Выбор и расчет усилителя (стр. 1 из 5)
Содержание
Аннотация
Введение
1. Выбор структуры усилителя
2. Принцип действия усилителя
3. Задание на курсовое проектирование.
4. Выходной каскад усилителя.
5. Эмиттерный повторитель напряжения.
6. Расчет второго каскада предварительного усиления.
7. Расчет первого каскада предварительного усиления.
Заключение.
Список литературы.
Аннотация
В данной курсовой работе поэтапно рассматривается пример проектирования многокаскадного усилителя на БПТ. Производится расчет входного, согласующего каскадов и каскадов предварительного усиления. Также конструируется печатная плата усилителя в соответствии с ГОСТ.
Выполнение курсового проекта, усвоение основ теории и расчета транзисторного усилителя способствуют приобретению студентами первоначальных навыков самостоятельного проектирования электронных цепей и устройств, которые могут быть ими использованы в дальнейшей практической деятельности.
Введение
Усилитель является одним из основных узлов различной аппаратуры в устройствах автоматики, телемеханики, вычислительной и информационно-измерительной техники. Электронный усилитель - это устройство, преобразующее маломощный электрический сигнал на входе в сигнал большой мощности на выходе с минимальными искажениями формы. Усиление мощности сигнала осуществляется за счет потребления усилителем энергии от источника питания.
Усилители делятся на ряд типов по различным признакам. По роду усиливаемых электрических сигналов усилители можно разделить на две группы:
• усилители гармонических сигналов, предназначенные для усиления периодических сигналов различной величины и формы, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее длительности устанавливающихся процессов в цепях усилителя.
• усилители импульсных сигналов, предназначенные для усиления непериодических сигналов, например непериодической последовательности электрических импульсов различной величины и формы.
По ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых частот усилители делятся на ряд следующих типов:
• усилители постоянного тока или усилители медленно меняющихся напряжений и токов, усиливающие электрические колебания любой частоты в пределах от низшей нулевой рабочей частоты до высшей рабочей частоты.
• усилители переменного тока, усиливающие колебания частоты от низшей границы до высшей, но неспособные усиливать постоянную составляющую сигнала.
• усилители высокой частоты (УВЧ), предназначенные для усиления электрических колебаний несущей частоты, например принимаемых приемной антенной радиоприемного устройства.
• усилители низкой частоты (УНЧ), предназначенные для усиления гармонических составляющих не преобразованного передаваемого или принимаемого сообщения.
Усилители низкой частоты характеризуются большим отношением высшей рабочей частоты к низшей, лежащим в пределах 10 - 500 для усилителей звуковых частот и превышающим 105 для некоторых типов видеоусилителей. Усилители с высшей рабочей частотой порядка сотен килогерц и выше, одновременно имеющие большое отношение высшей рабочей частоты к низшей, обычно называются широкополосными усилителями.
Избирательные усилители усиливают электрические сигналы в очень узкой полосе частот.
Из трех типов транзисторных каскадов для усиления напряжения пригодны два: каскад с общей базой и каскад с общим эмиттером. Каскад с общим коллектором может быть применен в многокаскадных системах, однако непосредственного усиления напряжения такой каскад не дает и выполняет вспомогательную роль.
Для усиления напряжения звуковых частот наиболее пригоден каскад с общим эмиттером, так как он имеет более высокое входное и более низкое выходное сопротивления по сравнению с каскадом с общей базой.
1. Выбор структуры усилителя
Так как заданный коэффициент усиления достигает нескольких сотен , то целесообразно составлять усилитель из нескольких простейших усилителей. Такие простейшие усилители называются усилительными каскадами. Они соединяются между собой последовательно так, чтобы выходной сигнал предыдущего каскада являлся входным сигналом последующего (рис.1), образуя совместно многокаскадный усилитель.
Рис.1.
2. Принцип действия усилителя
В аналоговых электронных устройствах наибольшее применение находят усилительные каскады, в которых транзистор включен по схеме с общим эмиттером.
В зависимости от характера нагрузки и назначения различают усилители напряжения, тока и мощности, хотя такое деление условно, так как в любам случае по существу усиливается мощность.
Усиливаемый сигнал от источника сигнала в базовую цепь транзистора подается через разделительный конденсатор С1. Сопротивление Rкявляется коллекторной нагрузкой. С него усиленное переменное напряжение через разделительный конденсатор С2 подается в нагрузку Rh. При последовательном включении УК сопротивлением нагрузки является входное сопротивление следующего каскада
Рис.2.
