Xreferat.com » Рефераты по коммуникации и связи » Усилитель низкой частоты

Усилитель низкой частоты

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет


Кафедра Автоматики и Управления




УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу: «Электронные устройства автоматики»


Руководитель

Казьмин О.Н.

" " 2000 г.

Автор работы

студент группы ПС-451

Аксенов А.Ю.

" " 2000 г.

Работа защищена с оценкой

" " 2000 г.


Челябинск

2000

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра Автоматики и Управления

2000/2001 учебный год

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на курсовое проектирование по курсу Электронные устройства автоматики

студенту группы ПС-451 Аксенову А.Ю.

Выдано 1 Октября 2000 г.

Срок выполнения 9 Январь 2011 г.

Тема проекта "Усилитель низкой частоты"

Номер варианта 0 976 258 191 538 294 999 962

Исходные данные проекта

тип устройства – усилитель низкой частоты;

сопротивление в нагрузке, Усилитель низкой частотыОм;

максимальное напряжение на нагрузке, Усилитель низкой частотыВ;

минимальная частота полосы пропускания Усилитель низкой частотыГц;

максимальная частота полосы пропускания Усилитель низкой частотыГц;

коэффициент частотных искажений на граничных частотах Усилитель низкой частотыдБ;

форма частотной характеристики огибающей спектр генерируемого сигнала – плоская;

коэффициент нелинейных искажений Усилитель низкой частоты%;

выходное сопротивление устройства Усилитель низкой частоты Ом;

входное сопротивление устройства Усилитель низкой частотыМОм;

ЭДС генератора входного сигнала Усилитель низкой частотымВ;

выходное сопротивление генератора входного сигнала Усилитель низкой частотыМОм;

диапазон регулирования выходной величины в % от максимального значения Усилитель низкой частоты%;

диапазон изменения температуры среды Усилитель низкой частоты;

вид питающего напряжения 220В Усилитель низкой частоты, 50 Гц.

Содержание расчетно-пояснительной записки.

Обоснование и выбор принципиальной схемы устройства.

Расчет основных узлов устройства.

Перечень графического материала

Принципиальная схема устройства.

Чертеж конструкции устройства.

Печатная плата устройства.

Подпись преподавателя


Аннотация


Аксенов А.Ю. Усилитель низкой частоты: Пояснительная записка к курсовой работе по курсу "Электронные устройства автоматики".

Челябинск: ЮУрГУ, 2000. – 20с.

В курсовом проекте рассматривается построение электронного устройства. Этот курсовой проект является одним из способов решения конструирования усилителя низкой частоты. Многие решения реализации функциональных блоков заимствованы из уже существующих реальных схем, поэтому многие данные приводятся на основе опытных данных. В основе данного курсового проекта лежит усилитель мощности звуковой частоты, построенный на транзисторах с n-p-n и p-n-p переходами.

Помимо расчетов принципиальной схемы в данной работе также представлены принципиальная схема, один из вариантов расположения элементов на плате и разводка к ним, спецификация элементов.

Проект реализован в программной среде Word 97, все расчеты произведены в программном пакете Mathcad pro 7.0, моделирование схемы произведено в среде Electronics Workbench. Для разводки платы использованы программные пакеты Orcad Captur 7.2, Layoute Plus 9.0.

Ил. 10 , список лит. – 11 назв.

Содержание


Введение.

1. Обоснование и выбор функциональной схемы устройства

2. Выбор и расчет функциональной схемы

2.1 Входной усилитель

2.2 Регулятор уровня

3. Предварительный усилитель и усилитель мощности

4. Выбор обратной связи и операционного усилителя для ВУ и ПУ

5. Источник питания

6. Питание операционных усилителей

7. Заключение

8. Список литературы

Введение


Задачей курсового проектирования является закрепление теоретических положений курса электронных устройств, а также углубление и приобретение новых знаний при самостоятельной работе с литературными источниками, приобретение навыков практического проектирования конкретных электронных устройств, в том числе с применением ЭВМ.

