Зададим ток делителя, протекающий через диоды: Iдел=(2−10)*Iбп=3*2,5=7,5мА.Определим по вольтамперной характеристике диода значение падения напряжения на одном диоде Uпр =0,6 В.Таким образом, получив параметры напряжения смещения и тока диодов, из справочной литературы выбрали тип диодов по следующим параметрам:
по величине прямого напряжения Uпр;по величине прямого тока Iпр;по максимальной частоте fmax. Подобрали диод марки Д226А с характеристиками: Uпр=1В; Iпр=0,3А; fmax=1кГц.Величина полного входного сопротивления оконечного усилительного каскада определяется параллельным соединением Rвх VT1и сопротивления делителя Rдел (R4 или R5на рисунке 5). Величина последнего рассчитывается по формуле:
4.2 Расчет коэффициента гармоник.
Так как наибольшие искажение дает выходной каскад, то расчет коэффициента гармоник будем проводить не для всей схемы, а только для этого каскада. По входной и выходной характеристикам строим сквозную характеристику. Эта характеристика даёт возможность оценить нелинейность, и представляет собой зависимость выходного тока (при заданной нагрузке каскада) от ЭДС источника входного сигнала. Для построения сквозной характеристики нужно построить нагрузочную прямую на выходных характеристиках при нелинейном токе. Величину ЭДС генератора с внутренним сопротивлением по переменному току Rген, который обеспечивает на входе напряжение Uб, находят из уравнения: Uген=Uб+Iб~Rг Зададим Rг=50Ом (Rг =50≤100Ом) Для удобства построения заполним таблицу: Таблица 4.1 № точкиIк, АIб~, мАUб, ВUг, В10,26 413,20,691,3620,50 250,701,9530,900 450,722,9741,400 700,744,2451,75 087,50,755,1Находим Uг по формуле: Uген=Uб+Iб~RгСтроя зависимость Iк=φ(Uг) получаем сквозную динамическую характеристику каскада для определённой нагрузки и внутреннего сопротивления генератора. Следовательно, она учитывает и свойства транзистора и параметры генератора. Рисунок 4.1 Сквозная динамическая характеристика каскада. По сквозной характеристике, которая приведена на рис. 4.1, находим коэффициент нелинейных искажений по третьей гармонике, без учёта действия ООС: Коэффициент нелинейных искажений с учётом ООС: Зададимся коэффициентом асимметрии плеч схемы Х=0,5. Тогда коэффициент нелинейных искажений по второй гармонике:
С учётом ООСТогда общий коэффициент нелинейных искажений, что намного меньше заданного коэффициента нелинейных искажений, т. е. 0,003<0,114.
3 Расчет входного каскада. Входной каскад — каскад усиления напряжения на операционных усилителях. Для выбора и расчета усилительного каскада на операционных усилителях (ОУ) необходимо учесть несколько факторов:
полное входное сопротивление выходного каскада усилителя должно превосходить минимальное сопротивление нагрузки ОУ, данное в справочнике (Rвх>Rн ОУ);требуемое максимальное входное напряжение оконечного каскада усилителя мощности с учетом обратной связи должно быть меньше максимального выходного напряжения ОУ, данного в справочнике (Uвхmax<Uвых ОУ);на верхней частоте усиления fв ОУ должен обеспечивать расчетный коэффициент усиления;
температурные и другие требования задания должны удовлетворяться. На основании, вышеизложенного из справочной литературы выбирается ОУ OPA541AMс подходящими параметрами:
коэффициент усиления по напряжению Коу=50 000;максимальное значение выходного напряжения Uвых=±30 В;максимальное значение выходного тока Iвых=10 А;напряжение смещения Uсм=0,03В;входное сопротивление 1000МОм;частота единичного усиления f1=15МГц;максимальное напряжение источника питания Uп=±35В;Произвели расчет требуемого коэффициента усиления всего усилителя мощности:
где UНmax — максимальное напряжение на нагрузке;Uвх max — амплитудное значение входного сигнала (по заданию).Питание ОУ осуществляется от источника питания выходного каскада, Еmaxпит. ОУ=±24 В.Расчет цепи отрицательной обратной связи. На рисунке 4.2 схематично представлен входной каскад на ОУ, охваченном ООС. Для его расчета возможно применение идеализированного выражения:
Задав номинал резистора R1=1 кОм, из данного выражения ОпределимR3. Выбрали резисторы из стандартного ряда Е24: R1=0,5 кОм, R3= 3,6МОм.Рисунок 4.2 — Схема входного каскада на ОУ.
