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:
ІКТА
Факультет:
УІ
Кафедра:
ЗІ
Інформація про роботу
Рік:
2017
Тип роботи:
Курсовий проект
Предмет:
схемотехніка пристроїв технічного захисту інформації
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
Кафедра ЗІ,
ІКТА
Курсовий проект
З курсу: «Схемотехніка пристроїв технічного захисту інформації»
на тему: «ПІДСИЛЮВАЧ НИЗЬКОЇ ЧАСТОТИ»
Варіант - 1
Зміст
Технічне завдання…………………………………………………….. 3
Вступ…………………………………………………………………… 4
Ескізний розрахунок структурної схеми…………………………….. 7
Електричний розрахунок принципової схеми
4.1. Розрахунок двотактного емітерного повторювача на транзисторах
різного типу провідності……………………………………………….. 9
4.2. Розрахунок вхідних каскадів на операційному підсилювачі… ….11
Моделювання роботи схеми в програмі Microcap …………………… 14
Частотний аналіз роботи підсилювача…………………………………15
Перелік розрахованих елементів……………………………………......16
Висновок……………………………………………………………….. 17
Список використаної літератури………………………………………. 18
Технічне завдання
Розрахувати Підсилювач низької частоти, який би відповідав наступним вимогам:
Потужність на навантаженні Вт;
Опір навантаження Ом;
Коефіцієнт гармонік ;
Нижня гранична частота Гц;
Верхня гранична частота кГц;
Допустимі частотні спотворення на нижній граничній частоті дБ
Допустимі частотні спотворення на верхній гранічній частоті дБ
Напруга вхідного сигналу мВ;
Опір джерела сигналу кОм;
Діапазон регулювання вихідної потужності дБ;
Температура навколишнього середовища ◦С
Вступ
Характерною особливістю сучасних електронних підсилювачів є виняткове різноманіття схем, по яким вони можуть бути побудованими.
Підсилювачі відрізняються по характеру підсилювальних сигналів: підсилювачі гармонічних сигналів, імпульсні підсилювачі і т. д. Також вони відрізняються по призначенню, числу каскадів, роду електроживлення та іншим показникам.
Однак одним із найбільш вагомих класифікаційних ознак є діапазон частот електричних сигналів, в межах якого даний підсилювач може задовільно працювати.
Підсилювачі низької частоти, призначені для підсилення неперервних електричних сигналів, частотний діапазон яких лежить в межах від десятків герц до десятків кілогерц. Характерною особливістю ПНЧ є те, що відношення верхньої підсилювальної частоти до нижньої велике і зазвичай становить не менше кількох десятків.
Сучасні підсилювачі низької частоти реалізуються переважно на біполярних і польових транзисторах в дискретному або інтегральному вигляді, при чому підсилювачі в мікровиконанні відрізняються від своїх дискретних аналогів, основним чином, конструктивно-технічними характеристиками.
В якості джерела вхідного сигналу в підсилювачах низької частоти можуть входити мікрофон, звукознімач, попередній підсилювач. Більшість із джерел вхідного сигналу розвивають дуже низьку напругу. Подавати його безпосередньо на каскад підсилювача потужності не має змісту, оскільки при слабкій керуючій напрузі неможливо отримати значні зміни вихідного струму, і відповідно, вихідної потужності. Тому в склад структурної схеми підсилювача, крім вихідного каскаду, що видає необхідну потужність, входять і каскади попереднього підсилення.cv v
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 К140УД16 з наступними основними параметрами: ЕЖ = ( 12,5 В; RH = 5 кОм; Ioп= 12 мА; ( = 0,2 В/мкс; К0 = 20000; FТ = FГР= 8 МГц; Uн= 5,7 B.
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. Тому на виході схеми використовується двотактний емітерний повторювач на транзисторах різного типу провідності.
Визначаємо кількість каскадів на операційному підсилювачі, необхідних для забезпечення заданого коефіцієнта підсилення:
отже необхідно використати два каскади на операційних підсилювачах.
Рис.1. Структурна схема підсилювача низької частоти.
Для забезпечення необхідної амплітуди струму на навантаженні в якості вихідного каскаду вибирємо схему двотактного емітерного повторювача на транзисторах різного типу провідності.
4.1. Розрахунок двотактного емітерного повторювача на комплементарних транзисторах.
Розраховуємо номінальні величини елементів та вибираємо режими роботи вихідного емітерного повторювача.
IH = UH/RH =3,87 / 5= 0,774 А.
IК0 = (0,05...0,15) IH = (38,7...116,1) мА.
Вибираємо IК0 = 50 мА.
Для вихідного каскаду вибираємо транзистори VT1 типу KT815A та VT2 типу KT814A з наступними ідентичними параметрами і вихідними вольт-амперними характеристиками,що подані на Рис.2 і Рис.3 :
UКД = 25 В;
IКД = 150 мА;
РКД = 1 Вт;
h21Е = 40...80;
CК = 60 пФ;
( = 5500 пс;
FT = 3 МГц;
Iок=50 мкА
Рис.2. Вихідні ВАХ транзистора KT815A
Рис.3.Вихідні ВАХ транзистора KT814A
Розраховуємо максимальний струм бази транзистора VT1:
мА.
Розрахунок проводимо при використанні транзисторів із середньостатистичними параметрами:
.
мА.
Вибираємо IД01=36,4 мА.
Розраховуємо вхідний опір транзистора вихідного емітерного повторювача:
Ом.
Ом.
Ом.
