Разработка усилителя мощности

МИНОБРНАУКИ Вятский государственный университет Факультет ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ Кафедра радиоэлектронных средств КУРСОВАЯ РАБОТА

Разработка усилителя мощности

Реферат

Садов С. С. Разработка усилителя мощности: ТПЖА 431 130.032 ПЗ: Курс. работа/ ВятГУ, каф. РЭС; рук. Е. В. Медведева. — Киров, 2009. ПЗ 27 с., 7 рис., 14 источников, 5 прил.

КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ, ДВУХТАКТНАЯ СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ (УМ), ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАД, КАСКАД ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ, АМПЛИТУДО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (АЧХ), ОСЦИЛЛОГРАММА, КОЭФФИЦИЕНТ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ, КОЭФФИЦИЕНТ ГАРМОНИК, ОТНОШЕНИЕ СИГНАЛ-ШУМ (С/Ш), ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, ЧАСТОТНАЯ КОРРЕКЦИЯ, ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ (ООС), ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ (ПОС).

Объект разработки — двухтактный усилитель мощности (УМ).

Цель работы — разработка и расчет принципиальной схемы усилителя мощности с заданными параметрами. Исследование полученной схемы с использованием пакета программ MicroCap 7.

Расчет усилителя мощности выполнен с использованием графоаналитического и приближенного методов.

Научная новизна отсутствует.

В результате проделанной работы был разработан усилитель мощности, обеспечивающий заданные параметры. Расчеты были подтверждены моделированием в пакете прикладных программ MicroCap 7.

В приложениях приведены: структурная схема усилителя, схема электрическая принципиальная УМ, характеристики транзисторов, перечень элементов схемы, осциллограммы, АЧХ усилителя, спектральный анализ.

• Реферат
• Введение
• 1. Обзор и анализ научно-технической информации
• 2. Описание выбранной схемы усилителя
• 3. Расчет усилителя мощности
• 3.1 Расчёт оконечного каскада УМ
• 3.1.1 Расчет напряжения источника питания
• 3.1.2 Расчет коллекторной цепи транзисторов оконечного каскада VT4, VT5
• 3.1.3 Выбор транзисторов оконечного каскада VT4, VT5.
• 3.1.4 Расчет базовой цепи транзисторов оконечного каскада
• 3.2 Расчёт промежуточного каскада
• 3.2.1 Расчет коллекторной цепи транзистора VT2 предоконечного каскада
• 3.2.2 Выбор транзистора VT2 предоконечного каскада
• 3.2.3 Расчет базовой цепи транзистора VT2 предоконечного каскада
• 3.3 Расчёт входного каскада
• 3.3.1 Расчет коллекторной и базовой цепей транзистора VT1/
• 3.3.2 Выбор транзистора входного каскада
• 3.3.3 Расчет цепи отрицательной обратной связи
• 3.3.4 Расчет делителя в цепи базы первого транзистора
• 3.4 Выбор цепи стабилизации тока покоя
• 3.5 Расчет результирующих характеристик усилителя
• 3.6 Требования к мощности источника питания
• 3.7 Расчёт RC-цепей усилителя
• 3.8 Расчёт отношения сигнал/шум
• Заключение
• Библиографический список
• Приложения

Усилителем мощности (УМ) называют усилитель, который обеспечивает заданную мощность в нагрузке, сопротивление которой, как правило, мало. Обычно в таких усилителях амплитуды выходного тока и напряжения близки к предельно допустимым значениям для используемого транзистора, а выходная мощность соизмерима с предельно допустимой мощностью, рассеиваемой прибором, и сравнима с мощностью, потребляемой от источника питания.

Важнейшими показателями, характеризующими УМ, являются: КПД, мощность, отдаваемая в нагрузку, коэффициент нелинейных искажений выходного сигнала.

В УМ для согласования большого выходного сопротивления с низкоомным сопротивлением нагрузки необходимо применение трансформатора с малыми потерями. Однако с появлением мощных транзисторов с низкоомным выходным сопротивлением стало возможным построение схем, работающих на нагрузку величиной в несколько Ом без использования трансформаторов. В настоящее время бестрансформаторные усилители мощности получили широкое распространение.