4.4 Расчет разделительных конденсаторов С1, С2 и резистора R2. Для того, чтобы не пропустить каскады усилителя постоянное напряжение, включаются разделительные конденсаторы С1 и С2. Емкость разделительного конденсатора Определим по формуле:
где ωн — нижняя круговая частота (ωн=2πfн);Rсопротивление перезаряда; Мн — коэффициент часатотных искажений, обусловленный влиянием разделительного конденсатора. В случае применения нескольких разделительных конденсаторов их влияние определяется следующим образом:
Это говорит о том, что заданный коэффициент частотных искажений для всего усилителя должен быть разделен по отдельным конденсаторам. По условию курсовой работы нам задан коэффициент частотных искажений Мн=1,5 дБ. В абсолютной величине дБ. Разделим его следующим образом: М1=1,1 и М2=1,045.Величина сопротивления перезаряда для первого конденсатора определяется сопротивлением генератора и параллельным соединением резистора R2и входного сопротивления операционного усилителя. Определим величину резистора R2: Определим сопротивление перезаряда для первого конденсатора:
где − сопротивление источника сигнала ();− полное входное сопротивление каскада (R2׀׀Rвх. ОУ).Определим емкость первого конденсатора:
Величина сопротивления перезаряда для второго конденсатора равна сумме выходного сопротивления ОУ и входного сопротивления оконечного каскада:
По рассчитанным параметрам подобрали конденсаторы К50 емкостью: С1=1,2мк.
Ф; С2=88мк.
Ф.
4.5 Расчет КПД усилителя. Коэффициент полезного действия усилителя определяется, в основном, мощностью, отбираемой от источника питания выходным каскадом:
где РΣ - мощность, потребляемая всем усилителем. Определим мощность, потребляемую всем усилителем:
Таким образом, полученное КПД усилителя мощности удовлетворяет условию задания, следовательно, расчет и подбор отдельных параметров схемы усилителя выполнен, верно.
Заключение
.
В результате выполнения курсовой работы была разработана схема усилителя с мощностью в 12Вт при нагрузке 9 Ом. В ходе ее выполнения был глубоко изучен и проработан материал по аналоговой схемотехнике. Были рассмотрены различные варианты построения усилителей мощности и получены практические навыки (в частности вычисления параметров) по их разработке на основе предъявляемых требований. Спроектированный усилитель полностью удовлетворяет требованию технического задания. Список использованной литературы.
Шамшин В.Г. УМК: Основы схемотехники: ДВГТУ: Владивосток 2008.-178с.: ил. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике: Пер. с нем.- М.: Мир, 1991.-446 с.: ил. Титце, Шенк «Полупроводниковая схемотехника"Остапенко Г. С. Усилительные устройства: Учеб. Пособие для вузов. — М.: Радио и связь, 1989. -.
400 с.: ил. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. Изд.
2-е, стереотип. — М.: Мир, 1984. — 598 с., ил. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К. М. Брежнева, Е. И. Гантман, Т. И. Давыдова и др. Под ред. Б. Л. Перельмана. -.
М.: Радио и связь, 1981. — 656 с., ил. Аксенов А. И. И др.
Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Диоды. Транзисторы: Справочник / А. И.
Аксенов, А. В. Нефедов, А. М.
Юшин. — М.: Радио и связь, 1993. — 224 с.: ил. — (.
Массовая радиобиблиотека; Вып. 1190).Войшвилло Г. В. Усилительные устройства: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь.
1983. — 264 с., ил. Розевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования Micro-CapV. — М: СОЛОН, 1997.
