расчет УМЗЧ. курсач-21.03. Содержание Введение Задание и исходные данные Составление структурной схемы усилителя Электрический расчет 1 Расчет выходного каскада 2 Расчет предоконечного

• Название: Содержание Введение Задание и исходные данные Составление структурной схемы усилителя Электрический расчет 1 Расчет выходного каскада 2 Расчет предоконечного
• Анкор: расчет УМЗЧ
• Дата: 30.03.2023
• Размер: 0.84 Mb.
• Имя файла: курсач-21.03.docx
• Тип: Реферат; #1026240
• страница: 2 из 4

Задание и исходные данные

1. Составить структурную схему усилителя и принципиальную схему выходного каскада, выбрать усилительный прибор и определить основные параметры выходного каскада и усилителя в целом.

. При окончательном расчете усилителя определить номинал каждого элемента схемы.

Исходные данные:

1. Выходная мощность - Р_н=7 Вт;

2. Сопротивление нагрузки - R_н=4 Ом;

3. Коэффициент гармоник - k_г ≤1,5 %;

4. Полоса усиливаемых частот:

f_н=100 Гц;

f_в=15 кГц;

5. Коэффициент частотных искажений:

M_н=3 дБ;

M_в=3 дБ;

6. Источник сигнала (детектор приемника)

E_с=0,4 В;

R_с=75 кОм;

7. Напряжение питания - U_пит=27 В.

В ходе данной работы будут использоваться обозначения:

P_н= P_вых;

E_с= U_ист;

R_с= R_ист;

U_пит=E_к.

1. Составление структурной схемы усилителя

Структурная схема многокаскадного усилителя представляет собой последовательное соединение n однокаскадных усилителей. Результирующая частотная характеристика такого усилителя

Для упрощения усилительного устройства, унификации его узлов и удешевления производства обычно стремятся выполнить все его каскады идентичными. Исключение из этого правила делается для выходного каскада. Требования большой амплитуды выходного сигнала или выходной мощности, работы на заданную нагрузку и т.д. - все это существенно отличает оконечный каскад от каскадов предварительного усиления. В выходных каскадах приходится допускать большие частотные искажения. Оценив, при каких допустимых частотных искажениях в выходном каскаде его можно осуществлять достаточно экономичным образом, оставшиеся искажения делят между остальными каскадами равномерно.

Ориентировочное число каскадов транзисторного усилителя при предварительном расчете выбирают исходя из того, что коэффициент усиления одного каскада обычно составляет величину 15…20 дБ. [1,стр.45]

Типовая блок-схема усилителя с входным и выходным устройствами, предварительным и мощным усилителями изображена на рис.1


Рис.1

При выборе блок-схемы (рисунок 1) решают, нужны ли в проектируемом усилителе входное и выходное устройство, мощный усилитель, предварительный усилитель. Составив блок-схему усилителя, выбирают принципиальные схемы входного и выходного устройств (реостатно-емкостные, трансформаторные), каскада мощного усиления (однотактный, двухтактный, трансформаторный, бестрансформаторный), каскадов предварительного усиления (с прямой связью, реостатный, трансформаторный, инверсный и т.д.). Оценим общее число каскадов, сравнивая требуемый коэффициент усиления по мощности с расчётным для всех необходимых каскадов


Где




Так как в нашем усилителе выходной каскад будет являться трансформаторным, то:

Для фазоинверсных и для простых резистивных каскадов(предположим, что наш фазоинверсный каскад будет резистивным):
= 15.

.


Как видно:

Составим блок-схему и принципиальную схему усилителя низкой частоты радиоприемника.

Так как сопротивление нагрузки мало (R_н=4 Ом), то в качестве выходного устройства используем трансформатор.

В проектируемом усилителе оконечный каскад является каскадом мощного усиления. Так как требуемая мощность >2 Вт, то в качестве выходного каскада применим двухтактную схему в режиме AB;

Трансформаторный каскад обеспечивает оптимальное согласование R_вых с нагрузкой R_н , однако он громоздок и дорог. Бестрансформаторный каскад обеспечивает широкий диапазон усиливаемых частот, позволяет реализовать глубокую ООС, но требует принятия специальных мер по защите выходных транзисторов от короткого замыкания в нагрузке а также использование источника питания большего напряжения, чем трансформаторный.

Так как допустимый коэффициент гармоник достаточно велик, для увеличения коэффициент усиления мощности оконечного каскада включаем транзисторы в нем с общим эмиттером. Также в оконечном каскаде используем эмиттерную стабилизацию.

