Усилитель напряжения с регулируемой фазой (стр. 1 из 9)
Дипломный проект
на тему:
Усилитель напряжения с регулируемой фазой
В данном дипломном проекте разработан усилитель напряжения, работающий в режиме класса D и выдающий на выходе постоянное (0…350 В) и переменное (0…250 В) напряжения. Фаза переменного напряжения регулируется в пределах от 0 до
.Проведено исследование усилителя с помощью разностных уравнений в векторно-матричной форме. Результаты исследования подтверждены с помощью модели, собранной в среде Simulink математического пакета Matlab.
Разведены печатные платы с использованием специализированного пакета программ P-Cad 2001.
Разработать усилитель напряжения с регулируемой фазой со следующими параметрами:
питающее напряжение
;частота питающей сети
;выходное напряжение: переменное
;постоянное
;частота выходного напряжения
с возможностью синхронизации от сети и внутренней синхронизацией;максимальный выходной переменный ток
;максимальный выходной постоянный ток
;изменение фазы выходного напряжения от 0 до 180 эл. град.;
максимальная температура окружающей среды
.Аннотация
Задание
Содержание
Введение
1. Основная часть
1.1 Выбор и обоснование структурной схемы устройства
2. Расчетная часть
2.1 Расчет генератора синусоидальных сигналов
2.2 Расчет и выбор элементов для ШИМ модулятора
2.3 Моделирование усилителя напряжения в среде Simulink математического пакета Matlab 6.5
Усилители можно классифицировать по следующим параметрам:
По своему назначению усилители условно делятся на усилители напряжения, усилители тока и усилители мощности. Если основное требование – усиление входного напряжения до необходимого значения, то такой усилитель относится к усилителям напряжения. Если основное требование – усиление входного тока до нужного уровня, то такой усилитель относят к усилителям тока. Следует отметить, что в усилителях напряжения и усилителях тока одновременно происходит усиление мощности сигнала (иначе вместо усилителя достаточно было бы применить трансформатор). В усилителях мощности в отличие от усилителей напряжения и тока требуется обеспечить в нагрузке заданный или максимально возможный уровень сигнала.
В зависимости от характера входного сигнала различают усилители гармонических (непрерывных) сигналов (линейные), усилители импульсных сигналов (импульсные). К первой группе относятся устройства для усиления непрерывных гармонических сигналов или квазигармонических сигналов, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее всех нестационарных процессов в цепях усилителя. Ко второй группе усилителей относятся устройства для усиления импульсов различной формы и амплитуды с допустимыми искажениями их форм. В этих усилителях входной сигнал изменяется настолько быстро, что процесс установления колебаний является определяющим при нахождении формы сигнала.
Полоса и абсолютные значения усиливаемых частот позволяют разделить усилители на следующие типы.
Усилители постоянного тока предназначены для усиления электрических колебаний в пределах от нижней частоты, равной нулю, до верхней рабочей частоты усилителя. Главным является то, что они усиливают постоянные и переменные составляющие входного сигнала.
Усилители переменного тока предназначены для усиления лишь переменных составляющих входного сигнала. В зависимости от граничных значений рабочего диапазона частот усилители переменного тока могут быть низкой и высокой частоты.
По ширине полосы усиливаемых частот выделяют избирательные и широкополосные усилители.
По роду применяемых активных элементов усилители делятся на транзисторные, магнитные, диодные, ламповые, параметрические и др.
В качестве активных элементов в настоящее время в усилителях чаще используются полевые или биполярные транзисторы, либо интегральные схемы. Значительно реже применяются активные элементы в виде нелинейных емкостей или индуктивностей и специальные типы полупроводниковых диодов.
1.Обзор схемотехники усилителей напряжения
1.1 Анализ технического задания. Обзор возможных способов реализации усилителя
Рассмотрим основные способы реализации усилителей и режимы их работы.
Режим А. В этом режиме точка покоя транзистора находится примерно в средней части используемой части характеристики усилительного элемента, работающего, как принято говорить, без отсечки тока. Временные диаграммы на рис. ** дают представление о сущности режима А.
Режим А характеризуется сравнительно низким уровнем высших гармоник, однако энергетические показатели оказываются неблагоприятными. В режиме А непрерывно, независимо от уровня сигнала потребляется приблизительно одна и та же мощность от источника питания, а вследствие сравнительно небольшого коэффициента использования тока, например, коллекторного
,где
– амплитуда первой гармоники, 
– среднее значение тока, близкое к постоянному значению 
в отсутствие сигнала, КПД получается меньше 50%. Действительно, КПД, представляющий собой отношение полезной (отдаваемой) мощности 
к мощности, потребляемой от источника питания 
, равный 
не может быть больше 50%. Это объясняется тем, что и коэффициент использования напряжения (коллекторного)
,где
– амплитудное значение первой гармоники коллекторного напряжения, 
– постоянное напряжение на коллекторе в отсутствие сигнала.Недостатком класса А является то, что от источника питания при любых сигналах потребляется почти одинаковая мощность
, и с уменьшением амплитуды сигнала все большая ее часть тратится бесполезно [бел. ЭЦ].Режим А широко применяется в однотактных каскадах, для которых он является единственно возможным. В реальных усилителях с режимом работы класса А КПД не превышает 25% [Белов ЭЦ].
Режим В. Это такой режим работы усилительного элемента (транзистора), в котором при синусоидальном входном сигнале
ток в выходной цепи протекает только в течение половины периода 
(рис. **). Среднее значение тока в выходной цепи в этом случае примерно [Бел. ЭЦ] 
,(1)где
– амплитуда импульсов выходного тока. Это равенство является строгим, если на интервале времени 
ток 
, а на интервале 
. 
Выходной ток усилителя (рис. **) в целом резко несинусоидален, т.е. содержит кроме основной гармоники большой процент высших гармоник. Поэтому класс В на практике применяется только в так называемых двухтактных каскадах, состоящих из двух усилительных элементов, каждый из которых работает в классе В, но со сдвигом в полпериода
. В них выходной ток почти синусоидальный, среднее значение тока, потребляемого от источника питания, равно 
, а коэффициент использования тока источника 
.С учетом равенства (1) получаем, что
, т.е. коэффициент использования тока источника не зависит от амплитуды входного сигнала и существенно больше, чем в классе А. КПД в классе В определяется как