WWW.EL.Z-PDF.RU
БИБЛИОТЕКА  БЕСПЛАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ - Онлайн документы
 


«Курсовой проект по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника» Выполнил: Проверил: Степаненко Н.В. Дата _2017 г Подпись ...»

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В. И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ)

Факультет информационно-измерительных и биотехнических систем

Кафедра электроакустики и ультразвуковой техники

Курсовой проект

по дисциплине

«Электроника и микропроцессорная техника»

Выполнил:

Проверил: Степаненко Н.В.

Дата "_____"______________________2017 г

Подпись

Санкт-Петербург, 2017

Оглавление

TOC \o "1-3" \h \z \u Задание на курсовой проект PAGEREF _Toc483146106 \h 3Теоретическая часть PAGEREF _Toc483146107 \h 4Составление структурной схемы 12Выбор операционного усилителя13 Расчет

Симуляция и результаты работы схемы в NIMultisim 1315 Вывод…………………….………………………………………………………………………………………………………………….….. PAGEREF _Toc483146112 \h 17 Список литературы…………………………………………………………………………………………………………...….18

Задание на курсовой проектРазработать усилитель мощности. Задание №7.1.

Таблица 1. Задание

Исходные данные для расчета Вариант

1

Выходная мощность, Вт 200

Сопротивление нагрузки, Ом 20

Амплитуда входного сигнала, В 1

Диапазон частот усиления, кГц 1-200

КПД не менее, % 50

Теоретическая часть

Усилители мощности (здесь и далее УМ) - это устройства, позволяющие повышать мощность полученных с звуковоспроизводящей аппаратуры сигналов, без искажений.

Физический смысл работы усилителей мощности, заключается в увеличении интенсивности электрических колебаний, без изменения их формы, то есть с сохранением того же частотного спектра и фазовых отношений. Усилители сегодня бывают ламповые, транзисторные и гибридные. Ламповые появились очень давно и стали широко использоваться еще в середине прошлого века, сейчас они встречаются все реже.

Классификация УМ :

По типу : а) на полевых транзисторах;

б) на биполярных транзисторах;

в) на электронных лампах.

По классу : а) в классе А;

б) в классе В;

в) в классе АВ.

По способу подключения нагрузки к выходу каскада:

а) трансформаторные (с трансформаторным выходом);

б) бестрансформаторные (с непосредственной связью).

По схеме включения: а) ОЭ (ОИ);

б) ОБ;

в) ОК (ОС).

По количество УМ, работающих за период усиления входного сигнала:

а) однотактные (один УМ работает в течение периода);

б) двухтактные (два УМ работают поочередно).

Подробнее про классы УМ

Таблица 2. Сравнительная таблица усилителей разных классов

Характеристики А В АВ

Теоретический КПД 50% 78% Зависит от режима

Реальный КПД 15-30% 50-60% 40-50%

Нелинейные искажения Малые Высокие Средние

Потребляемая мощность Постоянная Зависит от выходной Зависит от выходной

Термостабильность Низкая Высокая Средняя

1) А

Рисунок 1. Структурная схема класса А

Этот режим применяется при довольно большом напряжении смещения , таком, что

где I0 – ток покоя каскада. Таким образом, оба транзистора находятся в активной зоне и по мере спада коллекторного тока одного транзистора, увеличивается ток другого.

В результате получается практически идеальная линейность каскада и полное отсутствие нелинейных искажений. Но, во-первых, мощность, потребляемая от источника питания, равна удвоенной мощности выходного сигнала и является величиной постоянной, не зависящей от входного сигнала. То есть, если усилитель развивает максимальную выходную мощность 100 ватт, то потребляемая от источника питания мощность составит 200 ватт. Выходные транзисторы склоны греться. То есть, рассеивают некоторую мощность. В случае режима А, рассеиваемая мощность для одного транзистора равна следующему:

где a – размах напряжения на выходе.

Еще одна особенность класса А – мощность рассеяния транзисторов тем больше, чем меньше входной сигнал, так как в отсутствие входного сигнала мощность рассеяния транзистора равна максимальной выходной мощности усилителя. Еще один немаловажный параметр усилителя – КПД.

КПД рассчитается :

гда a, как и в прошлой формуле – размах выходного напряжения. Таким образом, КПД не постоянен и увеличивается по мере нарастания входного сигнала, а значит и выходной мощности и максимально достигает значения 50%.

Итак, плюсы класса А: отличная линейность и отсутствие искажений – форма сигнала на выходе остается такой же, какой она была на входе. Минусы : высокая потребляемая мощность и чрезвычайно низкий КПД усилителя.

