Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

УДК 621.3 О Б Р А З Е Ц

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя: Метод. указания к выполнению курсовой работы по курсу «Общая электротехника и электроника» для студентов по направлению подготовки бакалавров – 220200 «Автоматизация и управление» и по направлению подготовки дипломированных специалистов – 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств пищевой про-

мышленности» всех форм обучения – СПб.: СПбГУНиПТ, 2007. – 30

с. О Б Р А З Е Ц

Сформулирована цель курсовой работы и даны задания для расчета 30 вариантов бестрансформаторных выходных каскадов (усилителей мощности) переменного тока низкой частоты. Указаны требования к содержанию пояснительной записки и графической документации. Приведена методика расчета. В приложении приведены статические характеристики ряда мощных биполярных транзисторов, применяемых в усилителях.

Рецензент

Канд. техн. наук, доц. Ю.А. Рахманов

О Б Р А З Е Ц

Одобрены к изданию советом факультета техники пищевых производств

© Санкт-Петербургский государственный

университет низкотемпературных О Б Р Аи пищевыхЗ ЕтехнологийЦ, 2007

2

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

1. ЦЕЛЬОРАБОТЫРИ ЗАДАНИЕЗДЛЯЕРАСЧЕТАЦ

Основной целью курсовой работы является овладение методикой и навыками инженерного расчета бестрансформаторных выходных каскадов (усилителей мощности) переменного тока на транзисторах. Работа выполняется в соответствии с учебным планом студентами по направлению подготовки бакалавров – 220200 «Автоматизация и управление» и по направлению подготовки дипломированных специалистов – 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств пищевой промышленности», всех форм обучения.

Исходные данные для расчета выходного каскада приведены

в табл. 1. О Б Р А З Е Ц

В ней даны эффективные величины напряжений UН на нагрузке.

Выходной каскад должен быть спроектирован как функционально законченное устройство с минимальным числом источников питающих напряжений. В нем необходимо предусмотреть контрольные точки для измерениятоковинапряженийвнаиболеехарактерныхузлахсхемы.

Результаты выполнения курсовой работы представляются в виде пояснительной записки и схемы электрической принципиальной рассчитанного усилителя.

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

2. ТРЕБОВАНИЯБКРПОЯСНИТЕЛЬНОЙА З ЕЗАПИСКЕЦ

Пояснительная записка к курсовой работе выполняется рукописным или машинописным способом на одной стороне листа формата А4 в соответствии с требованиями действующих стандартов. Она должна содержать:

–Титульный лист (см. прил. 1).

–Задание на курсовую работу.

–Содержание.

–Перечень условных обозначений, символов, единиц и терминов (если они имеются).

–Введение.

–ВыборОпринципиальнойБ РсхемыАвыходногоЗ ЕкаскадаЦи описание

ееработы.

–Выбор выходных транзисторов.

–Определение режима работы выходных транзисторов по постоянному току и построение линии нагрузки.

–Выбор предвыходных транзисторов.

–Определение режимов работы предвыходных транзисторов по постоянному току и построение линии нагрузки.

–Определение основных параметров выходного каскада.

–Расчет элементов межкаскадной связи.

–Заключение.

–Список литературы.

–Перечень элементов (если он не выполнен на поле схемы электрической принципиальной).

ОвБтекстеРдолжныАиметьЗподрисуночныеЕ Цподписи. Рисунки, содержащие построения, должны иметь масштабную сетку.

Буквенно-цифровые обозначения условных графических обозначений на рисунках, содержащих схемы, допускается проставлять не по сквозной нумерации. Номиналы резисторов и конденсаторов, типы транзисторов должны быть указаны на рисунках схем пояснительной записки.

В тексте пояснительной записки по ходу выбора элементной базы должны быть приведены основные справочные данные приме-

няемых транзисторов.

О Б Р А З Е Ц

5

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

РисункиОи схемыБможноРи желательноА ЗвыполнятьЕ Цс применением современных компьютерных технологий, используя возможности таких программ как PCAD, Accel PCAD, AutoCAD и др.

При окончательном оформлении курсовой работы пояснительная записка сшивается.

3. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Электрическая схема по формату, условным графическим обозначениям, шрифтам и масштабам строго должна соответствовать требованиям ОдействующихБстандартовР А. СхемаЗможетЕбытьЦвыполнена в карандаше либо при помощи графопостроителя (плоттера) на формате А3 или А4. Не допускается склеивание формата. Перечень элементов может выполняться как на свободном поле схемы электрической принципиальной, так и в виде отдельного конструкторского документа.

Буквенно-цифровые позиционные обозначения на схеме должны быть проставлены в соответствии с требованиями ЕСКД – слева направо, сверху вниз. Высота букв и цифр должна быть одинаковой и при выполнении карандашом шрифт должен быть не менее 5.

4. ПОРЯДОК ЗАЩИТЫ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Защита курсовой работы проводится только после проверки окончательно оформленной пояснительной записки и электрической схемы преподавателемО Б, ведущимР АкурсовоеЗпроектированиеЕ Ц. Полностью оформленная курсовая работа должна быть сдана на проверку не позднее, чем за неделю до защиты. Допуск к защите заверяется подписью преподавателя, ведущего курсовое проектирование.

Защита курсовой работы осуществляется публично перед комиссией, состоящей из ведущего лектора и преподавателя, ведущего курсовое проектирование.