В настоящее время для инженерных расчетов широко применяются различные пакеты прикладных программ ориентированных на разные виды расчётов. В курсовой работе для расчетов использовались следующие пакеты:

-MathCad 8.0 – для проведения расчетов пояснительной записки.

-Electronics WorkBench 4.1 – для моделирования рассчитанных узлов.

-OrCad 7.00 – для построения принципиальной схемы всего устройства

-для создания чертежей по соответствующим ГОСТам.

-Microsoft Word 97 – для написания пояснительной записки.

1. Обоснование и выбор функциональной схемы


Низкочастотный усилитель проектируется на основе входного усилителя, предварительного усилителя и усилителя мощности. Для обеспечения нужной величины входного сопротивления и коррекции искажений частотной характеристики используется входной усилитель. Для обеспечения качественных показателей выходного сигнала используется усилитель мощности с глубокой отрицательной обратной связью. Для обеспечения блоков аппаратуры выходными напряжениями (токами) заданного номинала и качества используется источник питания. Функциональная схема усилителя низкой частоты представлена на рис.1.

Усилитель низкой частоты

Рис. 1

ВУ – входной усилитель;

РУ - регулятор уровня;

ПУ – предварительный усилитель;

УМ – усилитель мощности;

ЦООС – цепь частотно-зависимой обратной связи;


На усилитель мощности поступает сигнал от источника поступает через разделительную емкость (Cр) с входного усилителя (ВУ), который служит для обеспечения заданного входного сопротивления (Rвх). Разделительная емкость необходима для уменьшения дрейфа нулевого уровня выходного напряжения. Для регулирования величины выходного напряжения сигнал с входного усилителя поступает на регулятор уровня (РУ).

Источник питания является выпрямительным устройством и состоит из четырех узлов: трансформатора, вентильного комплекта (диодная схема), сглаживающего фильтра и стабилизатора постоянного напряжения.

Трансформатор необходим для получения заданного напряжения.

Вентильный комплект необходим для выпрямления переменного напряжения. В качестве выпрямителя использую однофазную мостовую схему. Схема применяется на выходные мощности до 1кВТ.

Преимущества схемы : повышенная частота пульсаций , низкая величина обратного напряжения , хорошее использование трансформатора .

Недостатки : необходимость в четырех вентилях , повышенное падение напряжения на вентильном комплекте .

Сглаживающий фильтр используется для ослабления пульсаций. Используем конденсатор.


2. Выбор и расчет элементов функциональной схемы


2.1 Входной усилитель


Усилитель низкой частоты
Входной усилитель должен обеспечить входное сопротивление, заданное в техническом задании, коррекцию искажений частотной характеристики и предварительное усиление полезного сигнала. В качестве входного усилителя выберем схему неинвертирующего усилителя на операционном усилителе (рис.2).


Рис. 2


Найдем напряжение, подаваемое на входной усилитель


Усилитель низкой частоты (2.1)


Коэффициент усиления по напряжению всей схемы определится как:


Усилитель низкой частоты (2.2)


Пусть входной усилитель обеспечивает усиление входного сигнала по напряжению до 2 В, а также обеспечивает входное сопротивление устройства Rвх=0,1 МОм.


Усилитель низкой частоты (2.3)


Рассчитаем сопротивления обратной связи


Усилитель низкой частоты, (2.4)


т.о. согласно ряду Е24: Усилитель низкой частоты, Усилитель низкой частоты.

Конденсатор С2 уменьшает коэффициент усиления ВУ на частотах меньше нижней граничной, поэтому выбираем его номинал из условия:


Усилитель низкой частоты (2.5)


В полосе пропускания входное сопротивление ВУ Rвх = R1пз(Rоудиф + R2) @ R1.