Применяется только в очень качественных стемах класса Hi - End,

2) В

Рисунок 2. Структурная схема класса В

Особенность этого режима заключается в том, что при отсутствии входного сигнала оба транзистора закрыты, и каскад не потребляет от источника питание – I0 =0. При наличии входного сигнала транзисторы работаю поочередно – для положительных полуволн работает транзистор Т1, а для отрицательных Т2.

а – так называемый, коэффициент использования (отношение выходного напряжения в данный момент к максимальному выходному напряжению)

Выходная мощность рассчитывается по формуле:

Мощность рассеяния рабочего транзистора:

Потребляемая мощность:

Потребляемая мощность возрастает по мере роста входного сигнала и соответственно, выходной мощности. Максимальная потребляемая мощность при а=1 достигает

КПД также прирастает с ростом уровня сигнала и достигает 78,5%.

Искажения:

Рисунок 3. Искажения класса В

В классе В – переходные искажения 1-го рода .

3) АВ

Рисунок 4. Структурная схема класса АВ

Схема построения выходного каскада получается путем скрещивания А и класса В. От первого берется ненулевой ток покоя I0>0. Таким образом, напряжение смещения на базах транзисторов присутствует. Рассчитается :left0

RL - сопротивление нагрузки, I0 - требуемый ток покоя.

От класса В берется все остальное - поскольку ток покоя по сравнению с выходным током очень мал (I0<<0,1ILmax), то выходная, потребляемая, рассеиваемая мощности будут практически равны мощностям класса В и считаются по тем же формулам

Рисунок 5. Искажения класса АВ

При использование класса АВ существенного снижаются нелинейные искажения при сохранении высокой мощностях и КПД. Большинство современных бытовых усилителей работают в этом классе.

Усилитель мощности обычно состоит из нескольких каскадов: входного, предоконечного и оконечного. Технические параметры усилителя во многом определяются оконечным каскадом, так как он является основным потребителем энергии источника питания. Оконечный каскад обычно реализуют по двухтактной схеме, при этом для сильных управляющих сигналов имеет место режим В, а для слабых– режим А, что позволяет уменьшить нелинейные искажения слабых сигналов. Выходной каскад служит для усиления мощности и его коэффициент усиления по напряжению близок к 1. входной и предоконечный каскады работают в режиме большого усиления по току или напряжению.

Конструкция схемы входного каскада зависит от требуемого усиления и коэффициента нелинейных искажений. При большой требуемой выходной мощности транзисторы оконечного каскада заменяются на составные. Предоконечный каскад обычно остаётся неизменным.

В качестве предоконечных каскадов широко используются операционные усилители в интегральном исполнении. Возбуждающий сигнал на выходной каскад поступает с выхода операционного усилителя. Весь усилитель охвачен отрицательной обратной связью, благодаря которой схема настолько линейна, что не требует дополнительных цепей смещения для транзисторов оконечного каскада. Так как коэффициент усиления по напряжению оконечного каскада по схеме ОК составляет примерно единицу.

Когда на входе выходного каскада появляется переменный сигнал, при положительной полуволне открывается транзистор типа n-p-n, пропуская в нагрузку ток, а состояние транзистора типа p-n-p не изменяется. При поступлении на вход отрицательной полуволны сигнала, наоборот, работает транзистор типа p-n-p. Таким образом, в нагрузке проходит переменный ток в течение одного периода. Постоянный ток в случае, если транзисторы имеют идентичные параметры и сигналы одинаковы по амплитуде, через нагрузку Rн не проходит. Поскольку оба транзистора в схеме включены по отношению к нагрузке как эмиттерные повторители, согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки (обычно низкоомной) обычно упрощается и КПД схемы может оказаться достаточно высоким. Транзисторы включены по схеме ОК. Это обеспечивает небольшое выходное сопротивление Rвых, что облегчает согласование усилителя с низкоомным нагрузочным резистором, характерным для УМ. Входное сопротивление усилителя повышено, что упрощает согласование с маломощным высокоомным источником входного сигнала. Поскольку выходное напряжение каскада ОК почти равно входному, усиление мощности в таком усилителе достигается за счёт усиления тока.

Для симметрии плеч усилительного каскада разнотипные транзисторы должны иметь строго одинаковые параметры. Поэтому следует пользоваться одной парой транзисторов, имеющих одинаковые параметры и называемых комплементарными.

