Расчёт транзисторного усилителя мощности. 2

Министерство  науки и образования Республики Казахстан

Северо-Казахстанский  государственный университет

им академика  М. Козыбаева

Машиностроительный  факультет

Кафедра «Радиоэлектронных и телекоммуникационных систем» 
 
 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине «Электроника и схемотехника аналоговых устройств 2»

на тему: «Расчёт транзисторного усилителя  мощности» 
 
 
 
 
 

                Выполнил: студент

                группы  РЭТ-04-2

                Ахметов М. Р.

                Проверил: преподаватель каф. РТС

                Латыпов С.И. 
                 
                 
                 

Петропавловск 2006

СЕВЕРО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.КОЗЫБАЕВА

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ  ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА «РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ» 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по дисциплине «Электроника и схемотехника аналоговых устройств» 

Выдано  студенту группы РЭТ-04-2 специальности «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» Ахметову М. Р.

Руководитель: Латыпов Сергей Ильдусович, преподаватель  каф. РТС 

Тема  проекта: «Расчёт транзисторного усилителя гармонических колебаний» 
 

Задание:

Рассчитать  транзисторный усилитель гармонических колебаний, обладающий следующими параметрами:

  1. Выходная мощность 5 Вт;
  2. Сопротивление нагрузки 300 Ом;
  3. Частотный диапазон 10-10000 Гц;
  4. Коэффициент гармоник 8 %;
  5. Уровень входного сигнала 37 мВ;
  6. Сопротивление источника сигнала 300 Ом;
 

Содержание  и основные правила  оформления курсовой работы

  1. Курсовая работа выполняется на стандартных листах формата А4 с основными надписями в соответствии с требованиями ГОСТ;
  2. Рубрикация текста на листе, оформление разделов, формул, рисунков, таблиц и т.д. должна соответствовать ГОСТ;
  3. Пояснительная записка должна обязательно содержать следующие разделы:
    1. Титульный лист
    2. Техническое задание
    3. Содержание
    4. Введение
    5. Основные расчёты
    6. Заключение
    7. Список литературы
    8. Приложение
 

Оценка  проекта ________________

Руководитель__________________

Зав. каф. РТС __________________

Содержание 

        ВВЕДЕНИЕ 3
        1 ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ 4
        2 РАСЧЁТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ 5
             2.1 Расчёт оконечного  каскада усиления 5
             2.2 Расчёт каскада  предварительного усиления 9
        ЗАКЛЮЧЕНИЕ 13
        СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ 14
        ПРИЛОЖЕНИЕ  А (ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ) 15
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

    Задачей данного курсового проекта является расчет транзисторного усилителя мощности, обладающего параметрами, указанными в техническом задании.

    Целью курсового проектирования является закрепление теоретических знаний, полученных в процессе изучения лекционного материала по дисциплине ЭиСАУ2 и получение навыков проектирования транзисторных усилителей.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

    

    1 ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ 

    Электронным усилителем называется устройство, предназначенное для повышения уровня мощности входного электрического сигнала с сохранением его формы.

    Структурная схема эл. усилителя показана на рисунке:

      

    Источник  управляющей энергии называется источником сигнала, а цепь усилителя, в которую поступают его электрические колебания,- входной цепью. Устройство, к которому подводят усиленные электрические колебания , называется нагрузкой, а цепь усилителя, к которой подключают нагрузку,- выходной цепью. Устройство, от которого усилитель получает энергию, преобразуемую им в усиленные электрические колебания, называется источником питания. 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2 РАСЧЁТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ 

    2.1 Расчёт оконечного усилителя

    

    

    Оконечный каскад является основным потребителем энергии, вносит большую часть нелинейных искажений и имеет объём сравнимый с объёмом остальной части усилителя. При выборе и расчёте его необходимо получить наибольший КПД, наименьшие нелинейные искажения и размеры.

    Для оконечного усилителя выберем двухтактный каскад, работающий в режиме АВ по схеме с общим эмиттером (рисунок 1). 

    

    Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная оконечного усилительного каскада 

    Требуемая мощность на одно плечо

      Вт                                                                                      (1)

    Предельно допустимая мощность рассеяния на один транзистор Рк max должна превышать рассеиваемую на коллекторе мощность Рк, которую можно вычислить по формуле: 

     Вт                                                                             (2) 

    Амплитуда напряжения действующего на нагрузку: 

     В                                                                    (3) 

    Напряжение коллектора: 

      В                                                                                          (4) 

    Приведённое сопротивление нагрузки равно:

    

    

     Ом                                                                       (5) 

    Амплитуда тока коллектора, обеспечивающая заданную выходную мощность оконечного каскада: 

      А                                                                    (6) 

    Величина  максимальной мощности рассеяния на коллекторе: 

      Вт                                                                          (7)

    Для требуемого технического задания и  рассчитанных данных подходит транзистор П214В, обладающий следующими параметрами:

    h21э= 100

    Ek max = 60 B

    Ik max = 1,5 A

    fгр = 300 Гц

    Входные и выходные характеристики транзистора  П214В показаны на рисунке 2: 
 
 
 
 
 
 
 

    

    

    Рисунок 2 – Входные (а) и выходные (б) характеристики транзистора П214В 

    Вычисляем коэффициент нелинейных искажений  по методу пяти ординат. 