Конденсаторы С1 и С2 - разделительные, назначение которых - отделить переменный усиливаемый сигнал от постоянных напряжения и токов, действующих внутри схемы. Конденсатор С2 не пропускает постоянную составляющую входного сигнала каскада в нагрузку.
Делитель напряжения R1-R2 предназначен для установления рабочей точки транзистора в состоянии покоя. В зависимости от соотношения между плечами делителя R1-R2 на базу транзистора подается определенное напряжение Uбэп в состоянии покоя, которое в свою очередь определяет ток базы покоя Iбп и ток коллектора покоя Iкп. Т.о. делитель R1-R2 характеризует состояние транзистора в отсутствие входного сигнала УК.
Резистор Rэ осуществляет последовательную ООС по постоянному току, которая обеспечивает стабилизацию положения рабочей точки на вольтамперных характеристиках транзистора при воздействии на УК внешних дестабилизирующих факторов (например, температуры окружающей среды).
Глубина ООС зависит от значения Rэ. Каскад лучше стабилизирован, если малые изменения токов Iк и Iэ транзистора приведут к большому изменению падения напряжения на Rэ. Последнее возможно, если увеличить сопротивление Rэ. Однако увеличение при этом падения напряжения на нем уменьшает напряжения питания транзистора и снижает коэффициент усиления каскада. При расчете напряжение на резисторе Rэ принимают 10.. .30% напряжения источника тока.
Конденсатор Сэ шунтирует резистор Rэ по переменному току, исключая тем самым ООС в каскаде по переменной составляющей. Отсутствие конденсатора Сэ привело бы к уменьшению коэффициентов усиления УК.
Резистор Rkосуществляет динамический режим работы транзистора. В этом режиме малые колебания тока базы транзистора вызывают колебания тока коллектора, которые в свою очередь вызывают колебания напряжения на коллекторе. Эти колебания, пройдя через разделительный конденсатор С2, являются полезным усиленным входным сигналом. Процесс усиления сигнала каскадом можно объяснить следующим образом.
Предположим, что на вход УК подается синусоидальной сигнал небольшой амплитуды. При этом РТ на входной динамической характеристике транзистора перемещается по линейному участку характеристики. Ток базы будет колебаться в пределах (Iбп-Iм;Iбп+Iм), и его можно представить как сумму тока базы в состоянии покоя и синусоидальной составляющей тока. Поскольку Iк=вIб, в результате изменений тока базы происходит изменения тока в цепи коллектора. При этом РТ на выходной динамической характеристике по нагрузочной прямой, которая строится в соответствии с уравнением Uкэ=Ек-Iк(Rк+Rэ). Изменения тока в цепи коллектора приводит к изменениям потенциала цк коллектора транзистора, так как потенциал верхней точки резистора Rkфиксирован напряжением источника питания и равен +Ек, а падение напряжения Urк на резисторе Rkпропорционально протекающему через него току и составляет Urк=IкRк. Потенциал коллектора также можно представить как сумму постоянной и переменной составляющих, амплитуда колебаний при этом меньше постоянной составляющей. Постоянное напряжение передается через разделительный конденсатор в отличие от переменной составляющей, которая является усиленным напряжением сигнала. Каскад меняет фазу усиленного сигнала по отношению к входному на сигналу на 180 градусов, т.е. выходное и входное напряжения каскада находятся в противофазе.
3. Задание на курсовое проектирование
Рн=13 Вт
Rн=10 Ом
Кu=2300
Rc=2.2 кОм
S=3
Tmax=50°C
fн=120 Гц
fв=35000Гц
Ксгл=800
4. Выходной каскад усилителя
В качестве выходных каскадов (усилителей мощности) широкое применение получили как трансформаторные, так и бестрансформаторные усилители. Современные усилители небольшой мощности выполняют по бестрансформаторной схеме, что позволяет уменьшить габариты, массу, стоимость и расширить полосу пропускания устройства. Так как выходные каскады являются основными потребителями энергии источников питания, они работают в режиме класса В или класса АВ, обеспечивая высокий КПД. При этом для уменьшения нелинейных искажений применяют двухтактные схемы. Такие схемы выполняют на комплементарных транзисторах; схема представляет собой соединение двух эмиттерных повторителей, работающих на общую нагрузку rh. Режим по постоянному току, соответствующий режиму работы класса АВ, обеспечивается делителем R1-VD-R2. Сопротивление диода создает необходимое напряжение по постоянному току между базами транзисторов VT1 и VT2, а также выполняет функции элемента схемы термокомпенсации.