Файл: Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Электроника и схемотехника на тему Проектирование усилителя мощности.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тюменский ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ университет»
Институт геологии и нефтегазодобычи

Кафедра «Кибернетических систем»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине «Электроника и схемотехника»


на тему «Проектирование усилителя мощности»

или на тему «Проектирование автогенератора»
вариант 1012
Выполнил:

студент группы УТСбп-17-1

Альмукова Д.Н.

Проверил:

К.т.н. доцент

Решетов А.А.,

Ст. преп. каф. КС

Сидорова А. Э.
Дата защиты_____________ Оценка___________

Тюмень 2020
1. Задание на курсовой проект:
Спроектировать электронное устройство, учитывая параметры, приведенные в техническом задании:

№	вариант					ФИО				Pвых [вт]			Rн[Ом]	fн[Гц]	Мн	аттенюатор[Дб]
1	1		0	1	2	Альмукова Диана Ниясулловна				6,761			7,356	40,63	1,0581	-0,325
Кf %		Rвх[кОм]					Uвх[в]	Uбэнач мах[в]	Сн[пФ]
									С1		С2
0,0676		75,17					0,0163	0,867	87		134

Требования, предъявляемые к выполнению курсового проекта:

---

1. Использовать при расчетах среднее значение β транзистора, приведенное в справочнике, но не более 150.

3. Во всех каскадах ввести обратную отрицательную связь с глубиной не менее 5, т.е. F≥5.

4. Для одного из каскадов рассчитать АЧХ и ФЧХ до М=√2.

5. Привести карту режимов и спецификацию элементов.

6. Все элементы должны быть пронумерованы. Нумерация элементов сквозная.

7. Отклонение всех параметров от расчетных (заданных) не более ±10%.

8. В аттенюаторе регулировка плавная и дискретная.

9. Значения резисторов и конденсаторов выбираются в соответствии номиналами (использовать ряд Е24, Е6, Е3).

10. Оформление курсовой работы согласно ГОСТ 7.32-2001 «Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления».

11. Привести информацию об изготовлении печатных и монтажных плат.

12. Спроектировать принципиальную электрическую схему электронного устройства и привести в графической части проекта на листе формата А3, с использованием пакета прикладных программ (таких как AutoCAD, sPlan 7 Portable Rus и т.п.)

Обязательные пункты, входящие в содержание курсового проекта приведены в приложении А.

Пример титульного листа приведен в приложении Б.

Ряды номинальных базовых электронных элементов приведены в приложении В. В соответствии с рядом Е24 (Е6, Е3) необходимо привести к номинальному значению все сопротивления в расчете, которые имеют порядковые номера (например R41, С16).

Далее приведен упрощенный инженерный расчет электронного устройства – УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ.

2. Выбор блок-схемы

В современной технике широко применяются устройства, предназначенные для управления энергией, в которых управляемая мощность значительно превышает мощность, требуемую для управления.

К одной из разновидностей таких устройств можно отнести электронные усилители.

Для решения многих задач требуются сигналы большой мощности. Например, для громкоговорителей необходима мощность звуковых усилителей от единиц до сотен ватт, для эффективной радиосвязи на большее расстояние нужны высокочастотные сигналы мощностью в сотни ватт. Сигналы большой мощности требуются и для различных электрических машин, исполнительных механизмов и других мощных устройств. Все эти

---

задачи решаются с помощью усилителей мощности, основным назначением которых является отдача заданной мощности в нагрузку. Блок - схема усилителя мощности приведена на рисунке 1.


Рис. 1 Блок-схема усилителя мощности

Повторитель 1 увеличивает входное сопротивление усилителя мощности для того, чтобы обеспечить величину входного сопротивления, указанного в техническом задании.

Предварительный усилитель (усилитель 1+усилитель 2) увеличивает входное напряжение до величины необходимой для усилителя мощности.

Повторитель 2 увеличивает входное сопротивление аттенюатора, чтобы уменьшить его шунтирующее воздействие на предварительный усилитель.

Аттенюатор служит для плавной и ступенчатой регулировки ослабления сигнала.

Повторитель 3 увеличивает входное сопротивление выходного усилительного каскада, чтобы уменьшить его шунтирующее действие на аттенюатор.

Выходной усилительный (оконечный) каскад предназначен для обеспечения заданной мощности на заданном сопротивлении нагрузки.

---

3. Расчет элементов используемых в схеме

Расчет усилителя мощности следует начать с расчета выходного оконечного каскада.

Выбор режима работы.

Выбор режима «А» несет в себе небольшие нелинейные искажения по сравнению с другими режимами работы, хотя КПД усилителя мощности в этом режиме небольшой примерно 30-45 %. В то время как режим «В» обеспечивает чрезмерно большие нелинейные искажения, вызванные наличием нелинейного участка в начале входной вольтамперной характеристики. КПД режима «В» составляет 50-60 %.

Расчет будем вести в режиме «А».

1. 
   Определяем амплитудные значения тока и напряжения на нагрузке:
   

(A)

(B)

2. 
   Определим максимально допустимую мощность рассеивания на транзисторах VT12, VT13:
   

(Вт)

где η_А – КПД, равный 35 - 40%. Поскольку в режиме «А» предельный КПД составляет 50%, а реальный не выше 35 - 40%.

2. 
   Определим U_КЭ12=U_КЭ13:
   

(В)

где U₀ - запас, исключающий попадание рабочей точки в область насыщения, для различных типов транзисторов колеблется в пределах 0,5 - 3 (В), для маломощных транзисторов можно выбирать в пределах 1-2 (В);

К_ПΣ - коэффициент передачи всего усилителя мощности. Практически значение К_ПΣ находится в пределах 0,7-0,9, в зависимости от величины нагрузки. При нагрузках ниже 5-10 (Ом) следует принимать меньшее значение.

Принимаем U₀ = 1,5 (В), К_ПΣ = 0,8 и определяем U_КЭ12=U_КЭ13.

2. 
   Определим величину напряжения источника питания
   

Е_К = 2·U_КЭ12,13 + 2·U_защ= 2·U_КЭ12,13 + 2·U_R41 = 2*13,966 + 2*0,9 = 29,732 (В),

где U_защ – падение напряжения на резисторе защиты (R₄₁), можно принять в пределах 0,8 – 1 (В).

Принимаем Е_К = 48 (В), в соответствии со стандартным рядом источников питания.

Пересчитываем значения напряжений коллектор-эмиттер транзисторов 12 и 13:

---

(В)

2. 
   Выбираем из справочника транзисторы VT13, VT12, соответствующие по мощности, току покоя и по верхней граничной частоте полосы пропускания, основные характеристики сводим в таблицу вида:
   

	Модель	Тип	P, Вт	Uкэ доп, В	Ikmax, A	βmin	fгр, МГц	Iко, мА
VT12	2Т866А	n-p-n	30	100	20	15…1000	25	10
VT13	2Т866А	n-p-n	30	100	20	15…1000	25	10

Необходимо учитывать, что у выбираемых в качестве выходных транзисторов допустимое напряжение U_{к доп} должно соответствовать неравенству .

2. 
   Определяем токи покоя и токи базы транзисторов VT12, VT13:
   

Iп₁₂ = 0,5·I_НМАХ + I_Н.У = 0,5 *1,356 + 0,005 =0,683(А)

где I_Н.У.- неуправляемая часть тока покоя, определяемая наличием теплового тока коллектора I_K0 (определяется из справочных данных).

(мА)
(А)
(А)
(А)

2. 
   Определим значение резистора защиты R_з = R₄₁, Значение резистора защиты R_з должно быть достаточно большим, чтобы ограничить на допустимом уровне величину тока через транзисторы VT12 и VT13 и в то же время снижений коэффициента полезного действия при введении R_з должно быть незначительным:
   

---