Разделительную емкость Ср1 выберем исходя из нижней граничной частоты:


Усилитель низкой частоты, (2.6)


Для того чтобы искажения на нижней граничной частоте были меньше увеличим емкости конденсаторов: Усилитель низкой частоты, Усилитель низкой частоты.

Выберем операционный усилитель. Основным параметром для выбора ОУ является частота единичного усиления. Исходя из того, что верхняя граничная частота входного сигнала fmax= 200 кГц и спад логарифмической АЧХ операционных усилителей в области верхних частот составляет –20 дБ/дек, то для ВУ необходим операционный усилитель с частотой единичного усиления fед і fmax*Ku = 0.96 МГц. Скорость нарастания выходного напряжения операционного усилителя должна удовлетворять величине выходного сигнала на верхней граничной частоте:


VUвых і 2*p*fmax*Uву (2.7)

VUвых і 2,513 В/мкс.


Согласно этим требованиям выберем операционный усилитель 140УД26А.

Параметры операционного усилителя:

напряжение смещения: 0.03 (мВ);

входной ток: 40 (нА);

напряжение питания: Усилитель низкой частоты 15В;

ток потребления: 4.7 (мА);

максимальное выходное напряжение: 13.5 (В);

максимальный выходной ток: 10 (мА);

скорость нарастания выходного сигнала: 11Усилитель низкой частоты;

входное сопротивление: 10 (МОм);

выходное сопротивление: 200 (Ом).

частота единичного усиления 16 МГц

Усилитель низкой частоты

Рис. 3 Логарифмическая частотная характеристика входного усилителя

2.2 Регулятор уровня


Регулятор уровня необходим, чтобы обеспечить заданный в техническом задании диапазон регулирования выходной величины, равный -40% от максимального значения. Выберем схему регулятора уровня, представленную на рис.4.


Усилитель низкой частоты

Рис. 4


Сопротивления резисторов R4 и R5 находятся в следующей зависимости:


Усилитель низкой частоты. (2.8)


Из этого выражения находим R4 = 40 кОм, R5 = 60 кОм. Величина разделительной емкости C3 и резистора R6 находится из передаточной функции, которую они образуют:


Усилитель низкой частоты. (2.9)


Таком образом минимальная частота Усилитель низкой частоты должна быть меньше или равна Усилитель низкой частоты.


Усилитель низкой частоты, (2.10)


Отсюда R6=200 кОм C3=1,5 мкФ. Коэффициент передачи регулятора уровня на заданном интервале частот равен единице.

3. Предварительный усилитель и усилитель мощности


Усилитель низкой частотыПринципиальная схема изображена на рис.5


Рис.5


Схема состоит из предварительного усилителя, построенного на операционном усилителе, и оконечного каскада, являющегося усилителем мощности, охваченных цепью общей отрицательной обратной связи (ЦООС).

Напряжение на входе ПУ


Усилитель низкой частоты (3.1)


Коэффициент усиления схемы по напряжению равен:


Усилитель низкой частоты (3.2)


Распределим его следующим образом:

Пусть коэффициент усиления ПУ по напряжению равен:


Усилитель низкой частоты Усилитель низкой частоты;


коэффициент усиления УМ по напряжению равен


Усилитель низкой частоты.


Сначала рассчитаем усилитель мощности.

УМ построен на транзисторах VT1-VT4,резисторах R6-R11 и диодах VD1, VD2.


Усилитель низкой частоты (3.9)

Усилитель низкой частоты,гдеУсилитель низкой частоты-остаточное напряжение на транзисторе.


Выбор транзисторов VT2, VT4.


Усилитель низкой частоты (3.10)

Усилитель низкой частоты - максимальный ток коллектора;

Усилитель низкой частоты (3.11)

Усилитель низкой частоты

Усилитель низкой частоты – максимальный ток нагрузки;

Усилитель низкой частоты

Усилитель низкой частоты – среднее значение тока нагрузки;

Усилитель низкой частоты - максимальная мощность;

Усилитель низкой частоты (3.12)

Усилитель низкой частоты- максимальное напряжение коллектор - эмиттер.