      

    Получившееся  значение удовлетворяет требованиям  технического задания.

    Амплитуда тока базы оконечного каскада: 

       мА                                                                                     (8) 

    Постоянная  составляющая тока коллектора одного транзистора: 

     А                                                                                           (9) 

    Проверим  расчёты. Мощность, выделяемая во вторичной  обмотке выходного трансформатора: 

      Вт                                                     (10) 

    Заданные  технические условия выполнены.

    Коэффициент трансформации выходного трансформатора: 

                                                                            (11) 

    Индуктивность первичной обмотки выходного  трансформатора: 

     мГн                                                (12)

    

    

    Рассчитываем  величины резисторов R1 и R2 в цепи делителя, обеспечивающих режим класса АВ (смещение на базы транзисторов). Задаёмся величиной сопротивления резистора R1 = 51 Ом.

    Определим ток покоя базы в отсутствии сигнала: 

     мА                                                                                      (13)

    По  входной характеристике транзистора  определяем напряжение Uб0, которое необходимо подать на базу для обеспечения режима транзистора. Тогда:

    

    

     Ом                                                    (14)

    Принимаем R2 = 11 кОм

    По  входной характеристике транзистора  определяем входное сопротивление  каскада: 

     Ом                                                                          (15) 

    Сопротивление нагрузки предоконечного каскада, обеспечивающее минимальные нелинейные искажения: 

     Ом                                         (16) 

    2.2 Расчёт каскада предварительного  усиления 

ify">    

    Рисунок 3 – Предоконечный каскад

    Ток базы входного каскада найдём по формуле: 

      мА                                                                        (17) 

    Требуемое усиление по току до оконечного усилителя: 

                                                                                               (18) 

    Для определения необходимого числа каскадов предварительного усиления принимают, что все каскады однотипны. Тогда необходимое число каскадов: 

                                                                                        (19) 

    Мощность  сигнала на выходе предварительного усилителя:

    

    

     мВт                                                                (20) 

    Амплитуда напряжения действующего на нагрузку: 

     В                                                                         (21) 

    Напряжение  коллектора находим по формуле (4): 

     В  

    Приведённое сопротивление нагрузки найдём по формуле (5):

      Ом 

    Коэффициент трансформации согласующего трансформатора: 

                                                                              (22) 

    Индуктивность первичной обмотки трансформатора Т1: 

      мГн                                              (23) 

    Амплитуда тока коллектора: 

      мА                                                                     (24) 

    Величина  мощности рассеяния на коллекторе находится  по формуле (7): 

      мВт

    

    

    Задавшись коэффициентом нестабильности V = 4 и  величиной напряжения EЭ=1 В, определяем величину резистора R3: 

     Ом                                                                               (25) 

    Примем R3 = 216 Ом. Величины резисторов делителя: 

     кОм                                         (26)

     Ом                                                            (27) 

    Величина  ёмкости конденсатора С2: 

     мкФ                                                                              (28) 

    Принимаем конденсатор С2 = 250 мкФ

    Величина  ёмкости разделительного конденсатора С1: 

      мкФ                                            (29) 

    Принимаем C1 = 20 мкФ

    Так как напряжение питания входного каскада отличается от напряжения питания оконечного, то в цепь питания необходимо включить ещё один резистор, сопротивление которого можно вычислить по формуле:

    

    

     Ом                                        (30) 

    Данный  резистор необходимо зашунтировать при помощи конденсатора. Ёмкость такого конденсатора можно вычислить по формуле (28) заменив частоту сигнала на частоту питающей сети: 

      мкФ

    

    

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

   В данном курсовом проекте я произвел расчет транзисторного усилителя мощности, используя теоретические знания, полученные в процессе обучения по дисциплине ЭиСАУ2, закрепил эти знания на практике.

   Рассчитав транзисторный усилитель мощности, обладающий параметрами заданными  в техническом задании, я закрепил теоретические знания, полученные мною в процессе изучения лекционного материала по данной дисциплине и получил навыки проектирования транзисторных усилителей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ 

    1. В.Н.Ушаков «Основы аналоговой и импульсной техники»

    2. В.И.Лачин,  Н.С.Савелов «Электроника»

    3. В.Т. Фролкин «Импульсные и  цифровые устройства»

    4. О.В.Головин «Электронные усилители»

    5. В.И.Бойко «Схемотехника электронных  систем. Аналоговые и импульсные  цстройства»

    

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Приложение  А

    (Перечень  элементов) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

      
 
 
 
 
 

Расчёт транзисторного усилителя мощности. 2