Усилитель мощности обычно состоит из нескольких каскадов: входного, предоконечного и оконечного. Технические параметры усилителя во многом определяются оконечным каскадом, так как он является основным потребителем энергии источника питания. Оконечный каскад обычно реализуют по двухтактной схеме, при этом для сильных управляющих сигналов имеет место режим В, а для слабых — режим А, что позволяет уменьшить нелинейные искажения слабых сигналов. Выходной каскад служит для усиления мощности и его коэффициент усиления по напряжению близок к 1. Входной и предоконечный каскады работают в режиме большого усиления по току или напряжению.

мощность усилитель двухтактный каскад Существует множество различных схем бесгрансформаторных УМ, но все они имеют вышеперечисленные составные части. Конструкция схемы входного каскада зависит от требуемого усиления и коэффициента нелинейных искажений. При большой требуемой выходной мощности транзисторы оконечного каскада заменяются на составные. Предоконечный каскад обычно остается неизменным.

Исходные данные к курсовой работе:

100 Вт, 10 Ом, 1 кОм, K_u=200, 20 Гц.50 кГц, 2дБ, К_Г?0,5%, С/Ш=85дБ, T=-40. +60⁰С.

1. Обзор и анализ научно-технической информации

Усилители мощности, на сегодняшний день, являются очень распространенными устройствами. Именно по этому данная тема достаточно подробно освещена в различной литературе по расчету и проектированию усилительных устройств. В основном внимание уделяется видам оконечных мощных каскадов, а также режимам работы усилительных элементов в них. В оконечных каскадах усилителей усилительные элементы (УЭ) могут работать в различных режимах работы, отличающихся друг от друга тем, что ток в выходной цепи УЭ может протекать в течении различной части периода сигнала, действующего на его входе. Различают следующие основные режимы работы УЭ: А, В, АВ, С и D.

При работе УЭ в режиме, А его выходной ток существует в течение всего периода усиливаемого сигнала, непрерывно изменяясь в соответствии с входным. В режиме класса, А рабочая точка располагается на середине нагрузочной прямой так, чтобы амплитудные значения сигналов не выходили за те пределы нагрузочной прямой, где изменения тока коллектора прямо пропорциональны изменениям тока базы. Усилитель, работающий в режиме класса А, характеризуется минимальным коэффициентом гармоник (менее 1%), невысоким коэффициентом полезного действия (менее 40%), малой выходной мощностью (менее 3 Вт).

При работе УЭ в режиме В его выходной ток существует в течение половины периода усиливаемого сигнала. В течение другой половины периода ток равен нулю. Рабочая точка усилителя выбирается при токе I_б0 = 0. Усилитель, работающий в режиме класса В характеризуется высокой выходной мощностью, высоким коэффициентом гармоник (? 10%), КПД до 70%.

Режим класса АВ занимает промежуточное положение между режимами классов, А и В. В режиме покоя транзистор лишь немного приоткрыт, в нем протекает небольшой ток, выводящий основную часть рабочей полуволны входного напряжения на участок ВАХ с относительно малой нелинейностью. Так как ток мал, то здесь выше, чем в классе А, но ниже, чем в классе В. Коэффициент гармоник усилителя, работающего в режиме класса АВ, относительно невелик (). Выходная мощность больше, чем в классе, А и меньше, чем в классе В.

Угол отсечки выходного тока УЭ, работающего в режиме С, менее, что обеспечивается выбором точки покоя на оси абсцисс левее точки пересечения с ней спрямленной сквозной динамической характеристики. Характерным для данного режима является то, что при отсутствии входного сигнала, а также при его малом уровне выходной ток УЭ равен нулю. Данный режим имеет достаточно большие нежелательные нелинейные искажения, поэтому его можно применять только в резонансных усилителях. Преимуществом режима С является его экономичность.

Усилители класса D работают в импульсном режиме и характеризуются минимальными потерями.

Усилители мощности могут быть реализованы по одно — и двухтактной схеме.

