Курсовая Расчет усилителя мощности
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
от 25%
договор
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации ГОУВПО «Сибирский государственный технологический университет» Кафедра электротехники Курсовая работа Проектирование усилительного устройства Пояснительная записка (ЭТ. 000000. 222. ПЗ) Руководитель: Меньшиков В.В. ______________ (подпись) ______________ (оценка, дата) Разработала: студентка гр. 23-6 Смирнова Д.А. ______________ (подпись) ______________ ( дата) |
Содержание Задание на курсовую работу………………………………………………………….……..3 Реферат………………………………………………………………......................................4 Введение………………………………………………………………………………………6 1.Проектирование усилительного устройства………………………...................................7 1.2.Определение основных параметров усилителя……………………………………….7 1.3.Выбор схемы входного каскада………………………………………………………..8 1.4.Выбор и расчет усилителя напряжения………………………………………………..9 1.5.Выбор и расчет активного фильтра…………………………………………………….9 1.6.Выбор схемы и расчет усилителя мощности………………………………………….13 2.Проектирование источника питания……………………………………………………...16 2.1.Обоснование выбора схемы блока питания…………………………………………...16 2.2.Структурная схема блока питания……………………………………………………..17 2.3.Расчет и выбор стабилизатора………………………………………………………….17 2.4.Расчет выпрямителя с фильтром……………………………………………………….18 2.5.Расчет силового трансформатора………………………………………………………23 3.Разработка цифрового узла………….……………………………………………………..29 3.1.Выбор схемы прибора…………………………………………………………………..29 3.2.Принципиальная схема………………………………………………………………….30 3.3.Технические характеристики……………………………………………………………32 3.4.Программная часть……………………………………………………………………….32 3.5.Настройка частотометра…………………………………………………………………33 Заключение…………………………………………………………………………………….34 Библиографический список…………………………………………………………………..35 | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | ||||||||||||
| | | | | |||||||||||||
Изм. | Лист | № докум | Подп. | Дата | |||||||||||||
Разраб. | Смирнова | | | Проектирование усилительного устройства | Лит | Лист | Листов | ||||||||||
Пров. | Меньшиков | | | | 2 | 5 | |||||||||||
| | | | СибГТУ группа 23-6 | |||||||||||||
Н. конт | | | | ||||||||||||||
Утв. | | | | ||||||||||||||
Задание Студентке группы 23-6 Смирновой Дарье Андреевне на курсовую работу (КР) по дисциплине “Промышленная электроника” Тема курсовой работы: Проектирование усилительного устройства Курсовая работа включает в себя три части: 1. Проектирование усилительной части устройства с активным фильтром и усилителем мощности. 2. Разработка цифрового узла, функционально связанного с усилительной частью. 3. Выбор и расчет блока питания всей схемы. Руководитель: Меньшиков В.В. ______________ (подпись) ______________ (оценка, дата) Разработал: студентка гр. 23-6 Смирнова Д.А. ______________ (подпись) ______________ ( дата) | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 3 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
Реферат В данной курсовой работе рассмотрено проектирование усилительного устройства. Произведено проектирование усилительного устройства и источника питания. Пояснительная записка содержит 35 страниц текста, 14 рисунков, 5 использованных источника. | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 4 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
Исходные данные Усилительная часть Вариант №42: Eг=0,03 В Rг=0,1 кОм Rн=8 Ом Pн =0,8 Вт Тип фильтра - ФНЧ Тип аппроксимации фильтра - Бесселя Порядок фильтра-4 fс=120 Гц Руководитель: __________________ (подпись) Задание принял к исполнению: _______________________________ (подпись) | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 5 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
