Добавлен: 25.10.2023
Просмотров: 95
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
ВведениеУсилителем называется устройство, которое позволяет при наличии сигнала на входе получить на выходе сигнал той же формы, но большей мощности. Усиление происходит за счет источника питания и активного усиленного элемента (транзистора) с помощью которого энергия источника питания преобразуется в энергию полезных колебаний на выходе. Входной сигнал является управляющим, так как под его воздействием на выходе усиленного элемента возникают более мощные колебания, передаваемые в нагрузку. Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов (бывают и однокаскадные усилители), соединенных между собой прямыми связями . Как и в любом активном устройстве в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания. Каскад усиления – ступень усилителя, содержащая один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими и последующими ступенями. В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (в нашем случае), иногда, в некоторых специальных случаях, могут применяться и двухполюсники, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др.
Целью данной курсовой работы является проектирование бестрансформаторного выходного каскада на основе биполярных транзисторов. В задачу входит:- составление принципиальной схемы выходного каскада, позволяющей реализовать требуемые коэффициенты усиления по мощности и напряжению, а также обладающей КПД не менее 40%:- подбор транзисторов, исходя из требуемой мощности в нагрузке, температуры окружающей среды и заданного или выбираемого напряжения источника питания;- выбор оптимальных режимов работы транзисторов по постоянному току, обеспечивающих малый уровень нелинейных искажений в заданном интервале температур;- определение электрических параметров выходного каскада по переменному току ( входного сопротивления ,коэффициента усиления по току и мощности и др.);- нахождение минимально необходимой площади S радиаторов. Исходные данные для расчетаСопротивление нагрузки Сопротивление источника сигнала Номинальное выходное напряжение Нижняя граничная частота Верхняя граничная частота Допустимый фазовый сдвиг Диапазон рабочих температур Выбор и расчет принципиальной схемыПринципиальную схему проектируемого выходного каскада составляют на основе типовой схемы.При составлении принципиальной схемы учитываем следующее:- Коэффициент усиления по напряжению бестрансформаторного выходного каскада меньше единицы и обычно лежит в следующих пределах:где - амплитудное значение напряжения на входе входного каскада.- Выходной каскад лучше следует выполнять на комплементарных парах транзисторов.
- В качестве элементов связи между источником сигнала, каскадами и нагрузкой проще всего использовать разделительные конденсаторы, которые устраняют взаимосвязь каскадов по постоянному току.- Для питания усилителя целесообразно применять двуполярные источники питания.Выбор выходных транзисторовАмплитудное значение коллекторного напряжения транзистора VT3(VT4):где - эффективное значение напряжения на нагрузке.Амплитуда импульса коллекторного тока транзистора VT3(VT4):Мощность, выделяемая каскадом в нагрузке:Необходимое напряжение источника питания ,где - внутреннее сопротивление транзистора в режиме насыщения, Ом.Принимаем .Так как величину источника питания следует выбирать из ряда (5, 6, 9, 12, 15, 18, 24, 27, 36, 48) В,то принимаем .Ориентировочная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора . .Используя полученные значения , подбираем транзисторы VT3 – КТ817А и VT4 – КТ816А, отдавая предпочтение приборам с малым обратным током .Отбор выполняется в два этапа.На первом этапе проверяют, удовлетворяют ли предельно – допустимые параметры транзисторов следующей системе неравенств:
- тепловое сопротивление подложка – корпус; – обратный ток коллектора при .Выбор режима работы по постоянному току и построение линии нагрузкиРассчитываем величину обратного тока коллектора при максимальной температуреЗадаемся током покоя коллектора транзисторов VT3(VY4) из соотношения0,0016Условие выполняется, следовательно, транзистор подобран правильно.Строим нагрузочные прямые по переменному току с координатами: ; ; ;В результате построения нагрузочной прямой находят ток покоя базы , максимальный ток базы и вычисляют амплитудное значение тока базыПеренеся соответствующие значения токов и на входную характеристику, находят для транзисторов VT3 (VT4) напряжение покоя базы , максимальное значение напряжения на базоэмиттерном переходе и вычисляют амплитудное значение напряжения на базоэмиттерном переходе
| Введение…………………………………………………………… | 3 |
| Исходные данные для расчета…………………………………… | 4 |