В однотактных схемах транзисторы работают в режиме А, а для согласования с нагрузкой обычно используются трансформаторы. Выходная мощность таких каскадов не превышает долей Вт. Для улучшения энергетических характеристик усилителя применяются двухтактные схемы, в которых транзисторы работают в режимах В или АВ.

Помимо режимов работы внимание уделяется методам и схемам, способствующим увеличению коэффициента усиления полезного сигнала.

В качестве усилительного элемента может быть применен не только один транзистор, но и комбинация из двух, или больше транзисторов. Такая комбинация называется составной транзистор. Поскольку составной транзистор рассматривается как единый УЭ, он имеет три электрода, эквивалентные базе, эмиттеру и коллектору обычного транзистора. Составной транзистор обладает свойствами, которые в обычных транзисторах получить очень сложно, или практически не возможно. Наиболее часто составной транзистор представляет комбинацию из двух транзисторов, с непосредственной связью между ними.

Эквивалентный коэффициент усиления составного транзистора практически равен произведению коэффициентов усиления каждого из транзисторов, входящих в схему.

2. Описание выбранной схемы усилителя

Усилитель выполнен на пяти транзисторах и состоит из простого входного каскада VT1, простого предоконечного каскада VТ2 и оконечного каскада VТ4, VT5. (рис. П1, прил.2) Транзистор VT3 служит для термостабилизации.

Входной сигнал через разделительный конденсатор С1 поступает на базу транзистора VT1. Транзистор VT1 включен по схеме ОЭ. Напряжение смещения на базу этого транзистора (точка В1) подается с помощью делителя из резисторов R1, R2+R3, причём цепочка из конденсатора С2 и резистора R3 служит развязывающим фильтром. Нагрузкой транзистора VT1 является параллельное соединение резистора R4 и базовой цепи следующего транзистора VT2. В эмиттерной цепи транзистора VT1 включен резистор R5 и конденсатор C3. Для переменного тока в рабочей полосе частот сопротивление конденсатора С3 можно считать равным нулю. Поэтому по переменному току нижний конец резистора R5 имеет нулевой потенциал. Кроме того, через этот резистор осуществляется ООС. Постоянная составляющая тока эмиттера проходит через резистор R6, а затем через резистор R11 и транзистор VT5. Через резистор R6 осуществляется ООС по постоянному току, необходимая для стабилизации напряжения покоя транзисторов оконечного каскада в точке М. Напряжение в этой точке должно равняться половине напряжения питания. Через цепочку R6 R5 С3 осуществляется также общая ООС по переменному току, необходимая для стабилизации коэффициента усиления всего усилителя и для уменьшения нелинейных искажений.

Полезный сигнал с коллектора транзистора VT1 поступает на базу транзистора VT2 (точка В2). Усиленный сигнал с коллектора транзистора

VT2 поступает на базы транзисторов VT4 и VT5 оконечного каскада. Нагрузкой транзистора VT2 являются базовые цепи транзисторов VT4 и VT5, параллельно которым подключена цепь из транзистора VT3 и резисторов R7, R8, R9, Rн. Цепь из транзистора VT3 и резисторов R7, R8 необходима для создания постоянного смещения на базах транзисторов оконечного каскада VT3 и VT4 (точки В3 и В4) и для стабилизации тока покоя этих транзисторов.

Резистор R9 создает ПОС. Он необходим для увеличения амплитуды управляющего сигнала на входе оконечного каскада и выравнивания переменных напряжений в точках В3 и В4.

Оконечный каскад собран на комплeментарных транзисторах VT4, VT5. Возбуждение обоих транзисторов синфазное. Резисторы R10 и R11 являются цепями эмиттерной стабилизации. Эти резисторы создают местную ООС, что позволяет немного снизить требования к идентичности параметров транзисторов VT4 и VT5. Оба транзистора включены по схеме ОК, т. е. являются эмиттерными повторителями.

Резистор Rн является нагрузкой. Связь между оконечным каскадом и нагрузкой емкостная через конденсатор С4. Для устранения автоколебаний на высоких частотах параллельно сопротивлению нагрузки подключается RC — цепочка (R12, С5), которая ограничивает полосу пропускания в области высоких частот.