В соответствии с рассчитанными параметрами выберем пару транзисторов КТ825В(p-n-p) и КТ824В(n-p-n).

Параметры транзисторов:

максимальное напряжение коллектор - эмиттер: 65 (В);

статический коэффициент передачи тока: Усилитель низкой частоты;

максимальная рассеиваемая мощность: Усилитель низкой частоты;

максимальный ток коллектора: Усилитель низкой частоты;

рабочие напряжение транзистора: Усилитель низкой частоты;

напряжение открывания транзистора: Усилитель низкой частоты;

ток утечки: Усилитель низкой частоты;

температура перехода tп=175 0С;

Так данные транзисторы являются мощными, то при работе в схеме они очень сильно нагреваются и могут сгореть от перегрева. Для нормальной работы этих элементов требуется устанавливать их на радиаторы. Рассчитаем площадь теплоотвода для данных транзисторов.


Усилитель низкой частоты


Подставив данные получим: S>7.5 см2, примем S=9 см2.

Произведем выбор резисторов R9 и R8 (на общей схеме – R10 и R13, соответственно) используя условия протекания тока утечки через резистор R6:


Усилитель низкой частоты > Усилитель низкой частоты

Усилитель низкой частоты < Усилитель низкой частоты,

Усилитель низкой частоты (3.13)

Усилитель низкой частоты - рабочий ток базы транзисторов.


Тогда сопротивление R13 найдем по формуле:


Усилитель низкой частоты (3.14).

Усилитель низкой частотыУсилитель низкой частоты. R10 = R13 =900 (Ом).


Выберем сопротивления R13 и R10 из ряда Е24: R13 = R10 = 910(Ом.).


Усилитель низкой частоты (3.15)

Усилитель низкой частоты - мощность рассеиваемая на этих резисторах,


выберем РR13 = PR10 = 0.125 (Вт).

Выбор транзисторов VT1,VT3.


Усилитель низкой частоты (3.16)


Максимальный ток через транзистор VT1 равен:


Усилитель низкой частоты.

Усилитель низкой частоты (3.17)


Максимальное напряжение на транзисторе VT1 равно:


Усилитель низкой частоты.

Усилитель низкой частоты (3.18)


Мощность, рассеиваемая на транзисторе равна:


Усилитель низкой частоты.


Выберем пару комплиментарных транзисторов КТ820Б(p-n-p) и КТ821Б(n-p-n). Параметры транзисторов:

напряжение коллектор эмиттер: Усилитель низкой частоты;

статический коэффициент передачи: Усилитель низкой частоты;

максимальная рассеваемая мощность: Усилитель низкой частоты;

максимальный ток коллектора: Усилитель низкой частоты.

температура перехода t=125 0C.

Данные транзисторы также относятся к классу мощных и для них требуются теплоотводы. Рассчитаем площадь радиаторов аналогично предыдущему случаю и получим: S>138 см2, отсюда S=150 см2.

Выбор диодов VD1 и VD2.

Выбор диодов производится по среднему прямому току Усилитель низкой частоты и среднему обратному напряжению на диоде Усилитель низкой частоты.

Рассчитаем ток диода:


Усилитель низкой частоты (3.19)

Усилитель низкой частоты.

По выходной характеристике для транзистора VT1 задавшись током Усилитель низкой частоты, найдем напряжение Усилитель низкой частоты, получим Усилитель низкой частоты=0.35(В). Тогда напряжение на диоде равно Усилитель низкой частоты. Выберем диоды МД3:

среднее обратное напряжение диода: Усилитель низкой частоты;

средний прямой ток: Усилитель низкой частоты.

Выбор резисторов R6, R7 ( на общей схеме – R9 и R12).


Усилитель низкой частоты (3.20)


Усилитель низкой частоты- ток через резистор R8.

тогда


Усилитель низкой частоты (3.21)


тогда Усилитель низкой частоты, причем Усилитель низкой частоты, возьмем их из ряда Е-24.


Усилитель низкой частоты (3.22)

Усилитель низкой частоты - мощность, рассеиваемая на резисторах,


выберем Усилитель низкой частоты.

Выбор резисторов R10,R11( на общей схеме – R14 и R11)

Выбор произведем из условий:


Усилитель низкой частоты и Усилитель низкой частоты (3.23)

получаем: Усилитель низкой частоты и

Усилитель низкой частоты. (3.24)

тогда:Усилитель низкой частоты,Усилитель низкой частоты.


Выберем сопротивления R14,R11 из ряда Е24: R14=180 (Ом), R11=680 (Ом).

Найдем мощность рассеиваемую на резисторах:


Усилитель низкой частоты , Усилитель низкой частоты (3.25)

Усилитель низкой частоты , Усилитель низкой частоты.

выберем: Усилитель низкой частоты,Усилитель низкой частоты.


4. Выбор обратной связи и ОУ для ВУ и ПУ


По условию технического задания необходимо обеспечить величину коэффициента нелинейных искажений УМ в соответствии с техническим заданием Усилитель низкой частоты. Определим величину глубины ООС по формуле:


Усилитель низкой частоты. (3.26)


Усилитель низкой частоты – коэффициент нелинейных искажений УМ без ООС. При расчете примем Усилитель низкой частоты=10%, тогда А=50,5. Коэффициент усиления ОУ предварительного каскада УМ без ООС равен:


Усилитель низкой частоты. (3.27)

Усилитель низкой частоты.


Частота среза ОУ для предварительного усилителя не должна быть меньше величины:


Усилитель низкой частоты. (3.28)

Усилитель низкой частоты- минимальная частота среза ОУ для ПУ.


Скорость нарастания выходного напряжения ОУ должна удовлетворять величине выходного сигнала на верхней граничной частоте:


Усилитель низкой частоты (3.29)

следовательно:Усилитель низкой частоты.


Выберем операционный усилитель 140УД26А.

Параметры операционного усилителя:

коэффициент усиления:Усилитель низкой частоты;

напряжение смещения: 0.03 (мВ);

входной ток: 40 (нА);

напряжение питания: Усилитель низкой частоты 15В;

ток потребления: 4.7 (мА);

максимальное выходное напряжение: 13.5 (В);

максимальный выходной ток: 10 (мА);

скорость нарастания выходного сигнала: 11Усилитель низкой частоты;

входное сопротивление: 10 (МОм);

выходное сопротивление: 200 (Ом).

Глубина ООС равна:


Усилитель низкой частоты (3.30)


подставив значения, получим:Усилитель низкой частоты

коэффициент нелинейных искажений:


Усилитель низкой частоты.


Сопротивление R5 (общей схеме – R8) возьмем равным R6: Усилитель низкой частоты(ряд Е-24).

Найдем R4 ( на общей схеме R7):


Усилитель низкой частоты, откуда

Усилитель низкой частоты, тогда:

Усилитель низкой частоты(ряд Е-24).


Все сопротивления мощностью 0.125.

Рассчитаем емкость C2 ( на общей схеме С4) исходя из граничной частоты полосы пропускания, равной 5 (Гц):


Усилитель низкой частоты (3.31)

Усилитель низкой частоты(ряд Е-12).


5. Источник питания


Общая схема источника питания изображена на рис.6.

Усилитель низкой частоты

Рис.6.


Источник питания состоит из понижающего трансформатора, диодного моста, выполненного на диодах (VD1-VD4),двух конденсаторов и двух стабилизаторов напряжения.

Выбор конденсаторов.

Так как U=32 (В), то берем конденсатор, рассчитанный на 50 (В).

Напряжение пульсаций составляет 5% от

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: