Расчет электрической схемы усилителя мощности

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ВГТУ»)

Факультет радиотехники и электроники

Кафедра «Радиоэлектронные устройства и системы»

Специальность 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Схемотехника аналоговых электронных устройств

Тема: Расчет электрической схемы усилителя мощности

Расчетно-пояснительная записка

Разработал

студент гр. РП-193

Д.А. Касьянов

Руководитель

Ю.В.Худяков

Воронеж 2021 г

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ВГТУ»)

Факультет радиотехники и электроники

Кафедра «Радиоэлектронные устройства и системы»

Специальность 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы»

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по дисциплине Схемотехника аналоговых электронных устройств

Тема проекта Расчет электрической схемы усилителя мощности

Студент группы РП-193 Данила Алексеевич Касьянов

Техническое задание: выходная мощность усилителя Р_вых = 6 Вт; сопротивление нагрузки = 10 Ом; граничные частоты усилителя: нижняя f_н = 30 Гц и верхняя f_в = 60 кГц; коэффициенты частотных искажений на низких M_н - минус 3 дБ, на высоких M_в - минус 3дБ.

Содержание и объем проекта (графические работы, расчеты и прочее)

Выбор режима работы и схемы оконечного каскада Выбор транзисторов Расчет двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности Проверка результатов расчетов

Срок защиты курсового проекта 15.12 - 30.12

Руководитель ________________ Ю.В.Худяков

Задание принял студент ___________________ Д.А. Касьянов

Содержание

Введение

1. Выбор режима работы и схемы оконечного каскада

2. Расчет двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности на биполярных комплементарных транзисторах

2.1 Общие положения

2.2 Последовательность расчета

2.3 Выбор транзисторов

2.4 Определение основных токов и напряжений транзисторов в усилителе

2.5 Расчет и выбор элементов цепей смещения транзисторов

2.5.1 Расчет и выбор резисторов базового делителя

2.5.2 Выбор диодов базового делителя

2.6 Определение параметров схемы усилителя

3. Проверка результатов расчетов

Заключение

Список литературы

Введение

Усилитель является одним из основных узлов различной аппаратуры в устройствах автоматики, телемеханики, вычислительной и информационно-измерительной техники.

Электронный усилитель - это устройство, преобразующее маломощный электрический сигнал на входе в сигнал большой мощности на выходе с минимальными искажениями формы. Усиление мощности сигнала осуществляется за счет потребления усилителем энергии от источника питания [1].

Усилители делятся на ряд типов по различным признакам. По роду усиливаемых электрических сигналов усилители можно разделить на две группы:

- усилители гармонических сигналов, предназначенные для усиления периодических сигналов различной величины и формы, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее длительности устанавливающихся процессов в цепях усилителя.

- усилители импульсных сигналов, предназначенные для усиления непериодических сигналов, например, непериодической последовательности электрических импульсов различной величины и формы.

По ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых частот усилители делятся на ряд следующих типов:

- усилители постоянного тока или усилители медленно меняющихся напряжений и токов, усиливающие электрические колебания любой частоты в пределах от низшей нулевой рабочей частоты до высшей рабочей частоты;

- усилители переменного тока, усиливающие колебания частоты от низшей границы до высшей, но неспособные усиливать постоянную составляющую сигнала;

- усилители высокой частоты (УВЧ), предназначенные для усиления электрических колебаний несущей частоты, например принимаемых приемной антенной радиоприемного устройства;

- усилители низкой частоты (УНЧ), предназначенные для усиления гармонических составляющих не преобразованного передаваемого или принимаемого сообщения.

Усилители низкой частоты характеризуются большим отношением высшей рабочей частоты к низшей, лежащим в пределах от 10 до 500 для усилителей звуковых частот и превышающим 10⁵ для некоторых типов видеоусилителей.

Усилители с высшей рабочей частотой порядка сотен килогерц и выше, одновременно имеющие большое отношение высшей рабочей частоты к низшей, обычно называются широкополосными усилителями.

Избирательные усилители усиливают электрические сигналы в очень узкой полосе частот.

Из трех типов транзисторных каскадов для усиления напряжения пригодны два: каскад с общей базой и каскад с общим эмиттером. Каскад с общим коллектором может быть применен в многокаскадных системах, однако, непосредственного усиления напряжения такой каскад не дает и выполняет вспомогательную роль.

Для усиления напряжения звуковых частот наиболее пригоден каскад с общим эмиттером, так как он имеет более высокое входное и более низкое выходное сопротивления по сравнению с каскадом с общей базой.

бестрансформаторный усилитель мощность биполярный транзистор

1. Выбор режима работы и схемы оконечного каскада

Выбор режима работы и схемы оконечного каскада производят исходя из следующих предпосылок [2]:

- при Р_вых до 50 мВт обычно используют однотактную схему с маломощным транзистором, работающим в режиме класса А;

- при Р_вых до 200 мВт применяется двухтактная схема и режимы работы классов АВ или В, используются маломощные транзисторы или транзисторы средней мощности, работающие в облегченном режиме;

- при Р_вых от 200 мВт до 1ч2 Вт применяется, как правило, двухтактная схема в режимах АВ или В с использованием в ней транзисторов средней мощности;

- при Р_вых больше 2 Вт применяется двухтактная схема на транзисторах большой мощности.

В качестве выходных каскадов (усилителей мощности) широкое применение получили как трансформаторные, так и бестрансформаторные усилители [1]. Современные усилители небольшой мощности выполняют по бестрансформаторной схеме, что позволяет уменьшить габариты, массу, стоимость и расширить полосу пропускания устройства.

Так как выходные каскады являются основными потребителями энергии источников питания, они работают в режиме класса В или класса АВ, обеспечивая высокий КПД. При этом для уменьшения нелинейных искажений применяют двухтактные схемы. Такие схемы выполняют на комплементарных транзисторах; схема представляет собой соединение двух эмиттерных повторителей, работающих на общую нагрузку R_н.

Учитывая значение выходной мощности, заданной в ТЗ и принимая во внимание остальные замечания остановимся остановимся на схеме двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности на биполярных комплементарных транзисторах .

2. Расчет двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности на биполярных комплементарных транзисторах

2.1 Общие положения

Типовая схема двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности на комплементарной па-ре биполярных транзисторов с од-нополярным питанием (раздели-тельным конденсатором) имеет вид, представленный на рисунке 1.

Режим по постоянному току, соответствующий режиму работы класса АВ, обеспечивается делителем R1-VD-R2. Сопротивление диода создает необходимое напряжение по постоянному току между базами транзисторов VT1 и VT2, а также выполняет функции элемента схемы термокомпенсации [3].

Рисунок 1 - Типовая схема двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности на биполярных комплементарных транзисторах

Исходные данные для проведения расчета:

- выходная мощность усилителя Р_вых = 6 Вт;

- сопротивление нагрузки = 10 Ом;

- граничные частоты усилителя: нижняя f_н = 30 Гц и верхняя f_в = 60 кГц;

- коэффициенты частотных искажений на низких M_н - минус 3 дБ, на высоких M_в - минус 3дБ.

2.2 Последовательность расчета

Определяются требуемые амплитудные значения выходного , В и входного , В напряже-ний и тока нагрузки, А:

11 В,

=1,1 · 11 ? 12,1 В,

=1,1 А.

Выбирается напряжение источника питания :

= 2(1 + 11) = 24 В,

где - напряжение насыщения транзистора (для кремниевых приборов - ? 1 В).

= (1 - 3)В больше - минимальное напряжение на транзисторе (чем больше , тем меньше нелинейные искажения, но меньше и коэффициент полезного дей-ствия каскада).

Примем предварительно равным 36 В.