Розраховуємо частотні спотворення вихідного емітерного повторювача на верхній граничній частоті:
МГц.
Ом.
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 С5 =56 мкФ.
Розраховуємо потужність розсіювання на колекторі одного транзистора:Вт.
РК = < РКД, отже вибрані транзистори можуть використовуватися в даній схемі.
Розраховуємо потужність, яка споживається від джерела живлення:
Вт.
Для вибору початкового режиму роботи транзисторів вихідного каскаду використовуємо резистори:
R9=R10 = Ом, вибираємо R9=R10=220 Ом.
P9=P10=0,29 Вт.
R11=R12=Ом. Вибираємо R11=R12=27 Ом.
P11=P12=0,98 Вт
4.2. Розрахунок вхідних каскадів на операційному підсилювачі.
Значення опору резисторів, які з’єднують неінвертуючий вхід операційного підсилювача з загальною шиною вибираємо з умови:
кOм.
Вибираємо з метою забезпечення мінімального дрейфу вихідного сигналу:
R4 = R2 = 470 кOм.
Р2=Р4=0,032 Вт
R8 =R6=430кОм
Р6=Р8=0,034 Вт
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.
Р1=Р5=1,5 Вт.
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 = 9,1 кОм.
Р3=Р7=1,64 Вт.
Розподіляємо частотні спотворення на нижній граничній частоті між розділювальними та блокувальними конденсаторами. Частотні спотворення для конденсаторів С5 та С6 враховані при розрахунку МНС6 = МНС5ДБ = 1,1 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 = 0,011 мкФ.
мкФ.
Вибираємо С2 = С4 =0,51мкФ.
мкФ.
Вибираємо С3 = 0,01 мкФ
Необхідно відмітити, що живлення вихідного каскаду здійснюється від двох джерел з напругою +9 В та –9 В, а живлення операційних підсилювачів забезпечується двома джерелами з напругою +12,6В та –12,6 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 ( = 0,2В/мкс, яка є більшою від розрахованої, тому його можна використовувати в проектованій схем.
5. Моделювання роботи схеми в програмі Microcap.
Рис. Принципова схема підсилювача в програмі Microcap.
6. Частотний аналіз роботи підсилювача
Рис. Частотний аналіз роботи підсилювача в програмі Microcаp.
7. Перелік розрахованих елементів.
Позначення
Найменування
К-сть
Примітка
Конденсатори
C1
К10- 17 -3,2В - 0,011 мкФ± 5%
1
C2
К10- 17 -3,2В - 0,51 мкФ± 5%
1
C3
К50 –35 – 3,1В - 0,01 мкФ ± 5%
1
C4
К31 –35 – 3,1В - 0,51 мкФ±5%
1
C5
К10 – 23 – 3,4В - 56 мкФ±5%
1
C6
К50 –35 – 3,5В -100 нФ± 10%
1
Резистори
Rdj
39 кОм ± 5 %
1
R1
С2-29В-2 - 10 кОм ± 5 %
1
R2
С2-23-0,062 - 470 кОм ± 5%
1
R3
С2-29В-2 - 9.1кОм ± 5%
1
R4
С2-23-0,062 - 470 кОм ± 5%
1
R5
С2-29В-2 - 10 кОм ± 5%
1
R6
С2-23-0,062 - 430 кОм ± 5%
1
R7
С2-29В-2 - 9.1 кОм ± 5 %
1
R8
С2-23-0,062 - 430 кОм ± 5 %
1
R9
C2–23–0,5 - 220 Ом ± 5 %
1
R10
C2–23–0,5 - 220 Ом ± 5 %
1
R11
C2–23–0,125 - 27 Ом ±10 %
1
R12
C2–23–0,125 - 27 Ом ±10 %
1
RН
С2-29В-2 - 5,1 Ом ± 5%
1
Мікросхеми
DA1, DA2
К140УД16
2
Транзистори
VT1
KT815A
1
VT2
KT814A
1
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 8 із визначенням частотних характеристик та аналізу перехідних процесів, в результаті чого ми пересвідчилися у забезпеченні небохідного рівня підсилення підсилювача.
Список використаної літератури
Електроніка та мікросхемотехніка в 2 ч. Аналогова схемотехніка. Конспект лекцій./ Укл.: Кеньо Г.В., Собчук І.С. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська Політехніка”, кафедра "Захист інформації", 2009. – 220с.
Китаев В.Е., Бакуняев А.А., Колканов М.Ф. Расчет источников электропитания устройств связи: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.А. Бокуняева. – М.: Радно и связь, 1993. – 232 с.
Основи електроніки та їх застосування. Львів – 2003. П.Г.Стахів. В.І. Коруд, О.Є.Гамола.
Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч.1. Электронные устройства информационной автоматики: Учебник / Под общ. Ред.. А.А. Краснопрошиной. – Выща шк. 1989. – 431 с.
Справочное пособие по электротехнике и основам электроники под редакцией проф. А. В. Нетушила.
http://www.microelectronica.ru/tira/C2_14.html
http://radioamator.at.ua/publ/stabilizatori_naprugi/1-1-0-39
https://uk.wikipedia.org/wiki
http://moodle.ipo.kpi.ua/moodle/file.php/83/posibnyk/electron_posibnyk/h.htm
Моделювання та дослідження роботи стабілізованого джерела живлення: Інструкція до лабораторної роботи №6 з дисципліни: “Схемотехніка пристроїв технічного захисту інформації”, ч.1/ Укл.: Кеньо Г.В., ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2014. ( 12 с.
19.06.2019 05:06-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора