Разработка усилителя мощности со стабилизированным источником питания

Понятие электроники в физике и технике. Характеристика и предназначение усилителя мощности, особенности его применения в звуковой технике. Выбор и расчет элементов усилительного каскада, расчет источника питания и сущность моделирования приборов.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

“Белорусско-Российский университет”

Кафедра «Электротехника и Электроника»

Курсовой проект

по дисциплине

«Элементы электроники»

Тема работы:

«Разработка усилителя мощности со стабилизированным

источником питания»

Разработал Исаченко В.И.

ст. гр. ЭОАР-073

Проверил к.т.н. Болотов С.В.

Содержание

Введение

1. Анализ исходных данных

2. Разработка СЭП и источника питания

2.1 Выбор и расчет элементов усилительного каскада

2.2 Расчет источника питания

3. Разработка модели устройства

4. Результаты моделирования

Заключение

Список использованных источников

Приложение А.

Приложение В.

Введение

Электроника-- понятие, включающее в себя, в:

1. Физике -- область, в которой изучаются процессы, происходящие с заряженными частицами в вакууме, газах, жидкостях и твердых телах.

2. Технике -- электронные приборы и устройства, принцип действия которых основан на взаимодействии заряженных частиц с электромагнитными полями и используется для преобразования электромагнитной энергии (например для передачи, обработки и хранения информации). Наиболее характерные виды таких преобразований: генерирование, усиление, приём электромагнитных колебаний с частотой до Гц, а также инфракрасного, видимого, ультрафиолетового и рентгеновского излучений ( -- Гц). Возможность таких преобразования обусловлена малой инерционностью электрона.

В данной курсовой работе нам необходимо спроектировать усилитель мощности. Под усилителем понимают устройство, предназначенное для увеличения мощности сигнала. Данные устройства широко распространены и могут применяться в различной технике. Наибольшее распространение усилители получили в звуковой технике.

1. Анализ исходных данных

Под усилителем мощности понимают такой усилительный каскад, для которого задаются нагрузка RH и мощность PH, рассеиваемая в этой нагрузке. Обычно мощность имеет значения от нескольких до десятков-сотен Вт. Поэтому мощные каскады, как правило, бывают выходными - оконечными. В качестве нагрузки могут выступать различные исполнительные устройства систем управления (например, обмотки реле, электродвигатели).

Усилители мощности могут быть однотактными и двухтактными. Однотактные усилители чаще применяют при относительно малых выходных мощностях (до 3…5 Вт). Как правило, в однотактной схеме транзистор работает в режиме А, в двухтактных схемах - в режимах АВ или В.

Усилители мощности подразделяются на трансформаторные и бестрансформаторные. Несмотря на то, что трансформаторы характеризуются незначительными потерями энергии и позволяют оптимизировать условия работы усилительного элемента, при которых обеспечиваются необходимая выходная мощность, высокий КПД и низкий уровень нелинейных искажений, тем не менее они сравнительно редко применяются в транзисторных и особенно в аналоговых микросхемах, так как при их использовании увеличиваются габаритные размеры, масса и стоимость усилителя.

Все бестрансформаторные двухтактные схемы можно разделить на две группы: с одним или двумя источниками питания и с управлением от однофазного или от парафазного напряжения.

Анализируя данные структуры усилителей и параметры, указанные в задании на курсовую работу выбираем схему двухтактного выходного бестрансформаторного каскада с общим коллектром, работающим в режимах В, АВ с двумя источниками питания. Схема такого каскада представлена на рисунке 1.



Рисунок 1 - Схема двухтактного выходного бестрансформаторного каскада с общим коллектором, работающим в режимах В, АВ с двумя источниками питания

В двухтактном оконечном каскаде на комплементарных транзисторах с двумя источниками питания транзисторы включены по схеме с ОК (эмиттерные повторители) в режиме работы В или АВ. При отсутствии входного сигнала ток в сопротивлении нагрузки RН практически отсутствует, так как не-большие начальные токи, протекающие через транзисторы VT1 и VT2, взаимно вычитаются. При подаче входного сигнала на базы обоих транзисторов один из транзисторов в зависимости от фазы сигнала закрывается, а открытый транзистор работает как усилительный каскад, собранный по схеме с ОК. Следовательно, выходной сигнал Ukm на сопротивлении нагрузки Rн практически равен входному, а усиление мощности достигается за счет усиления тока Iэm. Во время другого полупериода открытый и закрытый транзисторы меняются местами.

2. Разработка СЭП усилителя мощности и источника питания

2.1 Выбор и расчет элементов усилительного каскада

При расчете усилителя мощности обычно заданы мощность PH и сопротивление RH.

Таблица 1 -Исходные данные к курсовой работе

Наименование параметра	Значение
Выходная мощность усилителя РН, Вт	45
Сопротивление нагрузки RН, Ом	12
Входное напряжение источника питания Uвх, В	220
Частота напряжения источника питания fc, Гц	50
Схема выпрямления	Однофазная мостовая
Коэффициент пульсаций kП вых	0,02
Коэффициент стабилизации kст	20
Допустимое относительное изменение напряжения источника питания дUвх, %	-25…15
Высшая температура окружающей среды t°срmax, °С	40
Низшая температура окружающей среды t°срmin, °С	-5
Рабочий диапазон частот	fН, кГц	0,1
	fВ, кГц	12
Допустимые коэффициенты частотных искажений	МН	3,5
	МВ	3,2

Начнем расчет с определения значения мощности, которую должны выделять транзисторы, и составляющие коллекторного тока и напряжения:

P 1,1 Р_н (2.1)

P49,5=50 Вт

P 50 Вт



(2.2)

(2.3)

Далее выбираем напряжения источников питания.

, (2.4)

Е_к -?35 В

U_OCT - напряжение, отсекающее нелинейную часть выходных характеристик транзистора в области малых коллекторных напряжений (U_OCT ~0,3---1,5 В).

Затем выбираем транзисторы. Выбираем транзисторы по предельным параметрам:

(2.5)

(2.6)

(2.7)

(2.8)

Принимаем транзисторную коллекторную пару КТ816г и КТ817г со следующими параметрами:

U_КЭдоп = 80 В - максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер

I_{К доп} =3 А - максимально допустимый постоянный ток коллектора

Р_Кдоп= 25Вт - максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора (с теплоотводом)

t°_{nep max} = 125°С - максимальная температура коллекторного перехода

f_гp = 3МГц - граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с общим эмиттером

= 25 - статический коэффициент

Определим параметры входной цепи. Ток смещения базы Ioб, соответствующий найденной рабочей точке О, при наихудшем транзисторе, имеющем вmin, и амплитуда переменной составляющей входного тока Iбм рассчитываются как: