Розрахунок опор для підсилюючого каскаду

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство науки та освіти України

Донбаська державна машинобудівна академія

Кафедра : ЕСА

Контрольна робота

Перевірив: Березніченко З.О.

Виконав: Беш А.М.

Краматорськ 2010 р.



Лист завдання

Завдання №1. Розрахунок каскаду попереднього підсилення на біполярному транзисторі

Вихідні дані:

Виконаємо розрахунок каскаду, принципова електрична схема якого наведена на Рис.1, за такими вихідними даними:

1. напруга на виході каскаду U_вих.=4 В;

2. опір навантаження R_н=330 Ом;

3. напруга джерела живлення Е_к=16 В;

4. нижня межа частот f_н=100 Гц;

5. допустиме значення коефіцієнту викривлень в області нижчих частот М_н=2

Необхідно визначити:

1. тип транзистора;

2. режими роботи транзистора;

3. опори резисторів дільника R₁, R₂;

4. опір резистора колекторного навантаження R₃;

5. опір резистора в ланцюгу емітера R₄;

6. ємність розділяючого конденсатора С₂;

7. ємність конденсатора в ланцюгу емітера С₃;

гарантовані значення коефіцієнтів підсилення каскаду за струмом К_I, напругою К_U та потужністю К_Р

Завдання №2. Розрахунок та аналіз роботи підсилювальних каскадів на операційних підсилювачах.

Для інвертуючого суматора або підсилювача на ОУ

Вихідні дані:

R₃=75кОм; R₄=6.2кОм; I₄=1 мА; K_u33 =-50;

Необхідно визначити:

1. опір резистора R₁;

2. величини струмів I₁, I₅;

3. правильність простановки струмів на розрахунковій схемі;

4. тип та потужність резисторів каскаду підсилення.

Завдання №3 Розрахунок та аналіз роботи підсилювальних каскадів на операційних підсилювачах.

Для неінвертуючого підсилювача на ОУ

Вихідні дані:

R2=3кОм; U₂=0.9В; U₃=5.1В; I₃=1 мА;

Необхідно визначити:

1. опір резистора R_1, R₃;

2. величини струмів I₁, I₂;

3. величини напруг U₁;

4. коефіцієнт підсилення K_UЗЗ;

Завдання №4 Схемотехніка підсилювачів потужностей звукових частот.

Р_ном =2Вт; R_н=6 Ом.



Завдання 1. Розрахунок каскаду попереднього підсилення на біполярному транзисторі

Вихідні дані

Виконаємо розрахунок каскаду, принципова електрична схема якого наведена на Рис.1, за такими вихідними даними:

напруга на виході каскаду U_вих.=4 В;

опір навантаження R_н=330 Ом;

напруга джерела живлення Е_к=16 В;

нижня межа частот f_н=100 Гц;

допустиме значення коефіцієнту викривлень в області нижчих частот М_н=2

Необхідно визначити:

тип транзистора;

режими роботи транзистора;

опори резисторів дільника R₁, R₂;

опір резистора колекторного навантаження R₃;

опір резистора в ланцюгу емітера R₄;

ємність розділяючого конденсатора С₂;

ємність конденсатора в ланцюгу емітера С₃;

гарантовані значення коефіцієнтів підсилення каскаду за струмом К_I, напругою К_U та потужністю К_Р.



Рис.1.Електрична принципова схема каскаду.

Допустима напруга між колектором та емітером повинна перевищувати напругу джерела живлення, тому U_{K max}>16 B;

Величина допустимого струму колектора повинна перевищувати максимальне значення струму у колекторному колі транзистора, тому

I_{K max}>I_0K + I_Km, де

I_0K - струм спокою у колі колектора

I_Km - амплітуда змінної складової струму у колі колектора

I_Km=U_вих./R_не,

R_не =(Ом)

еквівалентний опір навантаження каскаду за змінним струмом. При цьому R₃ є навантаження за постійним струмом. А так як даний каскад є підсилювачем потужності, для забезпечення максимальної передачі потужності задаємо R₃=330 Ом.



I_Km=U_вых/R_e=4_./165=0,02424 (А)=24.24 (мА)

Для забезпечення економічності каскаду за мінімальних нелінійних викривлень оберемо I_0K=1,1 I_Km=1,1*24,24=26,66 (мА)

Отримаємо: I_{K max}>26,66 +24,24=50,9 (мА)

Оберемо транзистор що відповідає U_Kmax>16 В; I_Kmax>50,9 мА.

Назва	Структура	PK max	h21E ()	Iк макс.А	fh21E
2N2222A	N-P-N	0.4Вт	50-110	0.8	250МГц
Макс. напр. к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э.(Uкбо макс),В	60
Макс. напр. к-э при заданном токе к и разомкнутой цепи б.(Uкэо макс),В	40

Знаходимо напругу між колектором та емітером транзистора у режимі спокою

U_0K=U_вих+U_ост, де

U_ост - напруга між колектором та емітером, нижче якої при роботі каскаду виникають значні нелінійні викривлення через те, що у робочу зону потрапляють ділянки характеристик транзистора зі значною кривизною. Для середньопотужних транзисторів як правило задаються U_ост=1 В. Тоді

U_0K=4+1=5 (В)

Знайдемо потужність, що виділяється на колекторі транзистора. При цьому умовою правильного вибору транзистора є нерівність P_K<P_{K max}

P_K=I_0K*U_0K=26,66*5=133,3 (мВт) < 400(мВт)

тобто вибраний тип транзистора відповідає вимогам потужності.

Знайдемо потужність, що розсіюється в резисторі

біполярний транзистор схемотехніка підсилювач



P_R3=I_0K²*R₃=(Вт)

Обираємо резистор типу С2-29в 0.25 330 Ом

Знаходимо опір резистора R₄ у ланцюгу термостабілізації

(Ом)

При цьому необхідне виконання співвідношення: R₄/R₃=(0,1…0,4), що забезпечує незначне зниження динамічного діапазону каскаду і падіння напруги на R₄ , яке перевищує значення контактного потенціалу p-n переходу транзистора (для забезпечення умов температурної стабілізації режиму спокою каскаду). Отже:

, що відповідає необхідній умові

Знайдемо потужність, що розсіюється в резисторі R₄

P_R4=I_0K²*R₄=(Вт)

Вибираємо резистор С2-23 имп. 0.25 Вт, 91 Ом

Знаходимо ємність конденсатора С₃ , що шунтує R₄ за умови, що його опір на частоті f_н повинен бути у 10 разів меншим за опір резистора R₄

(мкФ)

Робоча напруга на конденсаторі U_C3=I_0K*R₄=(В)

Виберемо конденсатор К50-35 имп. 100 мкФ х 6,3 В 105°C та номінальною напругою 6,3 В.

Знаходимо величину струму спокою бази транзистора

I_0Б=I_0K/h_21Emin=26,66/50=0,533 (мА).

Оскільки у відкритому стані транзистора напруга між його базою та емітером становить близько 0,6 В, тому напруга спокою бази U_0Б =0,6 В і можна знайти орієнтовне значення вхідного опору транзистора

R_вх= U_0Б/ I_0Б=0,6/(Ом)

Знаходимо величини опорів резисторів дільника R₁, R₂

Дільник підімкнено до напруги 16 В, отже величина струму в дільнику I_Д=5I_0Б==2,665 (мА), що забезпечує незалежність задання режиму спокою транзистора при зміні його параметрів під впливом температури, при заміні та ін. Падіння напруги на резисторі R₄ складає

U_R4=( I_0K+ I_0Б) U_R4=(В)

(Ом)

(Ом)

Вибираємо: R₁= С2-23 имп. 0.25 Вт, 1%, 4.3 кОм;

R₂= С2-23 имп. 0.25 Вт, 1%, 1.1 кОм;

Знаходимо потужність, що виділяється в резисторах R₁ та R₂

P_R1=(I_0Б+І_Д)²*R₁=(Вт)

P_R2=І_Д²*R₂=(Вт)



Знаходимо ємність конденсатора С₂ за умови забезпечення допустимого значення коефіцієнта частотних викривлень М_н=2

(мкФ)

Обираємо робочу напругу рівною U_C2=1,5E_K=1,5*16=24 (В)

Обираємо конденсатор К50-35 имп. 2.2 мкФ х 25В 105°C

Знаходимо амплітудні значення струму й напруги на вході каскаду:

(мА)

(В)

Необхідна потужність вхідного сигналу

P_вх=(Вт)

Знаходимо розрахункові коефіцієнти підсилення каскаду за струмом, напругою та потужністю:

(дБ)



Електричну принципову схему розрахованого каскаду наведено на Рис.2

Рис.1.1. Каскад підсилення. Схема електрична принципова

Рис.1.2. Змодельована схема пидсилювального каскаду.