Предвыходной каскад будет фазоинверсным. Так как выходной - двухтактный. Входным каскадом нашего усилителя будет эмиттерный повторитель.

На рисунке 2 изображена структурная схема проектируемого усилителя


Рис.2

Ориентировочная принципиальная схема (рисунок 3) с цепями подачи смещения и стабилизации рабочей точки, развязывающими фильтрами и регулятором усиления изображена на рисунке 4.


Рис.3
После ее составления распределяем допущенные на весь усилитель частотные искажения на низшей рабочей частоте (М_н≤ 3 дБ) по отдельным цепям, вносящим эти искажения (табл.1)

Таблица 1

Наименование цепей каскадов усилителя	М, дБ
Выходной трансформатор Тр1	1,2
Конденсатор междукаскадной связи Сp3 инверсного каскада	0,6
Конденсатор междукаскадной связи Сp2 инверсного каскада	0,3
Конденсатор междукаскадной связи Сp1 в первом каскаде	0,6
Входное устройство (конденсатор связи с источником сигнала Сp4 )	0,3
Итого	3,дБ

Заданный коэффициент гармоник k_г ≤1,5 % весь отводим на оконечный каскад.

2. Электрический расчет

2.1 Расчет выходной каскада (Двухтактный транзисторный каскад мощного усиления)
1. Взяв кпд выходного трансформатора равным 0,8 для мощности 7 Вт, найдем мощность, которую должен отдавать один транзистор:

Так как допустимый коэффициент гармоник достаточно велик, для увеличения коэффициента усиления мощности каскада включим транзисторы с общим эмиттером.

2. Подходящим для каскада является кремниевый транзистор типа 2N4920, имеющий максимальную мощность рассеяния Р_макс=30 Вт, допустимое напряжение коллектор-эмиттер при повышенной температуре U_кэдоп=80 В, f_грмин=3МГц.


Рис.4

Вследствие большого диапазона температур в рассчитываемом каскаде применим эмиттерную стабилизацию. Для уменьшения разбалансировки тока покоя в схему введем сопротивление R^׳ _э и R^{׳ ׳} _э, тогда принципиальная схема каскада будет иметь вид, изображенный на рис. 5

3. Выберем исходный режим для данного транзистора:



4. На семействе выходных статистических характеристик транзистора 2N4920 для включения с общим эмиттером отмечаем точку покоя 0 с координатами U_кэо=36В, =0,32А и для сопротивления коллекторной цепи по переменному току
Ом
проведем через нее нагрузочную прямую.
( )
Из рисунка видно, что остаточное напряжение коллектор-эмиттер U_{кэ ост}≈ 0,05 В, пренебрегая остаточным током коллектора и считая I_{к мин}≈0, отметим крайние положения рабочей точки (точки 1 и 6) на нагрузочной прямой. Графическим способом определим амплитуды входного напряжения и тока: U_км = 35,95В, I_км = 0,48А. Рассчитаем выходную полезную мощность:


< P_н.
Определим ток смещения базы I_бо, соответствующий найденной точке покоя при минимальном значении статического коэффициента усиления тока транзистора
мА
По входной характеристике (рисунок 2, приложение А) определим требуемую входную амплитуду напряжения и тока:
,
Входное сопротивление транзистора определим по формуле:

5. Рассчитаем делитель смещения. Для этого зададимся током делителя:
Тогда:



.

Отсюда:



).

Отсюда:
6. Рассчитаем входное сопротивление плеча и требуемую входную мощность:


, где



Следовательно,
Рассчитаем коэффициент усиления по мощности:

Найдем величину стабилизирующих сопротивлений схемы:
Ом
Сопротивления R^׳ _э и R^{׳ ׳} _э возьмем по 1 Ом; тогда сопротивление R_эо, состоящее в общем проводе эмиттеров, должно быть

7. Произведём электрический расчёт трансформатора Tp2. Коэффициент трансформации будет равен:
,
где - выбранное расчётное сопротивление для транзистора одного плеча.
.
Индуктивность первичной обмотки трансформатора:



Где F_min - нижняя граница спектра усиливаемых частот, M_н.тр - коэффициент частотных искажений в области нижних частот, отведённый на рассчитываемый трансформатор, r_1n - активное сопротивление половины первичной обмотки трансформатора:





Сопротивление вторичной обмотки трансформатора:
.
8. Определим коэффициент частотных искажений по верхней частоте: