Разработка СЭП и источника питания

                                                                                                                                       3

Содержание

Введение……………………………………………………………………………..4

1 Анализ исходных данных…………………………………………….…………..5

2 Разработка СЭП и источника питания……………………….………………….7

2.1 Выбор и расчет элементов усилительного каскада……………..…..………..7

2.2 Расчет источника питания…………………….…………………………...….14

3 Разработка модели устройства………………………………………………….19

4 Результаты моделирования…………………………………………….………..20

Заключение…………………………………………………………………………22

Список  использованных источников……………………………………………..23

Приложение  А. …………………………………………………………………….24

Приложение  В. …………………………………………………………………….25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                       4 

       Введение.

       Электроника представляет собой бурно развивающуюся отрасль науки и техники. Она изучает физические основы и практическое применение различных электронных приборов. К физической электронике относят: электронные и ионные процессы в газах и проводниках. На поверхности раздела между вакуумом и газом, твердыми и жидкими телами. К технической электронике относят изучение устройства электронных приборов и их применение. Область посвященная применению электронных приборов в промышленности называется промышленной электроникой.

       В данной курсовой работе нам  необходимо спроектировать усилитель  мощности. Под усилителем понимают  устройство, предназначенное для  увеличения мощности сигнала. Данные устройства широко распространены и могут применяться в различной технике. Наибольшее распространение усилители получили в звуковой технике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     5

     1 Анализ исходных данных.

 

           Под усилителем мощности понимают такой усилительный каскад, для которого задаются нагрузка RH и мощность PH, рассеиваемая в этой нагрузке. Обычно мощность имеет значения от нескольких до десятков-сотен Вт. Поэтому мощные каскады, как правило, бывают выходными – оконечными. В качестве нагрузки могут выступать различные исполнительные устройства систем управления (например, обмотки реле, электродвигатели).

        Усилители мощности могут быть однотактными и двухтактными. Однотактные усилители чаще применяют  при относительно малых выходных мощностях (до 3…5 Вт). Как правило, в однотактной схеме транзистор работает в режиме А, в двухтактных схемах – в режимах АВ или В.

       Усилители мощности подразделяются на трансформаторные и бестрансформаторные. Несмотря на то, что трансформаторы характеризуются незначительными потерями энергии и позволяют оптимизировать условия работы усилительного элемента, при которых обеспечиваются необходимая выходная мощность, высокий КПД и низкий уровень нелинейных искажений, тем не менее они сравнительно редко применяются в транзисторных и особенно в аналоговых микросхемах, так как при их использовании увеличиваются габаритные размеры, масса и стоимость усилителя.

       Все бестрансформаторные двухтактные схемы можно разделить на две группы: с одним   или двумя источниками питания и с управлением от однофазного или от парафазного напряжения.

       Анализируя данные структуры  усилителей и параметры, указанные  в задании на курсовую работу  выбираем схему двухтактного  выходного бестрансформаторного каскада с общим коллектром, работающим в режимах В,

   

 

 

      6

АВ  с двумя источниками питания. Схема такого каскада представлена на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

        Рисунок 1 - Схема двухтактного  выходного бестрансформаторного каскада с общим коллектором, работающим в режимах В, АВ с двумя источниками питания

 

        В двухтактном оконечном каскаде на комплементарных транзисторах с двумя источниками питания транзисторы включены по схеме с ОК (эмиттерные повторители) в режиме работы В или АВ. При отсутствии входного сигнала ток в сопротивлении нагрузки RН практически отсутствует, так как небольшие начальные токи, протекающие через транзисторы VT1 и VT2, взаимно вычитаются. При подаче входного сигнала на базы обоих транзисторов один из транзисторов в зависимости от фазы сигнала закрывается, а открытый транзистор работает как усилительный каскад, собранный по схеме с ОК. Следовательно, выходной сигнал Ukm на сопротивлении нагрузки Rн практически равен входному, а усиление мощности достигается за счет усиления тока Iэm. Во время другого полупериода открытый и закрытый транзисторы меняются местами.

 

 

 

        7

        2 Разработка СЭП усилителя мощности и источника питания.

         2.1 Выбор и расчет элементов  усилительного каскада

 

          При расчете усилителя мощности обычно заданы мощность PH и сопротивление RH.

 

  Таблица 1 –Исходные данные к курсовой работе

 

Наименование параметра		Значение
Выходная мощность усилителя РН, Вт		40
Сопротивление нагрузки RН, Ом		20
Входное напряжение источника питания Uвх, В		220
Частота напряжения источника питания fc, Гц		50
Схема выпрямления		Однофазная мостовая
Коэффициент пульсаций kП вых		0,04
Коэффициент стабилизации kст		10
Допустимое относительное изменение  напряжения источника питания δUвх, %		-20…20
Высшая температура окружающей среды t°срmax, °С		40
Низшая температура окружающей среды t°срmin, °С		10
Рабочий диапазон частот	fН, кГц	0,08
	fВ, кГц	10
Допустимые коэффициенты частотных  искажений	МН	3,7
	МВ	3

 

 

        Начнем расчет с определения  значения мощности, которую должны  выделять транзисторы, и составляющие  коллекторного тока и напряжения:

 

P ³ 1,1 Р_н                                                      (2.1)

P³1,1·40=44 Вт

P ³ 44 Вт

 

 

 

 

     

 

                                   8 
                                                                

                                     (2.2)

 

                                                

                                          (2.3)

        Далее выбираем напряжения  источников питания.

,                                    (2.4)

Е_к -≈44 В

          U_OCT - напряжение, отсекающее нелинейную часть выходных характеристик транзистора в области малых коллекторных напряжений (U_OCT ~0,3---1,5 В).

           Затем выбираем транзисторы. Выбираем транзисторы по предельным параметрам:

                                                    (2.5)

                                   (2.6)

                                                                   (2.7)

                                               (2.8)

           Принимаем транзисторную коллекторную пару КТ818ГМ и КТ819ГМ со следующими параметрами:

 U_КЭдоп = 90 В - максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер  
           I_{К доп} =15 А - максимально допустимый постоянный ток коллектора 
            Р_Кдоп= 100Вт - максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора (с теплоотводом)

  t°_{nep max} = 398К - максимальная температура коллекторного перехода

 

 

 

        9

f_гp = 3 МГц - граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с общим эмиттером

          = 12 - статический коэффициент

 

          Определим параметры входной  цепи. Ток смещения базы Ioб, соответствующий найденной рабочей точке О, при наихудшем транзисторе, имеющем β, и амплитуда переменной составляющей входного тока Iбм рассчитываются как:

                                (2.9)

                                   (2.10)

         Входное напряжение для схемы с ОК, не обеспечивающей усиления по напряжению, определяется:

                         (2.11)

                          (2.12)

         Входная мощность сигнала, требуемая для получения заданной мощности в нагрузке, составляет:

                       (2.13)

         

        Далее рассчитаем коэффициент  усиления по мощности:

                                                          (2.14)

        Потребляемая каскадом потенциальная  мощность:

                       (2.15)

                               (2.16)

         

 

 

        10

       Коэффициент полезного действия каскада:

                               (2.17)

       Затем производим расчет сопротивления каскада:

                   (2.18)

                            (2.20)

                        (2.21)

       По ряду Е12 определяем значения резисторов:

       Входное сопротивление каскада.

       С учетом делителя подачи смещения при включении с общим коллектором определяется:

                                     (2.22)

       Определение уровня нелинейных  искажений.

       Для оценки уровня нелинейных искажений используют сквозную динамическую характеристику каскада, которая строится с помощью семейства статических выходных и динамической входной вольт-амперной характеристик транзистора. На графике семейства статических выходных вольт-амперных характеристик устанавливается зависимость входного тока (тока базы) от выходного (тока коллектора) в точках пересечения семейства статических выходных вольт-амперных характеристик с нагрузочной прямой переменного тока. Затем с помощью динамической входной вольт-амперной характеристики определяются значения входных напряжений по найденным значениям тока базы и вычисляются значения ЭДС генератора, который имеет внутреннее сопротивление Rp (выходное сопротивление предыдущего каскада )

 

11

 

                                             (2.23)    

                                    (2.24)

                                  ;   ;   В

                                     (2.25)

                                       (2.26)

                                     (2.27)

        Рисунок 2 – Сквозная характеристика

 

 

 

12

E_{r max}=29,67 В; I’_км=2,1 A

E_{r ср}20,4 В; I’_ср = 1,3 A;

E_{r min.} =9,4 В; I_{к min} = 0,5 A.

 

 

        Рассчитаем коэффициент гармоник  двухтактного каскада в режиме  АВ с учетом асимметрии плеч находим I_км, I₁,I_ок,I₂, I_{к min} при b= 0,1.. .0,15, где b - коэффициент асимметрии транзисторов:

I_км=(1+b)I’_км =(1+0,1) ·2,1=2,31А                                  (2.28)

      I₁=(1+b)I₁ =(1+0,1) ·1,3=1,43 А                                  (2.29)

I_ок=2bI_{к min} =2·0,1·0,5=0,1 А                                     (2.30)

      I₂=-(1-b)I₁ = -(1-0,1)·1,43= -1,17 А                                 (2.31)

I_кmin= - (1-b)I_км = - (1-0,1)·2,31= - 1,89 А                           (2.32)