Комплементарная пара — пара транзисторов, сходных (или приблизительно сходных) по абсолютным значениям параметров, но имеющих разные типы проводимостей. Чаще всего комплементарные пары применяются в усилительных каскадах различного назначения для усиления противоположных полупериодов напряжения, а также в различных схемах составных транзисторов. В некоторых источниках комплементарной парой называются транзисторы, у которых совпадает только коэффициент усиления по току, что не совсем верно - в некоторых схемах подобный дисбаланс может привести к некорректной работе или даже выходу из строя всей пары.

Усилитель мощности находится в абсолютно любом приборе или устройстве, которые воспроизводит звуковые сигналы самого широкого спектра частот. Так как первичный сигнал, который считывается, изначально обычно имеет довольно-таки незначительную мощность, для передачи его на другие устройства и нужно использовать усилители. Такие приборы можно найти в любом мобильном телефоне, магнитофоне, в компьютерах и ноутбуках и даже в детских игрушках, которые могут говорить (у которых есть динамики). В таких бытовых приборах используют и бытовые усилители. Назначение таких приспособлений – усиление электрического сигнала до значений звукового диапазона, которые способен воспринять человеческий слух среднестатистического обывателя ( обычно это от 15 до 22 килогерц).

Составление структурной схемы Структурная схема УМ представлена на рисунке 1.

Рисунок 6. Структурная схема УМ.

Выбор операционного усилителяГлавным приоритетом в выборе операционного усилителя являются его тип и подходящие для данного задания параметры усиления по мощности, току и напряжению соответственно. Для данного задания был выбран усилитель Apex PA85 т.к. он обладает подходящими свойствами. Схема самого усилителя приведена на рисунке 2, а его datasheet ниже.

Рисунок 7. Структурная схема усилителя Apex PA85

Datasheet(основные характеристики) ОУ Apex PA85:

Таблица 2. Основные характеристики ОУ Apex PA85

Максимальное напряжение 450V(±225V)

Максимальная скорость нарастания выходного напряжения(slewrate) 1000V/s

Максимальный выходной ток 200мА

Максимальная пропускная способность

300КГц

Datasheet(основные характеристики) транзисторов MJ21194 и MJ21193:

Таблица 3. Основные характеристики транзисторов

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер 250В

Максимальное напряжение коллектор-база 400В

Максимальный ток коллектора 16А

Транзисторы MJ21193 (pnp) MJ21194 (npn) были выбраны т.к. они удовлетворяли параметрам:

(Ft) f>200KГц

(Uce )U0 >90V

I0 >4.5A

Резисторы :R1 R2 RH были рассчитаны и выбраны из ряда Е24

Расчёт

Мощность является заданным параметром по заданию: Pн=200Вт.

P=UI=U2/R

Отсюда можем найтиUн:Uн=(2*Pн/R)= 800090В

Iн=Uн/ Rн90/20=4.5А

(Uн и Iн амплитудные значения напряжения и тока.)

Рассчитаем отношение резисторов для создания требуемого коэффициента усиления по напряжению:

KU=Uвых/Uвх=-R2/R1

KU90 R2=90R1

На выходе данного операционного усилителя ток по амплитуде будет равен 0.2А. Для усиления по току используем пару комплементарных транзисторов, включенных по схеме с общим коллектором. Коэффициент усиления по напряжению для такого включения близок к 1, а коэффициент усиления по току KI=.

=Iн/IoutU1=4.5/0.2=22.5.

Симуляция и результаты работы схемы в NI Multisim 13

Структурная схема собрана в Multisim 13 и представлена на рисунке 3.

Рисунок 8. Схема УМ в Multisim

Для сравнения с заданием полученных знаечний тока и напряжения установим пробники на входе и на выходе в схеме (probe1; probe2).

P=UI=63.9 *3.19=200 Вт

Покажем правильность расчетов и самой схемы:

P=U2R U= PR = 200*20=63.25 В

Рисунок 9. Показания вольтметра на нагрузке

При помощи инструментов Multisim 12 определим мощность источников питания.

|Ри|=300 Вт

Вычислим КПД

=Рн/Ри=200/300=0.67

=67%

Снятые мерки с помощью осциллографа представлены на рисунке 8.

Рисунок 10. Результаты измерения осциллографа

ВыводВ ходе выполнения данной курсовой работы была разработана схема усилителя мощности (УМ) на базе операционного усилителя и транзисторного каскада. ОУ PA85 был выбран так как, его параметры (его datasheet) удовлетворяют и рассчитанному коэффициенту усиления и диапазону усиливаемых частот, которые указаны в задание. Такой усилитель используется в технике, работающей на высоких частотах. Коэффициент усиления по напряжения начинает значительно уменьшаться только на частотах приближающихся к 1МГц. (частота среза 960 кГц).

Для оптимизации разработанного усилителя мощности предложил бы только заменить операционный усилитель, на другой, с меньшим диапазоном частот усиления, так как в техническом задании указанно до 200 кГц, что значительно уменьшит затраты на создание схемы.

Транзисторы были выбраны исходя из их характеристик и являются комплементарной парой.

Важнейшая цель операционных усилителей – усиление сигнала на выходе, при этом не искажая форму сигнала. Как показано на осциллограмме, выходной сигнал увеличился по амплитуде, но его форма его не искажена, следовательно схема собрана корректно.

В результате симуляции собранной схемы мы получили заданные техническим заданием параметры: входная амплитуда сигнала 1В. Мощность на нагрузке равна 200 Вт.

КПД разработанного УМ составил 67%, что соответствует заданию (от 50% и выше). В целом, разработанный УМ соответствует заявленному заданию с некоторой погрешностью.

Список литературы

Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехныики. Авторы: Пауль Хоровиц (PaulHorowitz), Уинфилд Хилл (WinfieldHill). Перевод с английского Б.Н. Бронина, А.И. Коротова, М.Н. Микшиса, Л.В. Поспелова, О.А. Соболевой, Ю.В. Чечеткина. Научное издание. Москва «Мир» 1993 г.

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине

« Электроника и микропроцессорная техника». 2017 г.

Похожие работы:

«Гонки снежных комков Участвуют две команды. Каждая команда выстраивается в колонну по одному на расстоянии 5-10 шагов один от другого. У последних игроков каждой команды имеется по одному хорошо скатанному снежному кому. По сигналу руководителя они катят ком до следующих игроков, стоящих перед ними, те, в свою очере...»

«Введен в действие Постановлением Госстроя РФ от 17 октября 2000 г. N 105МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТЛЮКИ СМОТРОВЫХ КОЛОДЦЕВ И ДОЖДЕПРИЕМНИКИЛИВНЕСТОЧНЫХ КОЛОДЦЕВТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ Access manhole covers and storm-flow receivers for manholes. Technical requirements ГОСТ 3634-99 Группа Ж21 ОКС 91.140.70, ОКСТУ 4859 Предисловие 1. Разр...»

«Организация весового хозяйства железнодорожного транспорта Весовое хозяйство железнодорожного транспорта состоит из ЗВВТ (указанных в пункте предназначенных для определения массы грузов, перевозимых железными дорогами, технических средств для выполнения контроля и обслуживания ЗВВТ, к которым...»

«Техническое задание по Лоту №1 По открытому запросу предложений в электронной форме № 81 149 Для нужд: ООО Газпром газораспределение Йошкар-Ола1. Предмет закупки. ОКДП ОКВЭД1. Предмет закупки. №п/п Наименование предмета закупки Ед.изм. Количество Допустимость...»

«План работ по текущему ремонту на 2016г. Московский пр. д. 62 Наименование работ ОБЩЕСТРОИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ р. Ремонт кровли (А.П.) в том числе, р. жесткой р. мягкой р. Усиление элементов деревянной строительной системы р. Нормализация температурно-вла...»

«План работ по текущему ремонту на 2016г. Алтайская ул. д. 14Наименование работ  ОБЩЕСТРОИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ р.     Ремонт кровли (А.П.)   в том числе, р. жесткой     р. мягкой     р. Усиление элементов деревянной строительно...»

«Содержание. Пояснительная записка..2 Содержание теоретического раздела программы.4 Содержание практического раздела программы.6 Примерное тематическое планирование.13 Материально-техническое обеспечение.17 Список используемой литературы.18                                     Поя...»

«УДК 621.314.626УСТРОЙСТВО КОРРЕКЦИИ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ © 2016 г. Римарев И. В., Купреев Т. А., Кокорев Д. К. В работе представлена разработка устройства коррекции коэффициента мощности на основе специальной микросхемы, его принципиальная схема, принцип работы и печатная плата. Ключевые слова: у...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический уни...»

«УДК 66.047.3-982:[674.074.047.3]-027.236ОЦЕНКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ВАКУУМНО-ДИЭЛЕКТИРИЧЕСКОГО СПОСОБА СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ Качанов А.Н., Коренков Д.А. Россия, г. Орел, ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК" В статье при...»







 
2018 www.el.z-pdf.ru - «Библиотека бесплатных материалов - онлайн документы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 2-3 рабочих дней удалим его.