Расчет каскадного усилителя
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
едварительный расчёт блока питания и выбор трансформатора:
Рассчитаем токи, потребляемые усилителем в режиме холостого хода:
Необходимый источник питания должен на выходе формировать однополярное напряжение 12 В. На транзисторах может быть падение напряжения база - эмиттер до 1.2 В. Падение напряжения на резисторах R3 и R4 обычно составляет 3 В. Падение напряжения на диодах составляет до 3 В, так как одновременно на каждую полярность работает только один диод. Пусть напряжение пульсаций не превосходит 3 В. Тогда получаем, что выпрямитель с фильтром должен обеспечить напряжение:
Для оценки ёмкости конденсатора фильтра, считаем, что на выходе источника питания поддерживается максимальный ток потребления. Отсюда:
, то . Максимальный ток потребления:
, где
Так как и период при частоте сети 50 Гц равен примерно , то .
Сформулируем требования к трансформатору:
Напряжение вторичной обмотки: , так как в справочниках приведены действующие значения.
Ток вторичной обмотки: , так как ток покоя течёт постоянно, а ток нагрузки имеет переменный характер.
Следует отметить, что ток нагрузки имеет переменный характер, но это не обязательно синусоидальный ток. Ток хаотического характера имеет обычно более низкую мощность, чем ток синусоидальной формы, поэтому, считая его таковым, мы рассчитаем блок питания уже с запасом по мощности.
Из стандартного ряда трансформаторов выбираем стержневой трансформатор ТПП 319 - 127/220 - 50, имеющий следующие параметры
Напряжения вторичных обмоток: 2,5 В, 2,5 В, 10,0 В, 10,0 В, 0,63 В, 0,63 В.
Ток вторичной обмотки: 8 А.
Номинальная мощность: 200 ВА.
Максимальное обратное напряжение на диодах:
,
где - падение напряжения на открытом диоде.
Так как на выходе необходимо получить однополярное напряжение 12 В и на цепи управления зададимся 4,2 В (1,2 в - падение напряжения на эмиттерном переходе и 3 В - падение напряжения на резисторе R3), то после фильтра минимальное значение пульсирующего напряжения должно быть равным 16,2В.
Амплитуда напряжения на выходе трансформатора:
.
Тогда отводим под допустимые пульсации амплитуды:
.
Минимальное значение пульсирующего напряжения:
,
где - напряжение на выходе фильтра в предположении, что ёмкость конденсатора бесконечно велика. В этом случае выходное напряжение будет постоянным. Найдём его:
.
Внутреннее сопротивление трансформатора определяется через его КПД. КПД определяем из графиков. Для стержневых трансформаторов мощностью 200 ВА, рассчитанных на 50 Гц питания сети: .
, где - внутреннее сопротивление трансформатора.
, где - эквивалентное сопротивление нагрузки.
Определяем ёмкость накопительного конденсатора:
.
Выбираем: С=5600 мкФ.
Импульсный ток диодов:
.
Выбираем диоды: ГД246А с параметрами: Прямой средний ток-10 А, импульсный ток -100 А, обратное напряжение 400 В, прямое напряжение 1 В.
Сопротивление служит для разрядки конденсаторов при отключении питания сети. Его выбирают достаточно большими, чтобы не изменять режим работы схемы. Выбираем . При этом через него потечёт ток , что при токах покоя 1,73 А незначительно. Конденсатор разрядится полностью через
с.
Выбираем стабилитрон VD5 на напряжение 12+1,2=13,2 В. Выбираем стабилитрон 2С515А с напряжением стабилизации 15 В. Ток стабилизации-53 мА. На сопротивлении падение напряжения составляет максимум . При токе 53 мА его номинал составляет 114,72 Ом. Берём 120 Ом.
Транзистор VT1 включён по схеме эмиттерного повторителя.
Ток транзистора: 6,72 А. Максимальное падение напряжения на переходе коллектор-база - 28,28 -15=13,28 В. Тогда максимальная рассеиваемая мощность: 89,24 Вт. Выбираем транзистор КТ827Б (n-p-n). Он имеет следующие параметры :
Ток базы при максимальном выходном токе 8,78 А будет составлять 8,78/750=0,0117 А=11,7 мА, что незначительно по отношению к току стабилизации. По входным характеристикам при таком токе базы падение напряжения база-эмиттер составляет 1,5 В. Оно немного больше рассчитанных 1,2 В; но напряжение стабилитрона взято на 1,8 В выше рассчитанного, поэтому 0,3 В не повлияет на работу схемы.
Входные характеристики транзистора КТ827Б
Заключение
Спроектированный усилитель работает при температуре от -5,53 С до 37,82С. Для питания необходимо однополярне питании 12 В. Полоса пропускания усилителя лежит в пределах от 89,15 Гц до 6,28 кГц. Усилитель имеет частотные искажения на низшей рабочей частоте: Мн=1,221 и частотные искажения на высшей рабочей частоте: Мв=1,083
Достоинства усилителя - большой коэффициент усиления по мощности: , который значительно превосходит требуемый: . Усилитель имеет сравнительно большое входное сопротивление.
Недостатком усилителя является большое количество использованных элементов и трудность их подбора. Большое количество элементов усложняет настройку усилителя.
Библиографический список
1.Ягубов, З.Х. Расчет низкочастотного усилителя/ З.Х. Ягубов; УГТУ, 2001. - 38 с.
2.Ягубов, З.Х. Методические указания радиотехника и электроника/ З.Х. Ягубов, В.И. Бондарев; УГТУ, 1998. - 14 с.
.Галкин, В. И. Полупроводниковые приборы. Справочник/ В.И. Галкин, А.Л. Булычев, В.А. Прохоренко - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Радио и связь, 1987. - 285 с.
.Бодиловский, В. Г. Справочник молодого радиста/ В. Г. Бодиловский, М.А. Смир