Розрахунок безтрансформаторного підсилювача низької частоти

Курсова робота

з дисципліни «Електроніка і мікросхемотехніка» на тему:

 

 

 

 

Вступ

Розробка технічного завдання  

Розробка структурної схеми ПНЧ  

Розробка електричної принципової схеми ПНЧ  

Розрахунок кінцевого каскаду ПНЧ

Розрахунок каскаду попереднього підсилення  

Порядок розрахунку  

Висновок  

Література

 

 

ПНЧ призначені для підсилення безперервних періодичних сигналів, частотний спектр яких знаходиться у межах від десятків герц до десятків кілогерц. Сучасні ПНЧ будуються переважно на біполярних та польових транзисторах у дискретному або інтегральному виконанні.

Функція ПНЧ полягає в отриманні на заданій величині опору навантажувального пристрою сигналу потрібної потужності від джерела, у якості якого може бути мікрофон, звукознімач, фотоелемент, індукційний датчик та ін. За навантаження може слугувати гучномовець, вимірювальний прилад (вольтметр, осцилограф), наступний каскад підсилення та ін.

При побудові сучасних ПНЧ використовується велика кількість схем та схемотехнічних прийомів. Вихідні каскади ПНЧ будуються за одно-або двотактною схемами, з трансформаторним зв'язком або безтрансформаторні.

Останнім часом широко використовують безтрансформаторні вихідні каскади підсилення як у складі ІМС, так і в дискретному виконанні. Це, по-перше, дозволяє спростити схеми підсилювачів та по-друге, виключити з них великогабаритні елементи – трансформатори. Вони працюють в економічному режимі класу АВ або В при високому ККД. Вихідні каскади підсилення виконують на транзисторах різного типу провідності – на комплементарних парах транзисторів, або на составних транзисторах.

Схема каскаду підсилення на біполярному транзисторі з спільним емітером (СЕ) є найбільш розповсюдженою. Такий каскад, порівняно з каскадами з спільною базою (СБ) та спільним колектором (СК), має найбільший коефіцієнт підсилення за потужністю.

Каскад підсилення зі спільним витоком (СВ) набув широкого розповсюдження у вхідних колах інтегральних підсилювачів.

 

 

Для попереднього розрахунку ПНЧ вихідними даними є:

необхідна потужність на виході ПНЧ – Рвих= 1 Вт;

опір навантаження – Rн= 4 Ом;

напруга джерела вхідного сигналу – Uвx = 40 мВ;

внутрішній опір джерела сигналу – Rдж= 500 Ом;

діапазон частот fн – fв = 50 – 20000 Гц.

Вважаємо, що ПНЧ працює в стаціонарних умовах. Температура оточуючого середовища: Тmіn= +15 °С; Тmах = +25 °С. Необхідно спроектувати безтрансформаторний ПНЧ та визначити:

коефіцієнт підсилення ПНЧ за потужністю Кр;

тип схеми вихідного (кінцевого) каскаду;

типи транзисторів каскадів підсилення;

кількість каскадів підсилення (структурну схему ПНЧ) ;

орієнтовну електричну принципову схему ПНЧ;

параметри елементів кожного каскаду, режими роботи транзисторів.

 

 

Для цього необхідно визначити:

коефіцієнт підсилення ПНЧ за потужністю Кр;

кількість каскадів підсилення (структурну схему ПНЧ) ;

тип схеми та типи транзисторів вихідного (кінцевого) каскаду. Порядок розрахунку ПНЧ:

1. Знаходимо потужність вхідного сигналу. Зауважимо, що найбільша потужність віддається в навантаження, коли його опір дорівнює внутрішньому опору джерела (Rвx = Rдж). Тоді

Pвх = Uвх2/4Rвх; (1)

де Rвx =500 Ом вхідний опір першого каскаду ПНЧ.

Pвх = (40*10-3) 2/ (4*500) = 8*10-7 Вт;

2. Знаходимо потрібний коефіцієнт підсилення за потужністю. У загальному випадку коефіцієнт підсилення за потужністю розраховують за такою формулою:

Kр = Pвих / Pвх*ŋТвх*ŋТвих*Kрег; (2)

де ŋТвх – к. к. д. вхідного трансформатора, задається у межах (0, 7... 0, 8) ; ŋТвих – к. к. д. вихідного трансформатора, задається у межах (0, 75... 0, 85) ; Крег- коефіцієнт передачі регулятора рівня сигналу, задається у межах (0, 3... 0, 5).

Так як для вихідного каскаду обрали двотактну безтрансформаторну

Схему, то з формули (2) треба вилучити величини ŋТвх і ŋТвих.

Тоді матимемо:

Kр =  Pвих / Pвх* Kрег; (3)

 

Kр = 1/ (0, 8 * 10-6 * 0, 5)  = 2, 5 * 106;

Виразимо коефіцієнт підсилення за потужністю у децибелах:

Kр[дБ] = 10lg * Kр; (4)

Kр[дБ] = 10lg * Kр = 10lg * 2, 5*106 = 63, 97дБ;

3. Знаходимо орієнтовну кількість каскадів m та складемо структурну

схему ПНЧ. ПНЧ складаються із декількох каскадів, що виконують послідовне підсилення сигналу.

Структурна схема ПНЧ наведена на Рис. З, де цифрами 1-3 позначено каскади попереднього підсилення, а цифрою 4 вихідний (кінцевий) каскад.

 

Рис. 3 ПНЧ. Схема структурна

Для попереднього підсилення, як правило, використовують підсилювачі з СЕ. За певних умов можна вважати, що кожний підсилювач за схемою з СЕ забезпечує підсилення потужності приблизно на 20 дБ.

Тоді

m = Kр[дБ]/20 = 63. 97/20 = 3. 2 = 4;

Отримане значення т округляємо до найближчого більшого цілого. Оскільки безтрансформаторні кінцеві каскади найчастіше будуються на основі каскадів з СК, що не мають підсилення за напругою, то можна вважати величину їхнього підсилення за потужністю рівною 10 дБ. У такому разі підсилення схеми складе:

Kр[дБ] = 20m+10 = 20*4+10 = 90дБ;

4.