Проектирование усилителя электрических сигналов
Содержание :
1 . Техническое задание
2 . Введение
3 . Постановка задачи
4 . Выбор элементной базы
5 . Расчет оконечного каскада
6 . Расчет предоконечного каскада
7. Расчет входного каскада
8. Расчет межкаскадных связей
9. Расчет надежности
10. Заключение
11. Литература
12. Приложение1
13. Приложение2
14. Приложение3
15. Приложение4
ВВЕДЕНИЕ
Усилители звуковой частоты предназначены для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный спектр которых лежит в пределах от десятков герц до десятков килогерц. Современные УНЧ выполняются преимущественно на биполярных и полевых транзисторах в дискретном или интегральном исполнении. Назначение УНЧ в конечном итоге состоит в получении на заданном сопротивлении оконечного нагрузочного устройства требуемой мощности усиливаемого сигнала.
В качестве источника входного сигнала УНЧ могут использоваться такие устройства как микрофон, звукосниматель, фотоэлемент, термопара, детектор и т.д. Типы нагрузок также весьма разнообразны. Ими могут быть громкоговоритель, измерительный прибор, записывающая головка магнитофона, последующий усилитель, осциллограф, реле и т.д. Большинство из перечисленных выше источников входного сигнала развивают очень низкое напряжение. Подавать его непосредственно на каскад усиления мощности не имеет смысла, так как при таком слабом управляющем напряжении невозможно получить сколько-нибудь значительное изменения выходного тока, а следовательно, и выходной мощности. Поэтому в состав структурной схемы усилителя, кроме выходного каскада, отдающего требуемую мощность полезного сигнала в нагрузку, как правило, входят предварительные каскады усиления. Основными техническими полазателями УНЧ являются: коэффициенты усиления (по напряжению, току и мощности), входное и выходное сопротивления, выходная мощность, коэффициент полезного действия, номинальное входное напряжение(чувствительность), диапазон усиливаемых частот, динамический диапазон амплитуд и уровень собственных помех, а также показатели, характеризующие нелинейные, частотные и фазовые искажения усиливаемого сигнала.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Расчет любого сложного электронного устройства (ЭУ) сводится к последовательному расчету функциональных элементов. Расчет ЭУ, состоящего из ряда последовательно соединенных функциональных элементов, начинают со стороны его выхода, с конца. Выходной функциональный элемент - единственный в ЭУ, для расчета которого в техническом задании сформулированы достаточные требования. Расчет ЭУ часто имеет итерационный характер. После выполнения ряда расчетных операций возникает необходимость повторить предыдущие операции для улучшения структуры или режимов всего ЭУ или его функциональных частей. Например, расчет может показать необходимость введения дополнительных обратных связей, что, собственно, потребует повторения некоторой части расчетов.
Детальному расчету функциональных элементов должны предшествовать ориентировочный расчет значений выходных параметров тех функциональных элементов, которые определяют значение выходных параметров всего ЭУ. Это позволяет достаточно быстро оценить практическую возможность их реализации. Например, перед тем как рассчитывать каскады многокаскадного усилителя, необходимо распределить между ними все виды искажений, определить их коэффициенты усиления и полосы пропускания. Если полученное значения представляются достижимыми, то можно переходить к расчету функциональных элементов.
При проектировании ЭУ наиболее часто выполняют:
а) ориентировочный расчет выходных параметров функциональных элементов, производимых при выборе их принципиальных схем;
б) расчеты, на основе которых выбирают типы активных электрорадиоэлементов;
в) расчеты рабочих режимов активных ЭРЭ, включая расчет температурной нестабильности;
г) расчет значений параметров R,C,L пассивных ЭРЭ, обеспечивающих выбранные режимы активных ЭРЭ, а также расчет протекающих через пассивные ЭРЭ токов, падающих на них напряжений и рассеиваемых ими мощностей;
д) определение номинальных значений параметров пассивных ЭРЭ и выбор их типов;
е) расчет выходных параметров ЭУ с целью проверки их соответствия требованиям технического задания. Задача анализа наиболее ответственная, его результаты должны быть достаточно точными. Поскольку аналитические методы не обеспечивают требуемой точности, анализ электронных схем чаще производится или на физической модели, или на ЭВМ.
ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
Предположительно усилитель низких частот будет реализован на трёхкаскадной структуре. Оконечный каскад я предварительно я планирую реализовать на паре комплиментарных транзисторов со схожими характеристиками и близкими по значению параметрами.
Предоконечный каскад, является связующим между оконечным и входным, так как может быть, что входное сопротивление оконечного каскада будет очень мало. Предоконечный каскад будет реализован на базе какого-нибудь транзистора. Входной каскад будет основываться на ИМС, которая будет выбрана в ходе расчётов.
Между полученными каскадами я размещу разделительные конденсаторы, чтобы предотвратить попадание постоянных составляющих из одного каскада в другой.
Определим коэффициент нелинейных искажений с учетом ООС:
Находим общий коэффициент нелинейных искажений для оконечного и предоконечного каскадов:
3. РАСЧЁТ ВХОДНОГО КАСКАДА
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Настоящая курсовая работа представляет собой полный расчет усилителя сигналов первичных измерительных преобразователей систем автоматического регулирования.
В ходе работе выполнен полный электрический расчет услителя, произведена оценка надежности, разработан конструктивный чертеж устройства.
В схеме оконечного каскада для задания рабочего напряжения используются делитель напряжения, диод в прямом включении, комплиментарные транзисторы, что дает возможность осуществить работу схемы от одного источника. Чтобы обеспечить работу каскадов усиления мощности используют предварительные каскады усиления мощности. В этих каскадах учитывали влияние входного сопротивления последующего каскада. Для уменьшения нелинейных искажений ввели отрицательную обратную связь.
Для облегчения расчета и проектирования в качестве входного скада использована микросхема.
Спроектированный усилитель полностью удовлетворяет требованию технического задания и конструктивно может быть выполнен на печатной плате.
7. ЛИТЕРАТУРА
1. Гершунский Б.С. “Справочник по расчету электронных схем”- Киев : Вища школа 1983 г.
2. Лавриненко В.Ю.“Справочник по полупроводниковым приборам”- М : “Техника” 1994 г.
3. Линецкий А.И. “Конспект лекций по курсу: «Электроника и микросхемотехника»”.
4. Новаченко В.М. “Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры”- М. : КубК-а 1996 г.