Разработка усилителя электрических сигналов, состоящего из каскадов предварительного усилителя. Расчет двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности. Определение каскада с ОЭ графоаналитическим методом. Балансные (дифференциальные) усилители.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Курсовой проект по дисциплине «Электроника»

Тема проекта: Расчёт усилителя постоянного тока

Задание на курсовой проект

электромагнитная головка

тип - ГЗМ-105

Диапазон частот - 31,5 - 18 кГц

Величина выходного напряжения (на НЧ) - 0,7 мВ

Величина выходного напряжения (на ВЧ) - 1,7 мВ

Нагрузочное сопротивление - 47 кОм

электродинамический громкоговоритель

тип - 8Гд-1

диапазон частоты, кГц - 40 - 5 кГц

полное сопротивление звуковой катушки - 8 Ом

номинальная мощность - 8 Вт

паспортная мощность - 10 Вт

Разработка структурной схемы

В курсовой работе по заданию необходимо, разработать усилитель электрических сигналов.

Определим количество каскадов, необходимых для реализации поставленной задачи:

;



Так как, коэффициент усиления каскада с общим эмиттером по мощности в среднем равен 1000, то применим 4 каскада.

Таким образом, усилитель должен состоять из каскадов предварительного усилителя, двухтактного оконечного каскада, а также источника питания предусилителя.

Для питания усилителя используется специальный блок питания и преобразователи напряжения каскадов предварительного усилителя.

Рис. 1 Структурная схема усилителя.

Расчёт двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности

Рассчитать двухтактный бестрансформаторный усилитель мощности, если заданы мощность в нагрузке Р_н = 8 Вт и сопротивление нагрузки R_н = 8 Ом. Усилитель работает от источника сигнала с параметрами Е_r = 550 мВ и R_r = 183 Ом.

Рис. 1.1

Решение

1. Определим с небольшим запасом мощность, которую должны выделять транзисторы обоих плеч каскада:

Р 1,1Р _н = 1,18 = 8,8 Вт.

Примем Р = 9 Вт.

2. Требуемое максимальное значение коллекторного тока

3. Минимальное напряжение в цепи коллектор - эмиттер определим по выходным характеристикам транзисторов. Остаточное напряжение U_ост должно отсекать нелинейную часть характеристик. Примем U_ост 1 В.

Требуемую амплитуду напряжения на нагрузке U_вых найдём из формулы

5. Необходимое напряжение источника питания Е_к U_ост + U_кm = 1 + 12 = 13 В. Возьмём с запасом Е_к = 15 В.

6. Выбираем мощные транзисторы Т₁ и Т₃ по значению отдаваемой мощности Р и максимальному напряжению на коллекторе. Подходящими транзисторами с противоположным типом проводимости (так называемой комплиментарной парой) являются транзисторы типа КТ818Б и КТ819Б. Примем, что среднее значение коэффициентов усиления по току = 20. Тогда I_бm = I_кm/ = 0,075 А = 75 мА.

Рассчитываем цепь базового делителя R₁ R₄. Потенциал базы транзистора Т₂ в состоянии покоя выберем, исходя из необходимого начального тока через транзисторы Т₂ и Т₃ и вида входных характеристик. Пусть I_к.нач = 0,2 А, тогда I_б.нач = 5 мА и U_бэ.нач = 1 В. Примем ток делителя I_д равным 8 мА, тогда

Рассчитываем каскад предварительного усиления на транзисторе Т₁. Коэффициент усиления каскада на Т₁ определяется выражением:



Такое усиление можно получить, при I_к0 = 100 мА, тогда U_кэ1 = 11 В. Получим:

R_k1 = (2E_к - U_кэ1)/I_k0 = 190 Ом 200 Ом.

Из формулы для k_u1 при r_э1 = 10 Ом и = 50, находим R_э1 = 24 Ом, что обеспечивает необходимое усиление каскада на Т₁. По входной характеристике получаем, что U_б0 = 0,78 В, находим:

R_б1 = (U_кэ0 - U_б0)/I_б0 = (11 - 0,78)/5 = 2 кОм.

9. Амплитуда входного тока транзистора Т₁

Коэффициент усиления по мощности:

Ёмкость переходного конденсатора определим из соотношения:

Примем С_пер = 50 мкФ.

В итоге имеем:

R₁ и R₄ - МЛТ - 0,25 - 1 кОм 5 %.

R₂ и R₃ - МЛТ - 0,25 - 130 Ом 5 %.

VТ1 - КТ801Б,

VT2 - КТ818Б,

VТ3 - КТ819Б.

R_к1 - МЛТ - 0,25 - 200 Ом 5 %.

R_б1 - МЛТ - 0,25 - 2 кОм 5%.

С_пер - К50 - 6 - 50 мкФ - 50 В.

Расчёт каскада с ОЭ графоаналитическим методом

усилитель электрический сигнал мощность

Рассчитать каскад с ОЭ с параметрами: U_пит = 9 В, U_н = 0,55 В, R_н = 183 Ом, I_н = 3 мА, диапазон частот f_н = 30 Гц, f_в = 6 кГц.

Решение

В каскаде используем транзистор 2Т301Ж с параметрами:

F_гр = 60 МГц, I_нmax = 10 мА, U_КЭmax = 30 В, P_нmax = 150 мВт, = 80.

2. Строим нагрузочную прямую для переменного тока на графике выходных характеристик транзистора (рис. 2.1), выбираем рабочую точку 0 и строим, исходя из начальных данных, динамическую характеристику А-В.

Рис. 2.1.

3. Из рис. 2.1. получаем:

I_к0 = 4,5,

U_кэ0 = 4,5 В,

Рис. 2.2.

4. По входным характеристикам транзистора (Рис. 2.2) определяем:

I_б0 = 300 мкА,

U_б0 = 0,78 В,

R_вх = = 200 Ом,

Сопротивление R_э выбираем из соотношения:

.

5. Для обеспечения слаженности работы каскадов R_к должно быть в 1,5 - 3,5 раза больше R_н.

Из соображения экономичности выберем:

R_к = 3,5R_н = 640,5 Ом 680 Ом.

Тогда R_э = 1000 - 680 = 320 Ом 330 Ом.

6. Примем ток делителя R_б1, R_б2 равным I_д = 6I_б0 = 1,8 мА.

7. Вычислим коэффициент усиления:

К_I = ; К_U =

Определим ёмкость конденсатора C_э из условия:

Сэ

В итоге получим:

R_к - МЛТ - 0,25 - 680 Ом 5%

R_э - МЛТ - 0,25 - 330 Ом 5%

R_б1 - МЛТ - 0,25 - 3,9 кОм 5%

R_б2 - МЛТ - 0,25 - 1,2 кОм 5%

С_э - К50-6 - 100 мкФ - 10 В.

Расчёт каскада по схеме с общим коллектором

Рассчитать каскад, удовлетворяющий следующим параметрам: R_н = 200 Ом, I_вых = 0,1 мА, I_вх = 1 мкА, диапазон частот: f_н = 30 Гц, f_в = 6 кГц.



Решение.

1. Требуемый Кi = Такого коэффициента усиления можно достичь взяв транзистор с соответствующим . Применим транзистор 2Т301б, у которого достигает 120 с параметрами:

f_гр = 60 МГц, I_кmax = 10 мА, U_КЭmax = 30 В, P_кmax = 150 мВт.

2. Выбрав рабочую точку транзистора по входным и выходным характеристикам транзистора получим, что I_к0 = 3,5 мА, U_КЭ0 = 2,5 В, I_б0 = 0,25 мА, U_бо = 0,77 В, тогда:

.

3. Примем ток делителя I_д = 6I_б0 = 1,5 мА

Коэффициент усиления по напряжению такого каскада К_U 0,95.

4. Рассчитаем ёмкость переходного конденсатора:

.

Балансные (дифференциальные) усилители

Рассчитать ДУ на биполярных транзисторах с ГСТ, несимметричным входом и выходом. ЭДС входного сигнала Е_r = 1,2 мВ, сопротивление R_r = 1,6 Ом. требуемый коэффициент усиления К_Uд = 15, сопротивление R_вх 47 кОм.

Решение

1. Для обеспечения малого дрейфа ДУ выбираем транзисторы КТ312А, имеющие малый тепловой ток и достаточно высокий коэффициент . Допустимое напряжение U_{кэ max} 15 В. Следовательно, Е_к1 = Е_к2 7,5 В. Амплитуда выходного напряжения U_вых = K_UдE_r = 151,2 = 18 мВ, тогда примем Е_к1 = Е_к2 = 7 В. Меньшие значения Е_к затрудняют построение ГСТ.

2. Выбираем для транзисторов Т₁ и Т₂ рабочую точку с U_кэ0 = 3 В, I_к0 = 1 мА, U_бэ0 = 0,45 В. Тогда номи...