Введение Курсовая работа по электронике выполняется по разделу курса “Промышленная электроника”. Она включает в себя разработку и расчёт законченного промышленного электронного устройства с целью закрепления теоретических знаний по ряду разделов курса электроники. Назначение усилительного устройства и его структура определены техническим заданием. Задача выбрать оптимальный вариант реализации заданной структуры и рассчитать его элементы. Структура и характеристики блока питания определяют после разработки усилительной и цифровой частей устройства. Методика выполнения курсового проекта должна отражать тот путь, которым практически используются все разработчики электронных схем. Во-первых. Получив задание, надо попытаться подобрать готовую схему, предназначенную для решения аналогичных задач. Во-вторых, если готовое решение найти невозможно, а это часто случается, так как задачи. Встающие перед разработчиками электронных устройств, весьма разнообразны, то необходима, моделировать существующие технические решения. В-третьих, даже если схема определена. Надо уметь рассчитывать её параметры, совершенно чётко представлять себе её работу. Необходима отметить, что из-за большого технологического разброса параметров у компонентов электронных устройств, в особенности полупроводниковых элементов, конденсаторов большой ёмкости, точность расчётов в электроники не велика. | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 6 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
1. Проектирование усилительного устройства 1.1 Структурная схема усилителя Исходными данными для разработки усилителя являются: ЭДС источника сигнала - ; его внутреннее сопротивление - ; сопротивление нагрузки усилителя - ; мощность в нагрузки - ; наличие в составе усилительного устройства фильтра заданного порядка и аппроксимации с требуемыми частотными характеристиками. Входной каскад (ВК) предназначен для согласования источника сигнала с усилительным устройством. Усилитель напряжения (УН) усиливает входной сигнал до необходимого уровня. Активный фильтр формирует заданную частотную характеристику устройства. Усилитель мощности служит для создания в нагрузке требуемой мощности усиливаемого сигнала. Рисунок 1.1 – Структурная схема усилительного устройства 1.2 Определение основных параметров усилителя Входное сопротивление усилителя выбирают так, чтобы . Практически : =0,1*100=1 кОм. | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 7 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
Действующее значение напряжения: . Общий коэффициент усиления: >20, следовательно, усилитель напряжения из схемы исключить нельзя. 1.3 Выбор схемы входного каскада Для выбора схемы ВК необходимо учитывать два основных фактора: требуемое входное сопротивление и частотную характеристику всего усилителя, которая зависит от фильтра. Если задан фильтр низких частот, усилительное устройство должно представлять собой усилитель постоянного тока и не содержать разделяющих конденсаторов. В этом случае ВК выполняется только на операционном усилителе. При возможно использование инвертирующего усилителя. Так как , => выбираем инвертирующий операционный усилитель (ОУ). Рисунок 1.2 – Инвертирующий усилитель напряжения на ОУ. | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 8 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
1.4 Выбор и расчёт усилителя напряжения Каскад УН строим на базе инвертирующего усилителя. Коэффициент усиления, которого: , где Ки – коэффициент усиления УН Входное сопротивление каскада: R вх = R 1 (причем в R 1 входит также сопротивление источника сигнала). кОм R 2=5*1=5 кОм Для уменьшения температуры дрейфа каскадную величину резистора R 3 выбираем равной: R 3 =( R 1 · R 2 )/( R 1 + R 2 ); R 3 =0,82 кОм 1.5 Выбор и расчёт активного фильтра. Фильтр – это электрические устройства, предназначенные для передачи сигналов в определенной области частот. В зависимости от рабочей полосы частот фильтры разделяют на: -фильтры низких частот (ФНЧ). -фильтры верхних частот (ФВЧ) -пропускающие полосовые фильтры (ППФ). -заграждающие полосовые фильтры (режекторные). Пропускающие полосовые фильтры – пропускают все сигналы, с частотами от f н до f в , здесь Δf= f в - f н -полоса пропускания. | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 9 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
Фильтр Бесселя – применяется для передачи импульсных сигналов Рисунок 1.3 – Фильтр Бесселя Рассчитаем значения схемы Саллен-Кея по следующим формулам: | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 11 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
ФН Ч 4 порядка 1 звено: ; . 1 звено: А = 4 Рассчитаем значения для 2-ого последовательно соединённого звена. Расчет проводится по тем же формулам. Коэффициенты b и c берём из таблицы 1, А = 4. ; . | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 12 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
1.6 Выбор схемы и расчёт усилителя мощности. Рисунок 1.5 – Усилитель мощности с ОУ Pн=0,8 Вт Rн=8 Ом Расчетная мощность больше номинальной на величину потерь в эмиттерных резисторах Напряжение источника питания | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 13 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
Где для кремниевых транзисторов Амплитуда тока коллектора транзисторов оконечного каскада Среднее значение тока, потребляемого от источника питания: Мощность, рассеиваемая на коллекторе выходного транзистора: Выбор оконечных транзисторов проводим с учетом условий: Возьмём пару транзисторов серии КТ502 , КТ503; | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 14 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
Характеристики транзисторов серии КТ502 , КТ503 Ток базы равен: Ток делителя равен: Сопротивление делителя: Сопротивление эмиттера: Ток нагрузки: А По току нагрузки выбираем операционный усилитель: К140УД6: 1) ±UП = 5-20 В; 2) ±UВЫХ = 12 В; 3) RH = 1 кОм; 4) К = 60 тыс.; 5) КОСС = 70 дБ; 6) IП = 3 мА; Рисунок 1.6 – Операционный усилитель К140УД6 Вывод: в результате расчёта мы определили основные параметры усилительной части устройства: . . Подобрали транзисторы, диоды смещения, ОУ и рассчитали сопротивления. | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 15 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
2. Проектирование источника питания 2.1 Обоснование выбора схемы блока питания Источник питания состоит из силового трансформатора, выпрямителей, сглаживающих фильтров, и во многих случаях стабилизатора напряжения или тока. Расчёт и проектирование источника питания ведут, начиная с конечного элемента-стабилизатора или выпрямителя с фильтром, а затем рассчитываем трансформатор. Расчёт и проектирование источника питания для разрабатываемого узла следует начинать с определения основных напряжений и соответствующих токов, которые должен вырабатывать блок. Эти данные из предыдущих разделов курсовой работы. Токи, потребляемые операционным усилителем, берут из справочника. Ток, потребляемый усилителем мощности, берут из расчёта усилителя мощности. При этом необходимо определить, какие напряжений должны стабилизироваться. Обычно стабилизируют питание транзисторных усилительных каскадов, собранных на дискретных элементах. Т.к. они температурой нестабильности. Для питания же операционного усилителя достаточно использовать простые параметрические стабилизаторы. Но при этом нагружать их более чем тремя операционными усилителями, без развязывающих фильтров нельзя, т.к. может возникнуть самовозбуждение схемы. Выходные каскады усилите мощности, собраны по двухконтактной схеме, могут питаться нестабилизированным напряжением. В современных блоках питания широко применяются стабилизаторы напряжения на интегральных микросхемах, обеспечивающие большие рабочие токи и высокий коэффициент стабилизации при минимуме дополнительных навесных элементов. Поэтому в курсовой работе желательно использовать | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 16 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||
интегральные стабилизаторы. 2.2 Структурная схема блока питания Рисунок 2.1 – Схема принципиального цифрового частотомера с ЖК 2.3 Расчёт и выбор стабилизатора Исходные данные для расчета стабилизатора напряжения: номинальное выходное напряжение - ; ток нагрузки - ; относительное отклонение напряжения сети в сторону понижения ; где U1 -напряжение сети, обычно принимают равным (0.1) Поэтому . Исходя из Uвых и Iвых выбираем стабилизатор: Выбираем для операционного усилителя стабилизатор К142ЕH1с параметрами: | |||||||||||||||||
| | | | | ЭТ. 000000. 222. ПЗ | Лист | |||||||||||
| | | | | 17 | ||||||||||||
Изм. | Лист | № документа | Подпись | Дата | |||||||||||||