнт підсилення дорівнює добутку коефіцієнтів підсилення окремих каскадів:
Вхідний і вихідний опір. Вхідний опір підсилювача являє собою опір між вхідними затискачами підсилювача. Вихідний опір визначають між вхідними затискачами підсилювача при відключеному опорі навантаження.
Вихідна потужність – це корисна потужність, що забезпечується підсилювачем в навантажувальному опорі.
Номінальна вхідна напруга (чутливість) – являє собою напругу, яку необхідно підвести до підсилювача, щоб забезпечити на виході необхідну потужність.
Діапазон підсилюваних частот. Діапазон або смуга пропускання підсилювача – це область частот, в якій коефіцієнт змінюється не більше, ніж це допустимо за технічними умовами.
Рівень власних завад підсилювача. Причини виникнення завад на виході підсилювальної ланки є різноманітними. Їх можна поділити на три основні групи: теплові шуми, шуми підсилювальних елементів, завади через пульсації напруги живлення і накладок зі сторони електричних і магнітних полів.
Спотворення в підсилювачах. При підсиленні електричних сигналів можуть виникнути нелінійні, частотні і фазові спотворення. Нелінійні спотворення являють собою зміну форми кривої підсилених коливань, що викликана нелінійними властивостями схеми. Частотними називаються спотворення, що обумовлені зміною величини коефіцієнта підсилення на різних частотах. Причиною частотних спотворень є наявність в схемі підсилювача реактивних елементів.
2. Розрахунок електричної принципової схеми
2.1. Розрахунок безтрансформаторного вихідного каскаду
підсилення потужності
/
Рис.1. Схема безтрансформаторного вихідного каскаду підсилення потужності
Визначимо значення напруги джерела живлення підсилювача потужності
де – напруга насичення вихідного транзистора, переважно для потужних транзисторів
Приймаємо напругу живлення каскаду з врахуванням нормалізованого ряду напруг живлення 27 В.
Максимальний струм колектора вихідних транзисторів:
Максимальне амплітудне значення напруги на навантажені
Максимальна потужність, яка розсіюється на колектора вихідних транзисторів
Гранична частота підсилення транзисторів в схемі з спільним емітером
.
Отже виберемо вихідні транзистори типу КТ503А з параметрами:
Тип транзистора
fα,
МГц
h21e,
(β)
Ск,
пФ
τкб,
пс
Ік.0,
мкА
Uке.макс,
В
Ік.доп,
А
Pк.доп,
Вт
Rt.пк,
оС/Вт
Транзистори кремнієві, провідність (n-p-n)
КТ815А
3
≥40
60
50
40
1,5
10
10
Розраховуємо значення резисторів R3 і R4
.
Приймаємо R3 = R4 , резистор С2-33-0,125-8,2 кОм ±5%
Визначаємо опори в колі емітера транзистора VT2 для змінного струму
Розраховуємо амплітудне значення струму колектора, яке повинен забезпечити транзистор VT2
Визначаємо максимальне амплітудне значення вихідної напруги цього транзистора
Потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора
Вибираємо VT1,VT2 – транзистор типу КТ201Г, а транзистор VT3 – типу КТ202Г, які мають такі електричні параметри:
Тип транзистора
fα,
МГц
h21e,
(β)
Ск,
пФ
τкб,
пс
Ік.0,
мкА
Uке.макс,
В
Ік.доп,
А
Pк.доп,
Вт
Rt.пк,
оС/Вт
Транзистори кремнієві, провідність (n-p-n)
КТ201Г
10
70-210
20
1
10
0,02
0,15
556
Транзистори кремнієві, провідність (p-n-p)
КТ202Г
5
40-160
25
1
30
0,01
0,015
Розраховуємо струм бази транзистора VT2
Визначаємо амплітудне значення напруги на вході транзистора VT2
.
Розраховуємо значення опору резистора
Приймаємо Rк1: резистор С2-33-0,125 – 15кОм ±5%.
Знаходимо значення струму колектора транзистора VT1 в режимі спокою
Розраховуємо значення вхідного опору першого каскаду
,
де а – об’ємний опір бази транзистора. Для кремнієвих транзисторів .
де - емітерний опір транзистора VT1:
Приймаємо , резистор типу С2-33-0,125-750 Ом ±5%.
Еквівалентний опір навантаження каскаду на VT1
..
Визначаємо коефіцієнт підсилення першого каскаду на транзисторі VT1
Визначаємо коефіцієнт підсилення вихідного каскаду на транзисторах VT2-VT5, який зібраний за схемою квазікомплементарного повторювача напруги на складових транзисторах
Визначаємо сумарний коефіцієнт підсилення за напругою всього підсилювача
Розраховуємо коло зміщення транзистора VT1. Для цього спочатку знаходимо струм бази транзистора VT1 в режимі спокою:
Приймаємо струм подільника напруги на резисторах R1 і R2 з наступної умови:
Розраховуємо значення резисторів подільника напруги:
Приймаємо R2, резистор типу С2-33-0,125-15 кОм ±5%.
Приймаємо R1, резистор типу С2-33-0,125-130 кОм ±5%.
Еквівалентний опір базового подільника напруги:
Еквівалентний вхідний опір каскаду з врахуванням базового подільника напруги:
.
Обчислимо значення опорів захисту ,
.
Приймаємо R5 , R6 типу С5–16–2– 18 Ом ±5%.
Визначаємо вихідний опір підсилювача:
.
Розподіляємо рівень частотних спотворень між конденсаторами каскаду:
Мн1(дб)=0,2 Дб, Мн2(дб) =0,3 Дб.
Розраховуємо значення ємностей розділювальних конденсаторів:
Приймаємо С1, конденсатор типу К53-7–30В –0,1 мкФ.
Приймаємо С2, конденсатор типу К50-16–25В – 30 мкФ.
Діоди VD1÷VD3 призначені для забезпечення термокомпенсованого зміщення квазікомплементарного повторювача напруги на складових транзисторах. Напруга зміщення для такої схеми повторювача повинна складати і формується за рахунок спадів напруг на діодах VD1÷VD3, які ввімкнені в прямому напрямку. Вибираємо кремнієві діоди типу Д223C для яких:
06.06.2018 23:06-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора