Руководство к организации самостоятельной работы 2016 содержание рис. 2 23
 Скачать 1.58 Mb.
|
|
10. ВАРИАНТЫ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЗАДАНИЯ №2 10.1. Рассчитать инвертирующий масштабный усилитель. Входной сигнал подается с измерительного шунта (при токе 1000 А напряжение, снимаемое с шунта, равно 75 мВ).
10.2. Рассчитать измерительный дифференциальный усилитель для прочностных испытаний. Входной сигнал подается с тензометрического моста. Входное сопротивление по каждому входу не менее 1 МОм. Амплитуда выходного напряжения - 5 В.
10.3. Рассчитать измерительный УНЧ. Амплитуда выходного напряжения - 10 В. Диапазон рабочих температур - от нуля до плюс 40 ОС. Полоса частот задана на уровне 3 дБ.
11. ТВОРЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ 1. Рассчитать стабилизатор постоянного напряжения на выходное напряжение 30 В 1%. Ток нагрузки меняется в диапазоне (0-1) А. Неста-бильность входного напряжения 15%. Диапазон температур (30-50)ОС. 2. Спроектировать стабилизатор тока. Нестабильность входного напряжения 10%. Стабилизируемый ток - 0.1 А. Точность - не хуже 1% в диапазоне температур (0-40)ОС. Нагрузка - аккумулятор напряжением 1.5 В. 3. Спроектировать двуполярный стабилизатор напряжения (15 В 1%). Питание от сети переменного тока 220 В 15%. Ток нагрузки - до 200 мА. Диапазон температур (2010)ОС. 4. Рассчитать стабилизатор постоянного напряжения на выходное напряжение 20 В 1%. Ток нагрузки меняется в диапазоне (0-0.5) А. Неста-бильность входного напряжения 15%. Диапазон температур (30-50)ОС. 5. Спроектировать стабилизатор тока. Нестабильность входного напряжения 10%. Стабилизируемый ток - 0.2 А. Точность - не хуже 1% в диапазоне температур (0-40)ОС. Диапазон изменения сопротивления нагрузки (5-20) Ом. 6. Рассчитать стабилизатор постоянного напряжения на выходное напряжение 30 В 1%. Ток нагрузки меняется в диапазоне (0-0.3) А. Нестабильность входного напряжения 15%. Диапазон температур (30-50)ОС. 7. Спроектировать стабилизатор тока. Нестабильность входного напряжения 10%. Стабилизируемый ток - 0.5 А. Точность - не хуже 1% в диапазоне температур (0-40)ОС. Нагрузка - пара последовательно включенных аккумуляторов напряжением 1.5 В. 8. Спроектировать двуполярный стабилизатор напряжения (8 В 1%). Питание от сети переменного тока 220 В 15%. Ток нагрузки - до 500 мА. Диапазон температур (2010)ОС. 9. Рассчитать стабилизатор постоянного напряжения на выходное напряжение 15 В 1%. Ток нагрузки меняется в диапазоне (0-0.1) А. Нестабильность входного напряжения 15%. Диапазон температур (30-50)ОС. 10. Спроектировать стабилизатор тока. Нестабильность входного напряжения 10%. Стабилизируемый ток - 0.4 А. Точность - не хуже 1% в диапазоне температур (0-40)ОС. Сопротивление нагрузки меняется от 1 до 10 Ом. 11. Спроектировать двуполярный стабилизатор напряжения (5 В 1%). Питание от сети переменного тока 220 В 15%. Ток нагрузки - до 1 А. Диапазон температур (2030)ОС. 12. Спроектировать двуполярный стабилизатор напряжения (10 В 1%). Питание от сети переменного тока 220 В 15%. Ток нагрузки - до 300 мА. Диапазон температур (2020)ОС. 13. Рассчитать усилитель промежуточной частоты транзисторного радиоприемника. Частота преобразования - 465 кГц, полоса частот - 20 кГц. Избирательность по отношению к частоте помехи 1 МГц не хуже 40 дБ.Коэффициент усиления не ниже 100. Диапазон рабочих температур - от нуля до 40 ОС. 14. Рассчитать генератор гармонических колебаний для снятия АЧХ. Диапазон перестройки частоты - от 10 Гц до 100 кГц. Амплитуда выходного напряжения - 10 В. Коэффициент гармоник - не хуже 1 %. 15. Рассчитать полосовой фильтр (fн = 20 кГц, fв = 100 кГц). Крутизна характеристики на границах полосы пропускания - не ниже 60 дБ/дек. Коэффициент передачи - 1. Сопротивление нагрузки - 5 кОм. 16. Рассчитать избирательный усилитель. Резонансная частота - 3 кГц. Полоса пропускания на уровне 3 дБ - 100 Гц. Коэффициент усиления - 100. Сопротивление нагрузки - 1 кОм. 17. Рассчитать прецизионный двухполупериодный выпрямитель блока обратной связи стабилизатора сетевого напряжения. Амплитуда напряжения - 10 В. Погрешность - не более 1%. Диапазон температур - от нуля до 40 ОС. 18. Спроектировать амплитудный детектор. Длительность контролируемых импульсных сигналов - 100 мкс, амплитуда - до 1 В. Погрешность - не более 1%. Сопротивление нагрузки - 1 кОм. Диапазон рабочих температур - 2010 ОС. 12. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 12.1 Цель курсового проектирования Целью курсового проектирования является закрепление знаний по схемотехнике аналоговых электронных устройств, выбору их элементов, расчету качественных характеристик, приобретению навыков моделирования, оформления пояснительной записки и чертежей. В число проектируемых устройств входят различные усилители, генераторы гармонических колебаний, стабилизаторы постоянного напряжения. Точный анализ аналоговых устройств приводит к громоздким соотношениям, мало пригодным для практики инженерных расчетов. Рекомендуем использовать приближенные эквивалентные схемы и методы анализа, позволяющие получить простые и наглядные соотношения для параметрического синтеза устройств. Уточненный анализ и подгонку значений элементов спроектированных таким образом устройств можно выполнить затем путем компьютерного моделирования с помощью пакетов Electronics Workbench или ASIMEC. 12.2 Конкретизация технического задания Типовое задание на курсовой проект предполагает проектирование усилителя звуковых частот на выходную мощность в единицы-десятки ватт. Однако студент может предложить и конкретизировать свой вариант технического задания или выбрать курсовой проект по предлагаемой ниже тематике и согласовать его с руководителем курсового проектирования: - Усилитель низкой частоты для магнитофона с регулировкой тембра. - Усилитель низкой частоты для радиоприемника. УНЧ для системы автоматического управления. Измерительный преобразователь для прочностных испытаний. Широкодиапазонный генератор гармонических колебаний. Двухполярный стабилизатор постоянного напряжения с регулировкой выходного напряжения. Электронный термометр. Стереофонический УНЧ с регулировкой уровня громкости, баланса и тембра. Усилитель промежуточной частоты для радиоприемника. Усилитель биопотенциалов для кардиографа. Линейный импульсный усилитель. Выбор нетипового задания возможен только при наличии у студента соответствующей литературы по проектированию аналогового электронного устройства. В качестве основной элементной базы используются операционные усилители, биполярные и полевые транзисторы. В задании указываются основные параметры нагрузки (выходного сигнала) и датчика (источника входного сигнала). Расчет и выбор элементов проектируемого устройства начинают с выходного каскада. Выбор элементов выходного каскада 12.3.1 Пусть стоит задача выбора основных элементов двухтактного выходного каскада усилителя звуковых частот (рис.12.1) с выходной мощностью  Вт и сопротивлением нагрузки  Ом. Усилитель низкой частоты выполнен по схеме с квазидополнительной симметрией выходных транзисторов. Усилитель питается от двухполярного источника. В точке покоя напряжение на нагрузке устанавливается равным нулю. В УНЧ используется цепь параллельной отрицательной обратной связи по напряжению через резистор R1 и вольтодобавочная цепь положительной обратной связи за счет элементов С2 и R6 [11,18]. 12.3.2 Для получения хороших энергетических показателей и небольших нелинейных искажений выбираем режим АВ. Резисторы R9и R10, служащие для температурной стабилизации исходных рабочих точек оконечных транзисторов VT4 и VT5, берут порядка (5…15)% от  (чтобы они не сильно уменьшали КПД). Выбираем R9= R10 = 1 Ом из ряда Е12 с номинальной мощностью рассеяния 1 Вт.Тогда полное сопротивление нагрузки одного плеча составит  Ом.12.3.3 Требуемая максимальная выходная мощность, которую должны обеспечить транзисторы:  Вт.12.3.4 Максимальная амплитуда тока нагрузки  А.12.3.5 Требуемая величина напряжения источника питания  В,где  В.Выбираем Е = 16 В. 12.3.6 Максимальная мощность потерь в каждом из выходных транзисторов [11]:  Вт,где  - коэффициент использования напряжения источника питания.12.3.7 Максимальное напряжение на оконечном транзисторе каждого плеча примерно равно удвоенному напряжению источника питания (когда один из транзисторов закрыт, а другой почти открыт):  В.12.3.8 По значениям  ,  и  выбираем оконечные транзисторы типа КТ817В ( =3 А,  =60 В,  без радиатора 1 Вт, с радиатором 25 Вт,  , тепловое сопротивление переход-корпус  оС/Вт,  пФ,  МГц, максимальная температура перехода 150 оС).12.3.9 Необходимая поверхность пластинчатого радиатора в квадратных сантиметрах при условии, что максимальная температура окружающей среды  =60 оС, а температура перехода не превысит  =120 оС: см2.Роль такого радиатора может выполнить алюминиевая пластина со сторонами 10 и 4 см. 12.3.10 Ток покоя оконечных транзисторов выбирают в диапазоне (3…10)% от максимального тока нагрузки. Примем  мА.Исходный ток через резистор R7 примем равным 10% от  (токи через резисторы R7 и R8 выбирают в несколько раз больше, чем токи баз VT4 и VT5): мА.Исходное напряжение на резисторе R7  мВ,где  - пороговое напряжение входной характеристики транзистора.Величина сопротивления резистора R7  Ом.Выбираем R7=R8=100 Ом из ряда Е12 с допустимым отклонением 10%. 12.3.11 Максимальное напряжение на резисторе R7  В.Максимальные токи:  мА; А; мА.12.3.12 Максимальный ток транзистора VT2  мА.Максимальное напряжение на транзисторе VT2  В.Напряжения на транзисторах VT2 и VT4 практически одинаковы. Поэтому их максимальные мощности потерь различаются во столько же раз, что и токи:  мВт.По найденным значениям максимального тока, напряжения и мощности выбираем в качестве VT2 транзистор типа КТ315В, а VT3 – транзистор типа КТ361В. Это наиболее распространенные транзисторы разного типа проводимости с одинаковыми параметрами ( =100 мА, =40 В, =150 мВт,  ,  пФ,  МГц).12.3.13 Максимальный ток базы транзистора VT2  мА.12.3.14 Требуемый ток коллектора в рабочей точке транзистора VT1  мА.Принимаем ток  мА.Максимальная мощность потерь в транзисторе VT1  мВт.В качестве VT1 выбираем транзистор КТ315В. 12.3.15 Для сохранения высокого коэффициента использования источника питания при открывании транзистора VT3 потери постоянного напряжения на резисторе R5 (он служит для температурной стабилизации режима VT1) должны быть небольшими. Принимаем  В. Тогда  Ом.12.3.16 Требуемое исходное напряжение смещения на резисторе R4 близко к сумме пороговых напряжений база-эмиттер транзисторов VT2, VT4, VT3:  В.Отсюда находим  Ом.12.3.17 Суммарное падение напряжения на резисторах R3 и R6 определим как разность  В.Следовательно,  кОм.Сопротивление резистора R6 выбирается из условий [7]:  и  .Выберем R3=3,3 кОм, R6=1,5 кОм из ряда Е12. Напряжение на вольтодобавочном конденсаторе С2 составит  В.Когда мгновенное значение напряжения на нагрузке достигает максимального значения  В,напряжение в точке вольтодобавки составит  В.12.3.18 Ток делителя, задающий режим работы транзистора VT1, выбираем на порядок больше тока базы этого транзистора:  мА.Тогда легко рассчитать значения сопротивлений резисторов:  кОм; кОм.За cчет резистора R1 осуществляется общая параллельная ООС по постоянному напряжению, стабилизирующая начальный режим работы всех транзисторов (в отсутствии входного сигнала регулировкойR1 выставляется нулевое напряжение на нагрузке). Таким образом, режим транзистора VT1 стабилизируется комбинированной ООС (еще есть ООС за счет R5). Для температурной стабилизации начального смещения выходных транзисторов желательно вместо резистора R4 применить три последовательно включенных диода с прямым падением напряжения 0,65 В (например, КД503А). 12.3.19 Основное достоинство рассчитываемого выходного каскада – обеспечение высокого коэффициента полезного действия. Оценим его величину. Суммарная мощность потерь в выходных транзисторах –  Вт, в транзисторах предоконечного каскада –  Вт, в резисторах R9 и R10 – 1,25 Вт. или 60%.12.3.20 Оценим качественно усилительные свойства каскада на средних частотах. Без цепи ПОС (если убрать конденсатор C2) эквивалентное сопротивление нагрузки транзистора VT1 по переменному току можно определить как  , где  - входное сопротивление эмиттерного повторителя на транзисторах VT2 и VT4.Цепь положительной обратной связи поддерживает неизменным напряжение на резисторе R3, создавая эффект динамической нагрузки. Переменная составляющая коллекторного тока, ответвляющаяся в резистор R3, резко уменьшается (в 20-50 раз), что увеличивает эквивалентное сопротивление нагрузки для VT1 и коэффициент усиления каскада с ОЭ по напряжению. При идеальном источнике входного сигнала (Rc=0) он может составлять несколько тысяч. Отрицательная обратная связь через резистор R1 по переменному току в этом случае не работает. При увеличении внутреннего сопротивления источника входного сигнала начинает проявляться параллельная ООС по напряжению через резистор R1. Она стабилизирует коэффициент усиления по току, который при большой глубине ООС стремится к величине  и уменьшает входное сопротивление каскада до значения  . Сквозной коэффициент усиления при большой глубине ООС стремится к величине  .12.3.21 В приложении Б приведен пример построения усилителя низкой частоты с регулировкой уровня громкости и тембра, использующий рассмотренный выходной каскад. Входной каскад с регулировкой коэффициента усиления обеспечивает предварительное усиление сигнала по напряжению. Он использует неинвертирующее включение операционного усилителя DA1.1, что позволяет получить большое входное сопротивление УНЧ. Оно определяется величиной сопротивления резистора R3 и может составлять сотни килоом. Практически близкое к нулю выходное сопротивление каскада превращает его в идеальный источник напряжения для каскада на операционном усилителе DA1.2, обеспечивающего регулировку тембра. Применен активный симметричный регулятор тембра, не вносящий потерь в нейтральном положении. ОУ здесь охвачен цепями ООС, представляющими собой частотно зависимые делители напряжения нижних (R4…R7, C2…C3) и верхних (R8…R10, C4) частот. При диапазоне регулирования тембра  20 дБ элементы схемы можно определить из следующих соотношений (здесь  и  - нижняя и верхняя частоты регулирования) [19]: ; ; ; ; ; .В выходном каскаде по переменному току действует глубокая параллельная ООС по напряжению. Коэффициент усиления выходного каскада по напряжению определяется отношением величин сопротивлений резисторов R12 и R11:  . |