| Выбор принципиальной схемы…………………………………... | 5 |
| Расчет выходного каскада………………………………………... | 5 |
| Выбор выходных транзисторов………………………………… | 5 |
| Выбор режима работы по постоянному току и построение линии нагрузки…………………………………………………… | 8 |
| Выбор предвыходных транзисторов и режимов их работы по постоянному току. Построение линии нагрузки………………... | 9 |
| Определение основных параметров выходного каскада……… | 11 |
| Расчет элементов связи………………………………………….. Заключение……………………………………………………….. | 14 15 |
Целью данной курсовой работы является проектирование бестрансформаторного выходного каскада на основе биполярных транзисторов. В задачу входит:- составление принципиальной схемы выходного каскада, позволяющей реализовать требуемые коэффициенты усиления по мощности и напряжению, а также обладающей КПД не менее 40%:- подбор транзисторов, исходя из требуемой мощности в нагрузке, температуры окружающей среды и заданного или выбираемого напряжения источника питания;- выбор оптимальных режимов работы транзисторов по постоянному току, обеспечивающих малый уровень нелинейных искажений в заданном интервале температур;- определение электрических параметров выходного каскада по переменному току ( входного сопротивления ,коэффициента усиления по току и мощности и др.);- нахождение минимально необходимой площади S радиаторов. Исходные данные для расчетаСопротивление нагрузки Сопротивление источника сигнала Номинальное выходное напряжение Нижняя граничная частота Верхняя граничная частота Допустимый фазовый сдвиг Диапазон рабочих температур Выбор и расчет принципиальной схемыПринципиальную схему проектируемого выходного каскада составляют на основе типовой схемы.При составлении принципиальной схемы учитываем следующее:- Коэффициент усиления по напряжению бестрансформаторного выходного каскада меньше единицы и обычно лежит в следующих пределах:где - амплитудное значение напряжения на входе входного каскада.- Выходной каскад лучше следует выполнять на комплементарных парах транзисторов.
- В качестве элементов связи между источником сигнала, каскадами и нагрузкой проще всего использовать разделительные конденсаторы, которые устраняют взаимосвязь каскадов по постоянному току.- Для питания усилителя целесообразно применять двуполярные источники питания.Выбор выходных транзисторовАмплитудное значение коллекторного напряжения транзистора VT3(VT4):где - эффективное значение напряжения на нагрузке.Амплитуда импульса коллекторного тока транзистора VT3(VT4):Мощность, выделяемая каскадом в нагрузке:Необходимое напряжение источника питания ,где - внутреннее сопротивление транзистора в режиме насыщения, Ом.Принимаем .Так как величину источника питания следует выбирать из ряда (5, 6, 9, 12, 15, 18, 24, 27, 36, 48) В,то принимаем .Ориентировочная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора . .Используя полученные значения , подбираем транзисторы VT3 – КТ817А и VT4 – КТ816А, отдавая предпочтение приборам с малым обратным током .Отбор выполняется в два этапа.На первом этапе проверяют, удовлетворяют ли предельно – допустимые параметры транзисторов следующей системе неравенств:
;
;
.
;
;
.
Переходим ко второму этапу, на котором проверяют, могут ли транзисторы VT3 и VT4 при наибольшей температуре своих корпусов (коллекторов) 
рассеивать мощность, не меньшую 
.
Для этого рассчитывают
,
где 
- максимальная температура коллекторного перехода, 
, 
- верхнее значение диапазона рабочих температур, .
,
Транзисторы подходят, так как
9,126 
Выписываем основные предельно – допустимые параметры:
- максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе при 25 ;
- максимально допустимое постоянное напряжение между коллектором и эмиттером;
- максимально допустимый постоянный ток коллектора;
– максимальный коэффициент передачи тока базы в схеме с общим эмиттером;
- максимально допустимая температура перехода;
- тепловое сопротивление подложка – корпус; – обратный ток коллектора при .Выбор режима работы по постоянному току и построение линии нагрузкиРассчитываем величину обратного тока коллектора при максимальной температуреЗадаемся током покоя коллектора транзисторов VT3(VY4) из соотношения0,0016Условие выполняется, следовательно, транзистор подобран правильно.Строим нагрузочные прямые по переменному току с координатами: ; ; ;В результате построения нагрузочной прямой находят ток покоя базы , максимальный ток базы и вычисляют амплитудное значение тока базыПеренеся соответствующие значения токов и на входную характеристику, находят для транзисторов VT3 (VT4) напряжение покоя базы , максимальное значение напряжения на базоэмиттерном переходе и вычисляют амплитудное значение напряжения на базоэмиттерном переходе