2.3 Выбор транзисторов

Справочные параметры транзисторов, выбираемых в качестве усилительных элементов каскада, должны удовлетворять условиям [4]:

- граничная частота , кГц транзисторов в схеме ОЭ:

= (2 - 4) · 60 = (от 120 до 240) кГц,

где - верхняя граничная частота усилителя, кГц;

- максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора (с учетом заданной максимально возможной температуры окружающей среды)

(0,25 - 0,3) · = 0,3 · 6 =1,8 Вт;

- максимально допустимый коллекторный ток , А транзистора

= 1,2 · 1,1 ? 1,32 А;

- максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер

= 1,2 · 18 ? 21,6 В

На основании выявленных требований по справочнику подбирается подходящая комплементарная пара транзисторов, выписываются их основные параметры и копируются статические входные и выходные вольт-амперные характеристики (ВАХ).

Воспользуемся папкой «Справочник по полупроводниковым приборам (Русская версия)» [5]. После открытия этой папки выберем последовательно:

- биполярные транзисторы;

- мощность - большая > 1,5 Вт;

- проводимость - n-p-n;

- граничная частота - низкая и средняя, < 30 МГц;

- разновидности транзисторов - обычные.

Нажимаем кнопку «Вывод».

Выбор транзисторов проводится с учетом их наличия в библиотеке программы EWB. Выбираем транзистор BD239 фирмы «Harris Corporation» США. Необходимые электрические параметры приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные электрические параметры транзистора BD239

В поисковике яндекса набираем «Транзистор BD239» и находим файл «BD239С транзистор характеристики, аналоги, datasheet …». В этом файле указано, что комплементарной парой для BD239C является транзистор BD240C c p-n-p структурой. Проверяем наличие такого транзистора в библиотеке EWB.

Статические входные и выходные вольт-амперные характеристики в интернете не удалось найти, поэтому придется измерять и строить эти характеристики самостоятельно. Для этого сначала в программе EWB собираем схему для измерения этих характеристик. Эта схема представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема измерения входных и выходных характеристик транзистора

Методика измерения следующая. Задаемся величиной тока базы с помощью источника тока и напряжением с помощью источника напряжения и измеряем напряжение с помощью вольтметра и коллекторный ток с помощью амперметра . Результаты измерения сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты измерения для построения графиков входных и выходных характеристик

= 1 мА = 0,6 В	, В	0,5	1	1,5	2	3	5	10	15	20	40	60
	, А	0,13			0,132	0,133	0,136	0,142	0,149	0,156	0,182	0,208
= 2 мА = 0,617 В	, В	0,5	1	1,5	2	3	5	10	15	20	40	60
	, А	0,23	0,23	0,24	0,24	0,24	0,25	0,25	0,27	0,28	0,33	0,37
= 3 мА = 0,627 В	, В	0,5	1	1,5	2	3	5	10	15	20	40	60
	, А	0,32	0,32		0,32	0,33	0,33	0,35	0,37	0,37	0,45	0,51
= 5 мА = 0,641 В	, В	0,5	1	1,5	2	3	5	10	15	20	40	60
	, А	0,47	0,47	0,47	0,47	0,48	0,51	0,51	0,54	0,56	0,65	0,75
= 10 мА = 0,659 В	, В	0,5	1	1,5	2	3	5	10	15	20	40	60
	, А	0,75	0,76	0,76	0,76	0,77	0,79	0,82	0,86	0,90	1,05	1,20
= 20 мА = 0,677 В	, В	0,5	1	1,5	2	3	5	10	15	20	40	60
	, А	1,18	1,18	1,18	1,19	1,20	1,22	1,28	1,43	1,40	1,64	1,87
= 30 мА = 0,687 В	, В	0,5	1	1,5	2	3	5	10	15	20	40	60
	, А	1,50	1,51	1,51	1,52	1,54	1,57	1,64	1,72	1,79	2,09	2,40
= 40 мА = 0,695 В	, В	0,5	1	1,5	2	3	5	10	15	20	40	60
	, А	1,78	1,78	1,78	1,80	1,82	1,86	1,95	2,03	2,12	2,48	2,84
= 50 мА = 0,701 В	, В	0,5	1	1,5	2	3	5	10	15	20	40	60
	, А	2,02	2,03	2,04	2,05	2,07	2,11	2,21	2,32	2,43	2,82	3,23
= 60 мА = 0,705 В	, В	0,5	1	1,5	2	3	5	10	15	20	40	60
	, А	2,24	2,25	2,26	2,27	2,30	2,34	2,46	2,57	2,68	3,14	3,59

На рисунке 3 представлена входная динамическая характеристика транзистора BD239. На рисунке 4 представлена выходная статическая характеристика транзистора BD239.

Рисунок 3 - Входная динамическая характеристика транзистора BD239

Рисунок 4 - Выходная статическая характеристика транзистора BD239

2.4 Определение основных токов и напряжений транзисторов в усилителе

На входной динамической характеристики транзистора BD239, представленной на рисунке 5 определяем точку покоя О₁, обозначаем (определяется из выходной характеристики) амплитуду тока базы и определяем соответствующему этому току базы амплитуду напряжения база-эмиттер . Точка покоя О₁ ,как следует из графика на рисунке 5, имеет координаты = 0,64 В и = 5 мА.

Находим точку покоя О₁ на выходной характеристике транзистора. Она будет лежать на линии ВАХ для тока базы 5 мА. При этом по оси координата точки О₁ будет иметь значение

= 1 + 11 =12 В.

Эта точка имеет ординату равную 0,48 А, которая является коллекторным током покоя .

Рисунок 5 -Основные параметры усилителя на входной динамической характеристике транзистора

Тогда максимальное значение коллекторного тока будет равно

= 0,48 + 1,1 ? 1,6 A, при = 2 А.

Рисунок 6 - Основные параметры усилителя на выходной характеристике транзистора

Максимальное значение коллекторного тока будет при напряжение насыщения транзистора, равного в нашем случае 1 В, в частности, точке О₂ на выходной характеристике. Эта точка, также как и точка О₁ принадлежат ВАХ резистору нагрузки R_H. Прямая, проходящая через эти две точки будет нагрузочной прямой. Пересечение этой прямой с осью абцисс происходит при величине половины напряжения питания Е_К/2 и равно 18 В. Тогда напряжение питания усилителя мощности составляет Е_К = 36 В.

Перенося значения базовых токов, соответствующих точкам пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными характеристиками транзистора, на динамическую входную характеристику (рисунок 5), определяют амплитуды переменных составляющих базового тока и напряжения на эмиттерном переходе транзистора.

Согласно рисунку 6 изменению коллекторного тока от точки покоя , равной 0,48 А , до максимального значения равного 1,6 А соответствует изменение тока базы от , равной 5 мА, до максимального значения , равного около 50 мА, то есть на величину

? 50 - 5 =45 мА

Согласно рисунку 2 такое изменение тока базы вызывается изменением напряжения от точки покоя , равной 0,64 В до максимального значения , равного 0,7 В

= 0,7 - 0,64 = 0,06 В

2.5 Расчет и выбор элементов цепей смещения транзисторов

2.5.1 Расчет и выбор резисторов базового делителя

Сопротивление резисторов делителя равны между собой и находятся согласно выражения

= 581 Ом

где - типовое значение прямого напряжения на диоде (для кремниевых приборов около 1 В);

- минимальный ток через диод термокомпенсации, обеспечивающий его нормальную работу при прохождении амплитуды полуволны входного сигнала (рекомендуемое значение - десятые доли ч единицы миллиампера).

Выбираем ближайшее по величине номинальное значение сопротивлений этих резисторов, которое равно 560 Ом.

Ток покоя делителя находится по формуле

? 30 мА

Мощность и, выделяемая на резисторахи делителя будет равна

= (0,030)² · 560 ? 0,5 Вт

На основании полученных значений производится выбор конкретных резисторов (тип, мощность) по справочнику. Выбираем ближайшую номинальную мощность резистора - 0,5 Вт.

2.5.2 Выбор диодов базового делителя

Требования, предъявляемые к термокомпенсирующим диодам цепи смещения [6]:

? полупроводниковый материал, из которого сделан диод - тот же, что материал транзистора;

? предельная рабочая частота , кГц

= (2 - 4) · 60 кГц = от 120 до 240 кГц;

? максимально допустимое обратное напряжение: требования не предъявляются;

? максимально допустимый ток диода

? 52 мА

где - максимальный рабочий ток диода.