3. Расчет усилителя мощности

Принципиальная электрическая схема рассчитываемого УМ представлена в Приложении 2, рис. П2

3.1 Расчёт оконечного каскада УМ

3.1.1 Расчет напряжения источника питания

При задании и, для получения наибольшего КПД усилителя, напряжение источника питания определяется зависимостью:

где — мощность, выделяемая в нагрузке,

— сопротивление нагрузки,

— стабилизирующее сопротивление,

— коэффициент использования напряжения.

Обычно полагают R9 = R10 = 0,05 = 0,05 4 = 0,2 Ом.

По справочнику, R9 = R10 =0,2Ом.

Если положить, то приближенно имеем

3.1.2 Расчет коллекторной цепи транзисторов оконечного каскада VT4, VT5

Если задаться =1, то амплитуда напряжения на эмиттере

максимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора

импульс тока коллектора

постоянный ток коллектора транзистора

потребляемая мощность от источника питания

максимальная мощность рассеяния на коллекторе

Ток в рабочей точке полагают равным нулю. Предельную частоту транзисторов VT4, VT5 определяют по формуле

3.1.3 Выбор транзисторов оконечного каскада VT4, VT5.

По рассчитанным данным из справочника выбираем транзисторы оконечного каскада VT4, VT5 с максимально возможным коэффициентом передачи тока. Транзисторы должны удовлетворять условиям >;;; <.

Согласно этим условиям выбираем транзисторы:

VT4 (n-p-n): BD167. Параметры:

h_21Э=750;; ;; .

VT5 (p-n-p): BD166. Параметры:

h_21Э=750;;; ;

.

По выходным характеристикам:

.

Использование напряжения питания больше 95%.

3.1.4 Расчет базовой цепи транзисторов оконечного каскада

Определяем рабочую точку транзистора оконечного каскада для режима по входной характеристике () и находим амплитуду напряжения на базе:

Мощность, потребляемая базовой цепью от предыдущего транзистора

.

3.2 Расчёт промежуточного каскада

3.2.1 Расчет коллекторной цепи транзистора VT2 предоконечного каскада

Полезная мощность транзистора VT2, должна быть на 10.20% больше той, которая потребляется базовой цепью транзистора оконечного каскада, т. е.

;

Амплитуда переменной составляющей тока коллектора

;

Из-за нелинейности характеристик транзистора целесообразно выбирать постоянную составляющую тока коллектора согласно

;

Максимальный ток коллектора

;

Амплитуда переменного напряжения на коллекторе

Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером

Мощность, потребляемая коллекторной цепью транзистора от источника питания,

Мощность, рассеиваемая на коллекторе,

;

Предельную частоту транзистора VT2 определяем согласно формуле

3.2.2 Выбор транзистора VT2 предоконечного каскада

По рассчитанным данным из справочника выбираем транзистор VT2 с максимально возможным коэффициентом передачи тока. Транзистор должен удовлетворять условиям:

>;

; ;

<.

Согласно этим условиям выбираем транзистор VT2:

VT2 (p-n-р): BC212B. Параметры:

;

;;; h_21Э=50;

Сопротивление резистора в коллекторной цепи транзистора VT2 рассчитываем согласно формуле

Суммарное сопротивление резисторов R7+R8? 1000 Ом.

По справочнику: R9=510 Ом.

3.2.3 Расчет базовой цепи транзистора VT2 предоконечного каскада

Амплитуду переменного тока базы определяем по характеристикам

I_Бmax=0,8 мА

Входное сопротивление транзистора VT2 полагаем:

;

r_б составляет единицы — десятки Ом, им можно пренебречь.

Сопротивление резистора

;

По справочнику: R4=2 кОм.

Амплитуда переменного напряжения на базе VT2

;

Мощность сигнала потребляемая базовой цепью

3.3 Расчёт входного каскада

3.3.1 Расчет коллекторной и базовой цепей транзистора VT1/

Расчет этих цепей производится так же, как и для второго транзистора. Полезная мощность:

;

Амплитуда переменной составляющей тока коллектора

;

Постоянную составляющую тока коллектора определим по формуле

;

Мощность, потребляемая от источника питания, практически равна мощности рассеяния на коллекторе

Максимальное значение коллекторного тока

;

Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером

Предельная частота транзистора VT1

;

3.3.2 Выбор транзистора входного каскада

Выбираем транзистор VT1.

VT1 (n-p-n): КТ342 В Параметры:

;; ;; h_21Э=30; ;

Ток базы транзистора VT1

3.3.3 Расчет цепи отрицательной обратной связи

Выберем глубину ООС F=20. После этого находим сопротивление резистора

Так как коэффициент усиления и входное сопротивление зависят от отношений R6/R5 и R5/R6 соответственно:

то отношение R6/R5 находится из компромисса между требованиями увеличения коэффициента усиления и входного сопротивления. При этом надо иметь в виду, что сумма сопротивлений R5+R6 должна удовлетворять неравенству

R_н<<_21Э2h_21Э4R_н

4<<<150 000

Используя эти соотношения и принимая во внимание, что по заданию необходимо обеспечить Кос=200, рассчитываем R₅:

R5=R6/K_ОС=7500/200=34,4 Ом.

По справочнику: R5=33 Ом.

Оценим R_вх усилителя с ООС:

R_вхосR₅R_н h_21Э1h_21Э2h_21Э4/R₆=3 343 050 750/7500=19,8 кОм

3.3.4 Расчет делителя в цепи базы первого транзистора

Можно предположить, что ток делителя I_Д равен току коллектора I_К1, т. е. ток делителя в h_21Э1 раз превышает ток базы. В этом случае общее сопротивление делителя

кОм (R_{2?=R2+R3-верхнее плечо делителя.)}

— напряжение между базой и эмиттером первого транзистора;

R_{ВХ1 — входное сопротивление первого транзистора}

R_{вх1h21э1R5=3033 1кОм}

U_{бэ1=10 000,0000380,038 В}

Подставляя, находим U_{k1=0,038+1,157,5+3240,7 В}

Но R_{1=Uk1/Iд=40,7/0,11 535,4 кОм}

По справочнику возьмём: R1=35,4 кОм.

Тогда можно найти R2?= (64/1.15) — 35 = 23.2 кОм.

После такого выбора резисторов необходимо найти коэффициент нестабильности

Подставляя данные, находим

По теории, оптимально D=2…4.

В данном случае коэффициент нестабильности получился приемлемым (D=2,6), т. е. делитель рассчитан оптимально.

3.4 Выбор цепи стабилизации тока покоя

В УМ особое внимание необходимо уделять стабилизации рабочих режимов транзисторов по постоянному току. Любое изменение режима, возникшее в первом транзисторе, усиливается и оказывает влияние на режим работы всех остальных. В УМ имеется два параметра, нестабильность которых сказывается на работе всего усилителя — это ток и напряжение покоя транзисторов оконечного каскада.

Ток покоя — коллекторный ток транзисторов оконечного каскада при отсутствии управляющего сигнала. Необходимость стабилизации тока покоя вызвана тем, что без принятия специальных мер с возрастанием температуры окружающей среды ток покоя может лавинообразно увеличиваться, что, в свою очередь, приводит к тепловому пробою. Нестабильность коллекторного тока в общем случае зависит от коэффициента нестабильности и нестабильностей обратного и теплового тока коллектора, напряжения между базой и эмиттером и коэффициента передачи тока. Чем меньше коэффициент нестабильности D, тем лучше, так как при этом ток коллектора изменяется в меньших пределах.

Для стабилизации тока покоя транзисторов оконечного каскада параллельно базовым цепям оконечных транзисторов VT4 и VT5 подключают термозависимую цепь из диода и резистора. Такая схема стабилизации удовлетворительно работает лишь при незначительных изменениях температуры (10.30 С), т. е. в комнатных условиях. При этом диод необходимо помещать в непосредственной близости от транзисторов оконечного каскада. Лучше всего их располагать прямо на радиаторах этих транзисторов. Если вместо диодов использовать кремневые стабилитроны, то такая схема стабилизации будет удовлетворительно работать при изменении температуры 0.40 С.

Для дальнейшего расширения температурных пределов работы УМ необходимо использовать схемы стабилизации на транзисторах. Пример такой схемы и использован в качестве цепи стабилизации тока покоя. Допустимые пределы изменения температуры от — 40 до +60 С, что удовлетворяет заданным параметрам. Транзистор можно выбрать аналогичный VT4. Выбираем транзистор VT4 типа BD167. Суммарное сопротивление резисторов R7, R8 и R8₁ примерно 1 кОм. R8₁ - подстроечный. Он необходим для более точной подстройки цепи стабилизации. Выберем R7 = 330 Ом, R8+ R8₁ = 680 Ом.

3.5 Расчет результирующих характеристик усилителя

После того как выбраны транзисторы и рассчитаны основные элементы схемы надо уточнить основные характеристики усилителя, пересчитав их по формулам.

1) Коэффициент усиления по напряжению К с разомкнутой ООС

где R_{ВХ2 -} входное сопротивление второго транзистора.

Подставляя, получаем

2) Коэффициент усиления по току К_i

где R_ВХ - входное сопротивление усилителя с разомкнутой ООС.

R_ВХ=R_ВХ1|| R1|| R2?=100 013 900/ (1000+13 900) ?950 кОм

Окончательно для K_i имеем:

3) Глубина ООС, где — коэффициент передачи цепи ООС.

Тогда имеем: F=1+K=1+0,0044408019

4) Коэффициент усиления по напряжению Кос с замкнутой ООС

Кос=К/F =4080/19 215

5) Коэффициент усиления по мощности К_Рос

К_Рос =Кос K_i=2150,9710⁶0,2110⁹

6) Входное сопротивление R_вхос с замкнутой ООС

3.6 Требования к мощности источника питания

Суммарный ток I потребляемый от источника питания:

I=I_д+ I_к1+ I_к2+ I_ср4=1,1510^-3+1, 1510^-3+24,210^-3+2,552,58 А;

Минимальная мощность источника питания:

P_ист=EI=642,58165 Вт.

КПД усилителя Р_н/Р_ист100%=64/165 100%40%.

3.7 Расчёт RC-цепей усилителя

Разделительные конденсаторы С1, С4 рассчитываются исходя заданного коэффициента частотных искажений M_i в усилителе (по заданию M_{i [дБ]} <2 дБ; M=1,26₎. Если в схеме имеется n конденсаторов, влияющих на M_i, то обычно полагают, что для каждого конденсатора коэффициент частотных искажений будет равен M_{i [дБ]} /n. Далее рассчитывают ёмкости конденсаторов по формуле.

где R — сопротивление, входящее в фильтр.

В данной схеме необходимо обеспечить требуемый M_i на нижних частотах. На нижние частоты влияют 4 конденсатора: С1, С2, С3, С4.

M_{н [дБ]} /4=0,5 дБ M_н=1,059, а ёмкость C2,87/ (2f_нR);

С1>=2,87/ (2f_нR_вхос); С4>=2,87/ (2f_н (R_н+R_вых)), где R_выхr_э1 Ом.

Ёмкость конденсатора С3 выбирают наименее возможной

С3=1/ (2f_нR5);

После подстановки значений, получим:

С1=2,87/ (22019 000) 1.2 мкФ;

С3=1/ (22033) 241 мкФ;

С4=2,87/ (220 (4+1)) 4.6 мФ.

Практические значения:

С1=2 мкФ;

С3=360 мкФ;

С4=5100 мкФ.

Для устранения автоколебаний на высоких частотах необходимо применить корректирующую цепочку, которая включается параллельно нагрузке. При этом её параметры рассчитываются по формулам

Выберем из справочника С5=2 мкФ, R12=0.7 Ом.

Расчёт развязывающей цепочки R3-C2 ведётся из условия фильтрации фона попадающего на вход усилителя. Обычно полагают R2 (2…5) R3 кОм. Тогда

R3=R2?/2=23 200/29.3 кОмR2=23.2−9.3=13.9 кОм;

С22,87/ (2f_нR3) =2,87/ (6,28•20•10 000) 30 мкФ.

Возьмём R3=10 кОм, R2=14 кОм, С2=36 мкФ.

3.8 Расчёт отношения сигнал/шум

Усилитель должен иметь отношение сигнал/шум С/Ш=85 дБ.

, где

По справочнику:

В данной схеме входной каскад обладает небольшим усилением по напряжению.

Поэтому

Тогда

В итоге

Соотношение сигнал/шум получилось больше, чем в техническом задании, что удовлетворяет поставленным требованиям.

Заключение

При моделировании схемы усилителя мощности в пакете MC7 коэффициент усиления по напряжению, а также выходные параметры совпадают с достаточной степенью точности. Некоторое расхождение объясняется несоответствием моделей транзисторов пакета МС7 реальным компонентам.

С помощью МС7 также смоделированы коэффициент гармоник, АЧХ и временные диаграммы входных и выходных сигналов.

Результаты моделирования представлены в Приложении 3.

В результате выполнения курсовой работы был разработан усилитель мощности, обеспечивающий заданные параметры. Отношение сигнал/шум получилось 123дБ. Полоса пропускания составила 49,98 кГц, с нижней граничной частотой 20 Гц и верхней граничной частотой 50 кГц. Коэффициент гармоник составил 0,26%. КПД получился 40%. Схема получилась достаточно термостабильной и при изменении температуры от — 40…+60єС выходная мощность изменяется от 103 до 106 Вт.

Расчеты были подтверждены моделированием в пакете прикладных программ MicroCap 7,0. Некоторое расхождение с расчетными данными объясняется несоответствием моделей транзисторов пакета МС7 реальным компонентам.

Результаты работы могут быть использованы разработчиками различных усилителей мощности.

Библиографический список

1. Павлов В. Н., Ногин В. Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. — М.: Горячая линия — Телеком, 2003

2. Проектирование усилительных устройств: уч. пособие для вузов/ В. В. Ефимов, В. Н. Павлов и др: под ред. Н. В. Терпугова — М: Высшая школа 1982 — 190с.

3. Серегин Б. А. Обратная связь в усилителях. — М.: Радио и связь 1983. — 96с.

4. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. — в 3-х т. — М.: Мир, 1993 (1983, 1989).

5. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника — М.: Мир, 1982.

6. Цыкина А. В. Электронные усилители.: Учебник для вузов. — M.: Радио и связь, 1982.

7. Варакин Л. Е. Бестрансформаторные усилители мощности. Справочник. М.: Радио и связь, 1984.

8. Г. В. Войшвилло Усилительные устройства — М.: Радио и связь, 1983.

9. Аксёнов А. И., Нефедов А. В., Юшин А. М. Справочник. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Диоды. Транзисторы. — М.: Радио и связь, 1993.

10. Терещук Р. М., Терещук К. М. Справочник радиолюбителя. Малогабаритная радиоаппаратура. — Киев: Наукова думка, 1982.

11. Справочник. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Под редакцией Б. Л. Перельмана — М.: Радио и связь, 1981.

12. Справочник. Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы. Под редакцией А. В. Голомедова — М.: Радио и связь, 1985.

13. Справочник. Полупроводниковые приборы. Транзисторы. Под редакцией Н. Н. Горюнова — М.: Энергоатомиздат, 1982.

14. Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования Micro Cap 7 — M.: Солон, С. 1997

Приложения

Приложение А

Обозначения:

ИП — источник питания;

ВК — входной каскад;

ПК — предварительный каскад;

ОК — оконечный каскад;

H — нагрузка;

ИС — источник сигнала;

ООС — отрицательная обратная связь;

МООС — местная отрицательная обратная связь;

МПОС — местная положительная обратная связь;

Приложение Б

Приложение В

Рисунок В1 — Входное и выходное напряжения Рисунок В2 — Ток на выходе УМ Рисунок В3 — Выходная мощность Рисунок В4 — Спектральная диаграмма

Рисунок В5 — АЧХ усилителя Рисунок В6 — График выходного напряжения при изменении температуры.

При изменении температуры выходное напряжение изменяется незначительно.

Приложение Г