Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Основание для разработки, ее назначение и область применения.

Основанием для разработки является задание по курсу «Электроника и микросхемотехника». Разработка предназначена для усиления электрических сигналов низкой частоты. Область применения - радиоэлектронная аппаратура.

1. Условия эксплуатации системы:

а). температура окружающего воздуха от -10 до +350 С;

б). относительная влажность до 95% при температуре +200 С;

в). атмосферное давление 750 30 мм рт. ст.

2. Эксплуатационно - технические характеристики системы:

а) источник сигнала............................................;

б) нагрузка..........................................................., ;

в) частотный диапазон..............................……., ;

г) линейные искажения..………………………;

д) нелинейные искажения....................................

ВВЕДЕНИЕ

Усилительные устройства находят применение в самых различных областях науки, техники и производства, являясь либо самостоятельными устройствами, либо частью сложных приборов и систем.

В настоящее время основными элементами большинства радиоэлектронных устройств являются полупроводниковые приборы. Техника усиления электрических сигналов непрерывно развивается. Это связано в первую с развитием и совершенствованием радиоэлектроники и технологии, разработкой новых усилительных приборов. Появление новых полупроводниковых приборов и технологических процессов позволило объединить множество транзисторов, диодов, резисторов в одно устройство - интегральную микросхему (ИМС). Всё это значительно повысило надёжность электронной аппаратуры.

Характерной особенностью современных усилителей является исключительное многообразие схем, по которым они могут быть построены.

Усилители различаются по характеру усиливаемых сигналов: усилители гармонических сигналов, импульсные усилители и т. д. Также они различаются по назначение, числу каскадов, роду электропитания и другим показателям.

Однако одним из наиболее существенных классификационных признаков является диапазон частот электрических сигналов, в пределах которого данный усилитель может удовлетворительно работать.

Усилители низкой частоты, предназначенные для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный диапазон которых лежит в пределах от десятков герц до десятков килогерц. Характерной особенностью УНЧ является то, что отношение верхней усиливаемой частоты к нижней велико и обычно составляет не менее нескольких десятков.

Данный курсовой проект посвящен разработке усилителя низкой частоты на основе полупроводниковых приборов.

В данном случае применение дорогостоящих технических средств оказывается невозможным, да и вряд ли целесообразным, поскольку упрощённый расчёт типовой электронной схемы позволяет получить достаточно надёжные данные, а выполнение расчётов способствует углублению теоретических знаний, развитию технической интуиции, формированию интеллектуальных и практических умений и навыков.

1. РАСЧЕТ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА

Рисунок 1 - оконечный каскад УНЧ

1. Выберем транзисторы по допустимой мощности рассеяния на коллекторе , максимальной амплитуде коллекторного тока и по верхней граничной частоте :

;

;

Таким образом для данных величин наиболее подходят транзисторы:

КТ8101А и КТ8102А.

Их параметры:

Ikmax = 16 A Uэкmax = 160 B

Pkmax = 150 Bт h21 > 20

fгр = 1 MГц

По характеристикам выбранного транзистора определяем его рабочую область

Рисунок 2 - выходные характеристики транзистора

Рисунок 3 - входная характеристика транзистора

Построив треугольник мощности, на выходной характеристике транзистора определяем максимальный ток базы и напряжение насыщения ; по входной характеристике определяем максимальное напряжение между эмиттером и базой :

;

.

После перенесения рабочей точки на входной характеристике (Iбмах=0) максимальное напряжение между эмиттером и базой станет:

Отсюда

2. Определяем максимальное напряжение на нагрузке и напряжение питания :

.

3. Определяем глубину отрицательной обратной связи по формуле:

; .

4. Рассчитываем резисторы делителя:

, так как мы берем четыре диода, то на каждом из них падение напряжения будет равно

По значению выбираем диод VD11 КД 102.

Рисунок 4 - вольтамперная характеристика диода VD11.

По рисунку 4 определяем значение и находим значение сопротивления делителя напряжения :

.

5. Рассчитаем входное сопротивление усилителя :

Отсюда

Сопротивление с ООС:

Учитывая параллельное включение делителя:

6. Рассчитаем амплитудные значения входного сигнала, обеспечивающие заданную мощность на выходе

; ; .

2. РАСЧЕТ ВХОДНОГО КАСКАДА

Выберем операционный усилитель LM6181, удовлетворяющий заданным требованиям по максимальному выходному напряжению и максимальному выходному току : =100 мА, =11 В.

Рисунок 5 - схема последовательного включения двух микросхем LM6181 в режиме инвертирующего напряжения

1. Определим необходимый коэффициент усиления Ku:

; .

2. Выберем величины сопротивлений R1,R2:

3. Определим величину сопротивления R31 и R32по формуле

4. Определим верхнюю граничную частоту по формуле

Foу выбранного ОУ: Fоу=60 МГц

- следовательно условия по заданной граничной частоте выполняются.

5.Определим потребляемый ток

Для выбранного ОУ: ; .

;

6. Определим напряжения питания усилителя:

Параметры выбранного усилителя LM6181:

3. РАСЧЕТ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

Выходное сопротивление предварительного усилителя, необходимое для построения сквозной характеристики выбирается из условия:

.

Таблица 4.1 - Сквозная характеристика

Рисунок 6 - сквозная характеристика одного плеча каскада без учета влияния обратной связи

Рисунок 7 - зависимость тока базы от ЭДС

Определяем коэффициент нелинейных искажений по третьей гармонике без учета ООС и с учетом ООС:

;

; .

Определяем коэффициент нелинейных искажений по второй гармонике без учета ООС и с учетом ООС

;

где x-коэффициент асимметрии

; .

Суммарный коэффициент нелинейных искажений

;

следовательно условие выполняется.

Принципиальная схема спроектированного усилителя постоянного тока приведена в приложении Б. Перечень элементов принципиальной схемы приведен в приложении А.

4. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ

Таблица 5.1 - интенсивность отказов элементов принципиальной схемы

Вероятность безотказной работы в течении t часов вычисляется по формуле

Вероятность безотказной работы в течении 1000000 часов:

В данном курсовом проекте был разработан усилитель электрических сигналов первичных измерительных преобразователей систем автоматического регулирования, который представляет собой усилитель постоянного тока.

В схеме оконечного каскада для задания рабочего напряжения используются делители напряжения, диоды в прямом включении, комплиментарные транзисторы, что дает возможность осуществить работу схемы от одного источника. Большим дефицитом оказались входные и выходные характеристики транзисторов.

В качестве входного каскада использован операционный усилитель, что значительно облегчило расчет и проектирование. Однако, в процессе расчёта входного каскада выяснилось, что одна микросхема не может дать должный коэффициент усиления из-за верхней граничной частоты, поэтому пришлось использовать два последовательно соединенный операционных усилителя включенных в режиме инвертирующего напряжения.

В результате разработанный прибор полностью удовлетворяет данным, представленным в техническом задании.

усилитель сигнал транзистор

перечень ссылок

Перечень элементов принципиальной схемы