С учетом полученных требований по справочнику или в интернете выбирается конкретный тип диода, выписываются его параметры и копируется вольт-амперная характеристика.

Однако в справочниках приводятся в основном значение максимального прямого падения напряжения или при тестовом токе, который обычно не совпадает с рассчитанным нами током покоя делителя . ВАХ приводятся в основном для отечественных диодов, которых очень мало в библиотеке EWB.

В интернете имеется информация практически о всех диодах, которая называется «datasheet», в том числе и представленных в библиотеке EWB. Однако не во всех этих документах приводятся ВАХ этих диодов, а если и представлены, то в неудобном для анализа виде. Например, как показана на рисунке 7, ВАХ для диода BY228 фирмы Philips Semiconductors. Масштаб по оси токов очень крупный, и найти точку на ВАХ при токе 28 мА проблематично.

Рисунок 7 - ВАХ диода BY228 фирмы Philips Semiconductors

Кроме этого, представлены ВАХ диода с логарифмической шкалой тока, как, например, для диодов 1N4148 (рисунок 8) и 1N3659 (рисунок 9).

Рисунок 8 - ВАХ диода 1N4148 фирмы Vishay

Рисунок 9 - ВАХ диода 1N3659 фирмы Microsemi

На ВАХ диодов 1N4148 и 1N3659 необходимый нам ток 28 мА не показаны.

Проверка этих диодов в EWB показала, что библиотеке EWB под этим именем представлены совсем другие диоды (рисунки 10 и 11).

Рисунок 10 - Проверка одной точки (при = 0,8 В) ВАХ диода1N4148 (по версии библиотеки EWB) фирмы Vishay

Рисунок 11 - Проверка одной точки (при = 0,8 В) ВАХ диода 1N3659 (по версии библиотеки EWB) фирмы Microsemi

Поэтому самым простым, а главное достоверным, является способ непосредственного отбора диодов из библиотеки EWB путем измерения прямого падения напряжения при необходимой величине тока покоя делителя , равного согласно нашему расчету 28 мА, пока не попадется диод с равным или несколько меньше 0,64 В. Измерение проводим согласно схеме, представленной на рисунке 12.

Рисунок 12 - Схема измерения при выборе диода

Согласно этой схеме диод КД202Д при токе 28 мА имеет прямое падение напряжения 637,1 мВ при искомом значении 640 мВ. Поэтому этот диод можно применить в усилителе.

В случае, когда при заданном прямом токе прямое падение напряжения на диоде меньше, чем расчетное на величину до 300 мВ, как показано на рисунке 13 для диода 2Д419А, допускается включать последовательно с диодом резистор , величина сопротивления которого определяется по формуле

= 1 Ом,

как показано на рисунке 14.

Рисунок 13 -Вариант выбора диода с прямым падением напряжения меньшим необходимого



Рисунок 14 - Вариант с добавочным резистором при использовании диода с прямым падением напряжения меньшим необходимого

Обычно этот резистор является подстроечным, и его сопротивление подбирается на месте.

2.6 Определение параметров схемы усилителя

Определяется усредненное значение коэффициента усиления по току , входного сопротивления транзистора для схемы с общим эмиттером и общим коллектором

= 24,34,

= 1,33 Ом,

= 1,33 + (24 + 1)·10 ? 254 Ом.

Рассчитывается входное сопротивление каскада , которое состоит их параллельно двух включенных сопротивлений или и [7]

= Ом,

? 177 Ом.

Усредненная крутизна характеристики транзистора определяется как

= 18,26 А/В.

Глубина обратной связи определяется как

= 1 + 18,3 · 10 = 184,3.

Коэффициент усиления напряжения выходного каскада

= 0,994.

Амплитуда напряжения и тока входного сигнала каскада

? 11 В,

? 62,19 мА.

Действующие напряжения и тока входного сигнала каскада для гармонического сигнала в 1,41 раза меньше ? 7,8 В, ? 42,5 мА.

Выходное сопротивление транзистора со стороны эмиттерного вывода определяется по формуле

= 6,99 Ом

Определяются емкости разделительных конденсаторов на входе

=29,98 мкФ

Определяются емкость разделительного конденсатора на выходе

= 530,95 мкФ

Выбираем номинальные значения емкостей = 33 мкФ и = 680 мкФ.

Средний ток , потребляемый от источника питания, составляет

= 0,318 · 1,1 = 0,35 А,

где ? 0,35 - средний ток одного транзистора.

Рассчитывается коэффициент полезного действия усилителя мощности

= 47,84 %,

где - мощность, потребляемая от источника питания.

3. Проверка результатов расчетов

Проверим основные параметры на соответствие их данным технического задания с использованием моделирования электрической схемы в программе EWB. Электрическая схема на основе исходной схемы (рисунок 1) представлена на рисунке 15, осциллограмма выходного напряжения на нагрузке - на рисунке 16.

Рисунок 15 - Моделирование электрической схемы усилителя мощности в программе EWB

Рисунок 16 - Осциллограммы напряжения на базе транзистора BD239 (красным цветом) и выходного напряжения усилителя мощности

На осциллограмме при максимальном входном сигнале наблюдается явное ограничение сверху и снизу выходного сигнала, что не допустимо. Первопричиной является ограничение входного сигнала уже в базовой цепи при прохождении входного сигнала через диоды VD1 и VD2. Поэтому нужно обойти эти диоды, подавая входное напряжение сразу на базы обоих транзисторов через разделительные конденсаторы и , как показано на рисунке 17.

Рисунок 17 - Моделирование электрической схемы усилителя мощности при раздельном подключении базовых цепей транзисторов к источнику сигнала в программе EWB

Форма электрического сигнала на выходе, как видно из рисунка 18, представляет синусоидальный сигнал без видимых признаков искажения формы, что является предпосылкой высокой точности измерения напряжения вольтметрами PV1 и PV2 .

Рисунок 18 - Осциллограмма выходного напряжения усилителя мощности при раздельной подаче входного сигнала

Проверим основные параметры на соответствие их данным технического задания с использованием моделирования электрической схемы в программе EWB. Электрическая схема представлена на рисунке 17, осциллограмма выходного напряжения на нагрузке - на рисунке 18, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) , дБ в области всей заданной в ТЗ полосы прозрачности - на рисунке 19 и в низкочастотной области полосы прозрачности - на рисунке 20.

Коэффициент передачи по напряжению согласно показаниям вольтметров PV1 и PV2 на рисунке 17 получается равным

= 0,87.

В результате расчета этот показатель имеет значение 0,994. Тогда погрешность между расчетным и измеренным значениями этого параметра составляет

13,86 %.

Теоретически в первом приближении разница между входным и выходным напряжениями эмиттерного повторителя равняется падению напряжения на переходе база-эмиттер , которая в нашем случае равна прямому падению напряжения на диоде VD1 или VD2, то есть = = 0,64 В. Тогда максимально возможный теоретический коэффициент передачи по напряжению для нашего случая должен быть равен

= 0,929.

Погрешность между теорией и практикой составляет

-6,348 %.

Входное сопротивление согласно расчетам имеет значение = 177 Ом. На схеме, представленной на рисунке 17, подобрана величина сопротивления такая, что на входе усилителя напряжение , измеренное вольтметром PV1? 8.9 В в два раза меньше напряжения = 18 В идеального источника переменного напряжения GB1. Тогда величина входного сопротивления усилителя будет равна сопротивлению генератора напряжения . В нашем случае эта величина имеет значение 230 Ом .

Тогда погрешность между расчетным и измеренным значениями этого параметра составляет

? 21,29 %,

что не приемлемо для инженерных расчетов.

Выходная мощность согласно ТЗ равна 6 Вт. Согласно показанию вольтметра PV2 на рисунке 17 выходное напряжение равно = 8,11 В, которое соответствует выходной мощности усилителя Р_вых, равной

= 6,18 Вт.

Тогда погрешность между заданным в ТЗ и измеренным значениями этого параметра составляет

-2,99 %.

Эта погрешность не значительная и существенно сказывается на эксплуатационных характеристиках усилителя мощности.

Граничные частоты усилителя: нижняя f_н = 30 Гц и верхняя f_в = 60 кГц заданы в ТЗ. На рисунке 19 представлена АЧХ в указанной области частот. АЧХ продолжается без завала до частоты 60 кГц. Поэтому по параметру f_в = 60 кГц условие ТЗ выполнено.

Рисунок 19 - АЧХ усилителя мощности в области полосы прозрачности и параметр коэффициента передачи на тестовой частоте 1 кГц

Коэффициент передачи в пределах полосы прозрачности согласно показателю измерителя АЧХ (ИАЧХ) имеет значение минус 6,388 дБ. Коэффициент передачи от GB1 до входа усилителя согласно схеме на рисунке 17 равен

= 0,5,

а коэффициент передачи по напряжению самого усилителя = 0,87.

Тогда коэффициент передачи напряжения от источника сигнала GB1 до сопротивления нагрузки будет равен = 0,445 · 0,87 = = 0,437, что представляется в логарифмическом масштабе как минус 7,09 дБ, а не минус 6,388 дБ , как показано на дисплее ИАЧХ. Предположительно, это несоответствие связано с программными особенностями EWB.

На рисунке 20 представлена АЧХ в области низких частот до 500 Гц. Курсор перемещаем в точку, в которой коэффициент передачи уменьшается по сравнению с коэффициентом передачи на частоте 1 кГц на минус 3 дБ. Частота, соответствующая этой точке будет являть граничной нижней частотой . В нашем случае равна 26,83 Гц или ? 27Гц, при требуемой ТЗ = 30 Гц.

Рисунок 20 - АЧХ усилителя мощности в области низких частот и параметры коэффициента передачи на нижней граничной частоте f_н

Тогда погрешность между заданным в ТЗ и измеренным значениями этого параметра составляет

? 10 %

Такая относительно высокая погрешность предположительно связана с тем, что все номинальные значения емкости разделительных конденсаторов выбирались в сторону увеличения по сравнению с расчетными значениями.

Заключение

В курсовой работе проведен графо- аналитический расчет двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности на биполярных комплементарных транзисторах .

Проведенная проверка результатов расчета показала, что результаты с достаточной для инженерных расчетов точностью могут быть применены на практике.

Основные трудности связаны с отсутствием в библиотеках программ многих компоненентов, а также исходная графическая информация для вольт-ампеоных характеристик многих транзисторов и диодов.

Представленные в интернете примеры аналогичных расчетов не совсем корректны и не проверяются методами моделирования. Например, ограничение выходного напряжения при больших сигналах практически не встречается в различных примерах расчета.

Список литературы

1. Малахов, В.П. Схемотехника аналоговых устройств / В.П. Малахов. - Одесса: АстроПринт, 2000.- 212 с.

2. Чижма, С.Н. Основы схемотехники: Учебное пособие для вузов / С.Н. Чижма. - Омск: Апельсин, 2008. - 424 с.

3. Горбоконенко, А.Д. Пректирование аналоговых электронных устройств: учебное пособие / А.Д. Горбоконенко. - Ульяновск: УлГТУ, 1995. - 136 с.

4. Павлов, В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.Н. Павлов. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 288 с.

5. Шульгин, О.А. Справочник по полупроводниковым приборам Version 1.02 /О.А.Шульгин, И.Б.Шульгина, А.Б.Воробьев. - Электрон. дан. - Режим доступа : http // www. Old-DOS.ru>files/file_1538.html

6. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: справочник / под Ред. Б.Л.Перельмана. - М.:Радио и связь, 1981. - 98 с.

7. Бойко, В.И. Схемотехника электронных систем / В.И. Бойко и др. - СП-б: БХВ - Петербург, 2004. - 496 с.

Размещено на Allbest.ru

...