На защите студенту предоставляется 5–8 минут для доклада, в котором он в сжатой форме должен осветить основные моменты работы, а именно:

– Назначение спроектированного усилителя мощности и технические требованияО, предъявленныеБ Р Ак немуЗв заданииЕнаЦработу.

6

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

–ПутиОрешенияБпоставленнойР АзадачиЗ, выборЕоптимальныхЦ вариантов построения.

–Состав и принцип действия усилителя.

–Реализацию функциональных блоков и особенности схемотехнического решения.

–Использованные компьютерные технологии и особенности применения программных продуктов.

–Результаты экспериментальных исследований или компьютерного моделирования (в случае их проведения).

–Особенности настройки и эксплуатации спроектированного

усилителя.

После докладаО БстудентРдолженАответитьЗ наЕвопросыЦ, которые ему могут быть заданы членами комиссии и присутствующими на защите.

Оценка курсовой работы выставляется с учетом полноты и содержательности ответов при защите, объема и качества проделанной работы, степени самостоятельности, аккуратности оформления и систематичности работы в течение семестра.

Оценка выставляется на титульном листе, заверяется подписями членов комиссии и заносится в ведомость и зачетную книжку студента.

Пересдача курсовых работ не разрешается. В целях повышения оценки по курсовой работе с разрешения деканата студенту может быть выдано новое задание на курсовую работу и после его выполнения производится защита.

5. ВЫБОР И БРАСЧЕТРПРИНЦИПИАЛЬНОЙА З Е ЦСХЕМЫ

Принципиальную схему проектируемого выходного каскада составляют на основе типовой схемы (рис. 1). На данном этапе схема является ориентировочной, поскольку после выполнения расчетов может потребоваться ее корректировка. Например, для увеличения величины входного сопротивления проектируемого усилителя окажется необходимым увеличение числа транзисторов в плечах каскада и т.п.

При составлении принципиальной схемы необходимо учесть следующее: О Б Р А З Е Ц

7

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

– КоэффициентО БусиленияРпо АнапряжениюЗ бестрансформаторноЕ Ц - го выходного каскада меньше единицы и обычно лежит в пределах

КuВК = U2ВКUн = 0,85...0,95,

вхm

где UвхВКm – амплитудное значение напряжения на входе входного каскада;

–Выходной каскад лучше следует выполнять на комплементарных парах транзисторов.

–В качестве элементов связи между источником сигнала, каскадами и нагрузкойО БпрощеРвсего использоватьА З ЕразделительныеЦ конденсаторы, которые устраняют взаимосвязь каскадов по постоянному току.

–Для питания усилителя целесообразно применять двуполярные источники питания.

Рис. 1. Бестрансформаторный выходной каскад на комплементарных транзисторах с диодно-резистивной регулирующей цепочкой (VD1, VD2, Rп)

О Б Р А З Е Ц

8

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

Расчет ОвыходногоБкаскадаРзаключаетсяА Зв ЕрешенииЦследующих основных задач:

– в составлении принципиальной схемы выходного каскада, позволяющей реализовать требуемые коэффициенты усиления сигнала по мощностиинапряжению, атакжеобладающейк.п.д. неменее40…55 %;

– в подборе транзисторов, исходя из требуемой мощности Pн в нагрузке, температуры окружающей среды tв и заданного либо

выбираемого напряжения Eп источника питания;

– в выборе оптимальных режимов работы транзисторов по постоянному току, обеспечивающих малый уровень нелинейных искажений в заданном интервале температур;

– в определенииО БэлектрическихР АпараметровЗ ЕвыходногоЦкаскада по переменному току (входного сопротивления RвхВК, коэффициентов усиления по току КiВК, напряжению КuВК и мощности КВКp ; ампли-

туд входного тока IвхВКm и напряжения UвхВКm );

– внахожденииминимально-необходимойплощадиS радиаторов.

5.1. Выбор выходных транзисторов

Амплитудное значение коллекторного напряжения транзистора

VT3 (VT4) (см. рис. 1)

Uкm3 = 2Uн,

где Uн – эффективноеО БзначениеРнапряженияА Зна нагрузкеЕ Ц. Амплитуда импульсаколлекторноготокатранзистора VT3 (VT4)

Iкm3 =Uкm3

Rн

Мощность, выделяемая каскадом в нагрузке

Pн = Uн2 .

О Б Р АRн З Е Ц

9

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя

НеобходимоеОнапряжениеБ РисточникаА ЗпитанияЕ Ц

Eп =(1,01...1,1)(Uкm3 + Iкm3rнас) ,

где rнас =(0,1…1) – внутреннее сопротивление транзистора в режиме

насыщения, Ом.

Величину источника питания следует выбирать из ряда:

(5, 6, 9, 12, 15, 18, 24, 27, 36, 48) В.

Используя полученные значения Pк3 , Iкm3 , Eп, из компьютер-

ной базы кафедры подбирают транзисторы VT3 и VT4 , отдавая предпочтение приборам с малым обратным током Iк0 .

Отбор выполняется в два этапа.

На первом этапе проверяют, удовлетворяют ли предельнодопустимые параметры транзисторов следующей системе неравенств:

где tкmax =tв +(15...30) – максимальная температура коллекторного

перехода, °C; t – верхнее значение диапазона рабочих температур, °C.

Ов Б Р А З Е Ц

10

Дорошков А.В. Расчет выходного каскада усилителя