Рис.1.3. Осцилограмма підсилювача.

Завдання 2. Розрахунок та аналіз роботи підсилювальних каскадів на операційних підсилювачах

Для інвертуючого суматора або підсилювача на ОУ

Вихідні дані:

R₃=75кОм; R₄=6.2кОм; I₄=1 мА; K_u33 =-50;

Необхідно визначити:

1. опір резистора R₁;

2. величини струмів I₁, I₃;

3. правильність постановки струмів на розрахунковій схемі;

4. тип та потужність резисторів каскаду підсилення.



Рис.2 - Розрахункова схема інвертуючого підсилювача.

Коефіцієнт підсилення визначається як:

K_UЗЗ==-.

Тоді R₁=- R₃/ K_UЗЗ=-75 000/(-50)=1500 Ом;

Струм I₄= з чого випливає що U₃=I₄R₄=0.001*6 200=6.2 В;

Знаючи U₃ можемо визначити U₁, як

U₁= U₃/ K_UЗЗ=6.2/(-50)= -1.124 В;

Спираючись на закон Ома визначаємо струми I₁, як

I₁= U₁/ R₁=-1.124/1500=-0.74 мА;



За першим закону Кірхгофа можемо записати: I₃= I₁=0,74 мА, и напрям його також вказано звернено.

Рис.2.1 - Інвертуючий підсилювач на ОУ. Схема електрична

Потужність розсіювана на резисторах підсилювача:

P_R1=1.5•10³•(0,74 •10^-3)²=1.11•10^-3 Вт.

P_R3=75•10³•(0,74 •10^-3)²=55•10^-3 Вт.

P_R4=6.2•10³•(1•10^-3)²=6.2•10^-3 Вт.

За довідником обираємо резисторі типа С2-33 потужністью 0,125 Вт.

Завдання 3. Розрахунок та аналіз роботи підсилювальних каскадів на операційних підсилювачах

Для не інвертуючого підсилювача на ОУ

Вихідні дані:

R₂=3кОм; I₃=1 мА; U₂=0.9В; U₃=5.1В;

Необхідно визначити:

1. опір резистора R₁ ,R₃;

2. величини струмів I₂, I₁;

3 тип та потужність резисторів каскаду підсилення.

4. напругу U₁;

5. коефіцієнт підсилення K_UЗЗ;

Рис.3 - Неінвертуючий підсилювач.

Коефіцієнт підсилення визначається як:

K_UЗЗ=1+.

і+=і-=0 відповідно і₁=і₂=і , тоді

і₁=і₂==;

|U₁|=|U₂|=0,9В;

З цього випливає що R₁=2700/4.2=642,85 Ом.

Спираючись на закон Ома R₃=5.1/0.001=5100 Ом.

Підставляючи значення опорів до формули коефіцієнту підсилення .

K_UЗЗ=1+;

Завдання 4. Схемотехніка підсилювачів потужностей звукових частот

За довідником обираємо ІМС, яка близька по параметрам до даних.

TDA7231 - яка має наступні електричні параметри:

Р_ном=1.8Вт, Uпит=12 В, R_н=6 Ом.

Рис.3 - УНЧ на ІМС. Схема електрична принципова



Висновки

В результаті виконання роботи були розраховані опори для підсилюючого каскаду .

Були здобуті навички розрахунків невідомих значень компонентів інвертуючего та не інвертуючего підсилювача за заданими даними.



Список джерел

1. Методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине “Электроника и микросхемотехника” для студентов специальности “Электромеханические системы автоматизации" / Сост. А.Н. Беш. - Краматорск: ДГМА, 2007. - 1-14 с.

2. www.chipdip.ru/catalog

3. http://kazus.ru/

Размещено на Allbest.ru