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 - 8
Зміст
Технічне завдання………………………………………………………3
Вступ…………………………………………………………………….4
Короткі теоретичні відомості………………………………………….5
Ескізний розрахунок структурної схеми……………………………...7
4.1. Розрахунок двотактного емітерного повторювача на
транзисторах різного типу провідності……………………………….8
4.2. Розрахунок вхідних каскадів на операційному підсилювачі……9
Перелік розрахованих елементів……………………………………...14
Принципова схема підсилювача низької частоти……………………15
Моделювання роботи схеми в програмі Microcap…………………...16
Висновок………………………………………………………………...18
Список використаної літератури………………………………….…...19
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 граничній частоті
дБ
Напруга вхідного сигналу мВ;
Опір джерела сигналу кОм;
Діапазон регулювання вихідної потужності дБ;
Температура навколишнього середовища .
Вступ
Підсилювач низьких частот (ПНЧ) – для підсилення неперервних періодичних сигналів в діапазоні від десятків герц до десятків кілогерц.
Підсилювачі низької частоти найбільш широко застосовуються для підсилення сигналів, несучих мовну звукову інформацію, в цих випадках вони називаються, також, підсилювачами звукової частоти, крім цього ПНЧ використовуються для посилення інформаційного сигналу в різних сферах: вимірювальної техніки і дефектоскопії; автоматиці, телемеханіки і аналогової обчислювальної техніки та в інших галузях електроніки. Підсилювач звукових частот зазвичай складається з попереднього підсилювача і підсилювача потужності. Попередній підсилювач призначений для підвищення потужності і напруги і доведення їх до величин, потрібних для роботи крайнього підсилювача потужності, часто включає в себе регулятори гучності, тембру або еквалайзер, іноді може бути конструктивно виконаний як окремий пристрій. Підсилювач потужності повинен віддавати в ланцюг навантаження (споживача) задану потужність електричних коливань. Його навантаженням можуть бути випромінювачі звуку: акустичні системи, радіотрансляційна мережа або модулятор радіопередавача. Підсилювач низьких частот є невід'ємною частиною всієї звуковідтворювальної, звукозаписувальної та радіотранслюючої апаратури.
На сучасному етапі уніфікація та використання стандартизованої елементної бази дозволяє спростити технологічні процеси виготовлення, обслуговування та ремонту пристрою, знизити його складність та вартість.
Новітня елементна база дозволяє забезпечувати високоякісні показники на широкому діапазоні частот, при різних температурах, тиску та вологості. Загальна мініатюризація дозволяє підвищити якісні та естетичні властивості приладу, зменшити масу і габарити.
Поєднати вище описані напрямки при проектуванні приладів дозволяє використання сучасної елементної бази, оптимізація процесу проектування в цілому завдяки використанню програмних засобів ЕОМ.
Короткі теоретичні відомості
Завдяки сучасній елементній базі вхідні каскади підсилювача низької частоти можуть бути виконані з використанням інтегральних операційних підсилювачів, що дозволяє значно спростити схему.
Операційний підсилювач —підсилювач постійного струму з диференційним входом, що має високий коефіцієнт підсилення. Призначений для виконання різноманітних операцій над аналоговими сигналами, переважно, в схемах з від’ємним зворотним зв’язком (ВЗЗ). Операційні підсилювачі застосовуються в різноманітних схемах радіотехніки, автоматики, інформаційно-вимірювальної техніки. В даний час ОП отримали широке застосування, як у вигляді окремих мікросхем, так і у вигляді функціональних блоків - у складі складніших мікросхем. Така популярність обумовлена тим, що ОП є універсальним блоком з характеристиками, близькими до ідеальних, на основі якого можна побудувати безліч різноманітних електронних вузлів.
Підсилювач низької частоти може бути повністю виконаний на операційних підсилювачах. якщо виконуються наступні умови:
, (1)
де RНОП – допустиме навантаження операційного підсилювача, та
, (2)
де UНОП – допустима напруга вихідного сигналу операційного підсилювача.
