Электротехника \ Схемотехника

Проектирование усилителя мощности

Страницы работы

20 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Содержание работы

1. Задание.

Данный курсовой проект посвящён проектированию усилителя мощности со следующими параметрами.

Вариант 1-2:

Выходная мощность – 5 Вт

Входное напряжение – 5 мВ (эффективное значение)

Полоса усиливаемых частот – 100-10000 Гц

Коэффициент гармоник – 2%

Сопротивление нагрузки – 10 Ом

Входное сопротивление – 200 КОм

Допускается отклонение расчетных параметров усилителя не более чем на 20% .

Диапазон изменения температуры 5-45 градусов

2. Мотивация выбора схемы

При проектировании данного усилителя были рассмотрены самые различные варианты схемных решений, но после проведения предварительных расчетов оказалось, что простое соединение каскадов с ОЭ(либо с ОИ, если использовать полевые транзисторы) проигрывают по стабильности коэффициента или частотным свойствам схеме в которой весь основной коэффициент усиления получается на одном каскаде, а вся остальная часть схема служит для того, чтобы обеспечить необходимое высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Для обеспечения стабильности коэффициента усиления усилитель охвачен цепью отрицательной обратной связи. Выходным каскадом для увеличения КПД усилителя является двухтактный эмиттерный повторитель.

Блок – схема разрабатываемого усилителя.

Каскад с общим стоком на входе обеспечивает заданное входное высокое сопротивление и согласование с последующими усилительными каскадами. Для обеспечения высокого коэффициента усиления используется дифференциальный каскад (ДК), с токовым зеркалом в качестве активной нагрузки в коллекторной цепи ДК. Но такая схема включения требует высокое входное сопротивления последующего каскада, для того, чтобы высокий коэффициент усиления не пропал впустую. Этому требованию удовлетворяет полевой транзистор, включенный по схеме с ОИ. Про выходной каскад уже говорилось ранее.

Таким образом, принципиальная блок схема реализующая данную схему выглядит вот так .

3. Расчет схемы усилителя мощности

3.1 Основные расчетные параметры усилителя

Входные параметры:

Входной ток (эффективное значение)

Входная мощность(эффективное значение)

Выходные параметры:

Ток через нагрузку(эффективное значение)

Ток через нагрузку (амплитудное значение)

Напряжение на нагрузке(эффективное значение)

Напряжение на нагрузке (амплитудное значение)

Требования к коэффициентам усиления:

3.2 Расчет усилительных каскадов(с разомкнутой петлей обратной связи)

3.2.1 Расчет выходного каскада

В выходной каскад поставим комплиментарные транзисторы Дарлингтона SGSD100(NPN) и SGSD200(PNP) производства фирмы Thompson. Выбор этих транзисторов обусловлен довольно высоким током протекающим по ним в рабочем режиме. Использование данного типа транзисторов с очень большой (1000…3000.) позволяет увеличить входное сопротивление и использовать для управления довольно низкий базовый ток.

Основные параметры характеризующие этот тип транзисторов:

Зададимся током покоя (транзисторы работают на линейной участке выходной характеристики)

Тогда по графику Ik() определяем соответствующие для каждого транзистора

при заданном токе

Определим соответствующие базовые токи покоя.

Напряжение смещение этих транзисторов . Для работы усилителя в режиме АВ сместим транзисторы T9 и T11 в состояние проводимости. Сделаем это при помощи двух диодных сборок 1PS302. При токе через них падение напряжения на них составляет 610 mV. Тогда транзисторы T9 и T11 оказываются в приоткрытом состоянии(610x2=1.22 В). Ток протекающий через эти диоды будет задаваться источником тока на 5 mA.Его расчет будет произведен позже.

В эмиттерные цепи транзисторов T9 и T11 поставим небольшие резисторы по 0.1 Ом.

Это необходимо для увеличения входного сопротивления.

Каскад с общим истоком:

В качестве полевого транзистора T8 выбран МОП - транзистор 2SJ460. Он выбран из соображений малых емкостей и высокой крутизны.

По приведенным ВАХ определяем рабочую точку, которая к тому же является термостабильной точкой. Вот её параметры

Потенциал истока

В ветвь истока включим R20 для того чтобы точно задать потенциал истока.

Из стандартных номиналов выбираем R20=2.4КОм

Потенциал между диодными сборками должен быть равным 0, тогда потенциал стока равен

(находиться в допустимом состоянии).

Источник стабильного тока на 5mA:

Стабильный источник тока представляет собой транзистор T10 , температурный дрейф которого компенсируется транзистором T12 в диодном выключении, со стабилитроном в цепи эмиттера. Необходимо получить ток . Транзисторы T10 и T12 – транзисторная сборка 2SC3381.

В рабочей точке T10=350

=0.997

По входной вольтамперной характеристике определяем

Потенциал эмиттера транзистора T10 :

Тогда

Из ряда стандартных номиналов выбираем R15=240 Ом.

Тогда ток эмиттера пересчитается в

Соответствующий ток коллектора Ik=4.98 mA.

Из ряда стандартных номиналов выбираем R16= 4.3КОм.

Режим работы полевого транзистора практически не измениться. Рабочая точка остается на прежнем месте.

Оценка коэффициента усиления:

зашунтируется низким входным сопротивлением каскада с ОК.

при положительной полуволне нагрузкой полевого транзистора служит , а при отрицательной . R14 введен, для того чтобы компенсировать разницу у транзисторов Дарлингтона.

Входное сопротивление эмиттерного повторителя ,а выходное

Для того ,чтобы нивелировать разницу между различными входными сопротивлениями введем сопротивление R14=20.210Ом – 14.150Ом= 6.06 КОм. Из стандартных номиналов

Ближайшее значение 6.2 КОм, но если сделать R14 из двух резисторов, то можно добиться более высокой точности. Поэтому R14 делаем составным из резисторов на 4.7КОм и 1.3КОм

Нагрузкой для полевого транзистора будет

Тогда коэффициент усиления каскадов с ОК и ОИ будет

В принципе у нас есть небольшой запас по коэффициенту усиления , можно для обеспечения дополнительной термостабилизации ввести в цепь истока небольшое омическое сопротивление, правда тогда придется заменить стабилитрон D6. Но сейчас этого делать мы не будем.