Якщо виконується умова (1), але не виконується умова (2), то між виходом операційного підсилювача та навантаженням слід використати каскад на біполярному транзисторі, ввімкненому за схемою зі СЕ, який підсилить сигнал за напругою до необхідної величини.
Якщо виконується умова (2), але не виконується умова (1), то між виходом операційного підсилювача та навантаженням слід використати двотактовий емітерний повторювач на біполярних транзисторах, який підсилить сигнал за струмом, збільшивши потужність, яка віддається в навантаження.
Якщо не виконується жодна з умов, то між виходом операційного підсилювача та навантаженням необхідно використати як схему зі СЕ, так і вихідний емітерний повторювач.
При проектуванні і розрахунку багатокаскадних підсилювачів необхідно вирішувати ряд питань, які не зустрічаються при розгляді окремого підсилювального каскаду. До них відносяться: коефіцієнт підсилення багатокаскадного підсилювача за напругою, сумування спотворень сигналу, які вносять окремі каскади і кола підсилювачів, захист від міжкаскадних паразитних зв’язків, визначення вимог до джерела живлення за напругою живлення та за споживаним струмом.
Коефіцієнт підсилення напруги, струму і потужності багатокаскадного підсилювача К виражається у відносних одиницях і дорівнює добутку коефіцієнтів підсилення окремих каскадів:
(3)
де К1, К2, К3... – коефіцієнти підсилення першого, другого, третього і т.д. каскадів підсилювача.
Якщо коефіцієнти підсилення виражені в логарифмічних одиницях (децибелах), то коефіцієнт підсилення багатокаскадного підсилювача визначається сумою коефіцієнтів окремих каскадів:
К [дБ] = К1 [дБ] + К2 [дБ] + К3 [дБ] +.... (4)
Вказане правило справедливе і для коефіцієнта частотних спотворень М:
М [дБ] = М1 [дБ] + М2 [дБ] + М3 [дБ] + ... (5)
Коефіцієнт гармонік багатокаскадного підсилювача КГ у більшості випадків можна вважати рівним коефіцієнту гармонік його вихідного каскаду (якщо він підсилює сигнал за напругою) або передвихідного каскаду, оскільки амплітуда сигналу в ньому найбільша і тому цей каскад вносить найбільші спотворення:
КГ = КГВИХ. (6)
У тих випадках, коли не можна не рахуватися з нелінійними спотвореннями, які вносяться попередніми каскадами, коефіцієнт гармонік підсилювача знаходять з виразу:
, (7)
де КГ2, КГ3, КГ4 ... – коефіцієнти гармонік 2, 3, 4 каскадів.
Розподіл допустимих на підсилювач частотних спотворень проводять між каскадами таким чином, щоб при невисокій вартості і невеликих розмірах деталей схеми забезпечувались необхідні параметри ПНЧ.
Структурна схема підсилювача може бути подана у вигляді, наведеному на рисунку 1.
Рис. 1. Структурна схема підсилювача низької частоти
Проміжний підсилювач складається з одного або декількох каскадів попереднього підсилення, призначенням яких є підсилення напруги, струму, потужності сигналу до величини, необхідної для подачі сигналу на вихідний каскад. Основна вимога до кожного каскаду попереднього підсилення полягає в отриманні максимального підсилення, оскільки це забезпечить мінімальну кількість каскадів. Якщо джерело сигналу має достатньо потужний для подачі на вхід вихідного каскаду сигнал, попередній підсилювач не потрібний.
Вихідний підсилювач, призначений для подачі в навантажування сигналу необхідної потужності. Якщо потужність вихідного сигналу і розмах вхідного сигналу невеликі, то вихідним каскадом може бути попередній каскад.
Послідовність розрахунку електричної принципової схеми підсилювача низької частоти наступна:
Розраховують напругу живлення підсилювача:
(8)
і вибирають її зі стандартного ряду 6 В, 9 В, 12 В, 15 В, 18 В, 24 В, 27 В, 36 В, 45 В.
Розраховують параметри структурної схеми ПНЧ.
Вибирають принципові схеми окремих каскадів з урахуванням параметрів технічного завдання.
Вибирають повну принципову схему підсилювача у відповідності зі структурною схемою та заданими параметрами підсилювача і з урахуванням розв’язок в колі живлення.
Розбивають частотні спотворення на нижній граничній частоті між каскадами та окремими елементами.
Розраховують кожний каскад за постійною складовою.
Розраховують кожний каскад за змінною складовою в ділянці нижніх частот.
Розраховують частотні спотворення всього підсилювача на верхній граничній частоті. Якщо вони не відповідають умовам, заданим в технічному завданні, то необхідно вибрати інші транзистори, які вносять менші частотні спотворення в ділянці верхніх частот, наприклад, транзистори з меншою ємністю колекторного переходу СК, або ввести місцевий зворотний зв’язок.
Перевіряють загальний коефіцієнт підсилення на відповідність технічному завданню.
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 LM318 з наступними основними параметрами: ЕЖ = ((5…18) В; RH = 1 кОм;
UH = 12 В; ( = (20…50) В/мкс; К0 = не менше 25000; 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, Rноп = 1 кОм. Тому на виході схеми використовується двотактний емітерний повторювач на транзисторах різного типу провідності.
Друга умова виконується, оскільки В, В.
Визначаємо кількість каскадів на операційному підсилювачі, необхідних для забезпечення заданого коефіцієнта підсилення :
отже необхідно використати два каскади на операційних підсилювачах.
4.1. Розрахунок двотактного емітерного повторювача на комплементарних транзисторах
Розраховуємо номінальні величини елементів та вибираємо режим роботи вихідного емітерного повторювача.
IH = UH/RH = 4.47 / 4 = 1.12 (А).
IК0 = (0,05...0,15) IH = (56...168) (мА).
Вибираємо IК0 = 100 мА.
Для вихідного каскаду вибираємо транзистори VT1 типу MJE182 та VT2 типу MJE172 з наступними ідентичними параметрами: UКЕ = 80 В,
IК= 100 мА, Рmax = 1.5 Вт, h21Е = 50...280, CК = 5 пФ, ( = 300 пс , FT = 250 МГц, IKБ0 = 0.05 мкА.
Розраховуємо максимальний струм бази транзистора VT1:
IБМ1 = (IKO1 + IH) / h21E = (100e-3 + 1.12) /118 = 10,3 (mA)
Розрахунок проводимо при використанні транзисторів із середньостатистичними параметрами:
Iдо = (2…3)* IБМ1 = (20.6…30.9) (mA)
Вибираємо IД01=25 мА.
Розраховуємо вхідний опір транзистора вихідного емітерного повторювача:.
Ом.
rБ1 = ϮR1 / CK1 = 300e-12 / 5e-12 = 60 Ом
Rвх = h11E = rБ1 + (rE1 + RH) *(1 + h21E) = 60 + (0.26 + 4) * 119 = 567 Ом
Розраховуємо частотні спотворення вихідного емітерного повторювача на верхній граничній частоті:
кОм.
пФ.
FB1 = 1 / (2π* REKB1*CEKB1) = 1/(2*3.14*567*10e-12) = 28.08 MГц
Коефіцієнт підсилення вихідного каскаду за напругою:
.
Вихідний опір вихідного каскаду:
Ом.
Розраховуємо номінальне значення ємності розділювального конденсатора на виході:
мкФ.
Вибираємо С5 =330 мкФ.
Розраховуємо потужність розсіювання на колекторі одного транзистора:
PK = Eж/2 * Iко+ 0,318*IH*Eж/2 – 0.25*IH*RH = 6*100e-3 + 0.318*1.12*4 =
= 0.6 + 1.42 = 1.48 Вт
РК = < РКД, отже вибрані транзистори можуть використовуватися в даній схемі.
Розраховуємо потужність, яка споживається від джерела живлення:
PKO = Eж * Iko + 0.318 * IH + Eж = 12*100е-3 + 0,318*1,12 *12 = 5.47 Вт
Для вибору початкового режиму роботи транзисторів вихідного каскаду використовуємо резистори:
R9=R10 = Ом, вибираємо R9=R10=560 Ом.
R11=R12=Ом. Вибираємо R11=R12=240 Ом.
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 R2 = R6 = 500 кOм.
З метою забезпечення мінімального дрейфу вихідного сигналу:
R4 = R8 = R2 = 500 кOм.
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 = 15.4 кОм.
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:.
Розраховуємо номінальні значення ємностей розділювальних конденсаторів:
мкФ
Вибираємо С1 = 0.56 мкФ.
мкФ.
Вибираємо С2 = С4 =0.22мкФ.
нФ.
Вибираємо С3 = 6.2 нФ
Необхідно відмітити, що живлення вихідного каскаду здійснюється від двох джерел з напругою +12 В та –12 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 схем.
5. Перелік розрахованих елементів
Позначення
Найменування
К-сть
Примітка
Конденсатори
С1
К10-74-Н30-0.56 мкФ ±20 %
1
С2,С4
К10-47-Н30-0.22 мкФ ±20 %
2
С3
К10-17Б-Н30-6.2 нФ ±10 %
1
С5
К50-74-Н30-330 мкФ ±20 %
1
Резистори
R1,R5
С1-4-0,125-10 кОм ±10 %
2
R2,R4,R6,R8
С1-4-0,125-0.5 МОм ±10 %
4
R3,R7
С1-4-0,125-15.4 кОм ±10 %
2
R12,R13
С1-4-0,125-2.4 Ом ±10 %
2
R9, R10
С1-4-0,125-560 Ом ±10 %
2
R11
С1-4-0,125-2.4 Ом ±10 %
1
Мікросхеми
DA1, DA2
К140УД11 КДС.890.578 ТУ
2
Транзистори
VT1
КТ375Б_ ЦАО.602.068 - ТУ
1
VT2
КТ375Б ЦАО.602.068 - ТУ
1
6. Принципова схема підсилювача низької частоти
7. Моделювання роботи схеми в програмі MicroCap
Рис. 2. АЧХ та ФЧХ підсилювача низької частоти
8. Висновок
Під час виконання курсової роботи я навчився вибирати та розраховувати структурну та принципову схеми підсилювача, розраховувати основні параметри структурної схеми, вибирати підсилювальні елементи та їх статичні режими, визначати динамічні показники та частотні характеристики, вибирати операційні підсилювачі у відповідності з заданими параметрами підсилювача низької частоти. Користуватися технічною та довідковою літературою, правильно вибирати сучасні радіотехнічні елементи та вузли.
Для визначення смуги пропускання я засвоїв принцип побудови та застосування амплітудно-частотної характеристики. Для перевірки відповідності частотної характеристики розрахованого ПНЧ заданим параметрам виконав комп’ютерний аналіз амплітудно-частотної характеристики ПНЧ в середовищі MicroCap.
9. Список використаної літератури
1. Терещук Р.М. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справ. радиолюбителя. – 3-е изд., пере раб. и доп. – К.: Наук. думка, 1987, 800 с.
2. Дудикевич В.Б., Кеньо Г.В. “Електроніка та мікросхемотехніка”, Львів, НУЛП, 2010.
3. Цыкина А.В. Электронные усилители.-М.:Радио и связь, 1982-228
4. Войшвилло Г.В. Усилительныеустройства. Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1983.
5. Мандзій Б.А., Желяк Р.І. Основи аналогової мікросхемотехніки. Посібник для студентів радіотехнічних спеціальностей вузів України. /Під ред. д.т.н., проф. Мандзія Б.А., - Львів, (Тезаурус(, 1993.
6. Вікіпедія – вільна енциклопедія. – http://uk.wikipedia.org/
7. Гуржій А.М., Поворознюк Н.І., Електричні і радіотехнічні вимірювання. –К: Навч.книга, 2002.
8. Борноволоков Э. П. Радиолюбительские схемы. – 2-е издание, перераб. и доп. – К.: Техніка, 1982. 383 с.
9. Партала О.Н. Радиокомпоненты и материалы. Справочник. – К.: Радиоаматор, 1998.
19.06.2019 05:06-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора