SAEU-kurs
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СВЯЗИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ
Кафедра “Радиоприёмные устройства”
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
“Схемотехника аналоговых электронных устройств”
НА ТЕМУ: “УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ”
Выполнил студент группы РТ0801
Корабанов С.М.
Проверил ― проф. Кубицкий А.А.
МОСКВА 2011
Введение
Целью выполнения курсового проекта является разработка структурной и принципиальной схем одного из наиболее применяемых типов усилителей: усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) в соответствии с техническим заданием.
В процессе выполнения КП была рассчитана структурная схема УМЗЧ, а также составлена принципиальная схема УМЗЧ в соответствии с ГОСТом, рассчитаны электрические параметры схемы.
В данной работе выполнены следующие основные этапы:
1) рассчитана структурная электрическая схема УМЗЧ (заданием предусмотрено проектирование 3х – каскадного усилителя).
2)выполнен её чертёж в соответствии с ГОСТом на УГО структурных электрических схем.
3)составлена в соответствии с проведённым расчётом и полученной структурной схемой электрическая принципиальная схема УМЗЧ в соответствии с ГОСТом на УГО. При этом учтено, что проектирование строго ограничивается вариантом УМЧЗ, выполненным по бестрансформаторной схеме на ПТ.
4)проведен полный электрический расчёт полученной принципиальной схемы УМЗЧ.
5)выполнен расчёт АЧХ УМЗЧ.
2
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
I. Техническое задание....................................................................................................................... |
4 |
|
II. Расчёт структурной схемы............................................................................................................ |
5 |
|
1. |
Структурная схема усилителя..................................................................................................... |
5 |
2. |
Выбор транзистора для оконечного каскада.............................................................................. |
5 |
3. |
Выбор транзистора для предоконечного каскада...................................................................... |
9 |
4. |
Выбор транзистора для первого каскада.................................................................................. |
12 |
III. Расчёт принципиальной схемы................................................................................................. |
14 |
|
1. |
Электрический расчёт оконечного каскада.............................................................................. |
14 |
2. |
Электрический расчёт предоконечного каскада...................................................................... |
18 |
3. |
Электрический расчёт первого каскада.................................................................................... |
21 |
4. |
Принципиальная схема усилителя............................................................................................ |
26 |
IV. Компьютерное моделирование работы УМЗЧ в CCM MC9................................................... |
27 |
|
1. |
Определение напряжений и токов в схеме............................................................................... |
27 |
2. |
Определение мощностей и КПД усилителя............................................................................. |
30 |
3. |
Определение коэффициента гармоник..................................................................................... |
32 |
4. |
Определение коэффициента демпфирования.......................................................................... |
33 |
5. |
Определение АЧХ усилителя..................................................................................................... |
35 |
V. Список литературы...................................................................................................................... |
36 |
|
3
I. Техническое задание
Разработать структурную и принципиальную схему усилителя мощности звуковой частоты в соответствии с исходными данными.
Исходные данные:
Оконечный УЗЧ
Umвх |
= 0.2 |
В |
Rист |
= 1100 |
Ом |
Pн |
= 90 |
Вт |
Rн |
= 4.5 |
Ом |
Fнч |
= 45 |
Гц |
Fвч |
= 16 |
кГц |
Mнч |
= 3 |
dB |
Mвч |
= 3 |
dB |
Кг |
= 0.06 |
% |
Тип драйвера - Вольт-добавка
4
II. Расчёт структурной схемы
1. Структурная схема усилителя мощности звуковой частоты
2. Выбор транзистора для оконечного каскада
Выбор транзистора производится по следующим параметрам:
a.Допустимой мощности, рассеиваемой на стоке транзистора плеча каскада
b.Допустимому току стока
c.Допустимому напряжению сток-исток транзистора
d.Допустимой граничной частоте транзистора
а. Расчёт требуемой допустимой мощности рассеивания на стоке транзистора.
По техническому заданию задана мощность сигнала в нагрузке Pн=90 Вт
P~ = Pн = 90 Вт
Мощность транзистора, рассеиваемая на стоке транзистора плеча каскада в режиме В:
P . = 0.25 P~ = 0.25 90 = 22.5 Вт
сток
В режиме АВ:
Pст.ок = 0.3 P~ = 0.3 90 = 27 Вт
Подходят транзисторы, у которых
Pст.доп ≥ Pст.ок
b. Расчёт требуемого допустимого тока стока транзистора.
Imст.ок 
= 6.325 A
I |
= |
Imст.ок |
= |
6.325 |
= 2.014 A |
π |
|
||||
ст.ср |
|
3.14 |
|
||
Подходят транзисторы, у которых
Iст.доп ≥ Iст.ср
5
c. Расчёт требуемого допустимого напряжения сток-исток транзистора. Выходное напряжение оконечного каскада
Um = R Im . = 4.5 6.325 = 28.463 В
вых н сток
Напряжение питания одного плеча
Eплеча = 1.2648 Umвых = 1.2648 28.463 = 36 В
Требуемое напряжения сток-исток транзистора
Uси = 1.1111 Eплеча = 1.1111 36 = 40 В
Подходят транзисторы, у которых
Uст.доп ≥ Uси
Выбраны транзисторы:
СN-каналом - 2SK512 (Uси.доп=500 В; Iст.доп=12 А; Ррас.доп=125 Вт)
СP-каналом - IRF9130 (Uси.доп=100 В; Iст.доп=12 А; Ррас.доп=88 Вт)
d. Расчёт граничной частоты транзистора.
2SK512
Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток.
Из проходной ВАХ ПТ 2SK512 видно, что ток стока Imст.ок=6.325 А имеет место при
Uзи=5.707 В.
6
Зависимость крутизны от напряжения затвор-исток.
Максимальная крутизна проходной характеристики ПТ 2SK512
Smax = 4.888 A/B
Среднее значение крутизны будет равно
S |
= |
Smax |
= |
4.888 |
= 1.557 A/B |
|
|
|
|
|
|||||
ср |
|
π |
3.14 |
|
|
||
Необходимая граничная частота ПТ оконечного каскада |
|||||||
f |
|
|
|
|
= (20 100) F |
= (20 100) 16 = 320 1600 кГц |
|
гран.треб |
|
вч |
|
||||
Допустимая частота ПТ 2SK512
Cзат. ср = 2 CGD0 + 2 CGS0 = 2 1569 + 2 9054 = 21246 пФ
fгран = |
S |
= |
1.583 |
= 11.86 мГц |
ср |
||||
2 π C |
2 3.14 21246 10−12 |
|||
|
зат.ср |
|
|
|
Допустимая граничная частота транзистора 2SK512 больше необходимой. Транзистор 2SK512 подходит по всем параметрам.
7
IRF9130
Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток.
Из проходной ВАХ ПТ IRF9130 видно, что ток стока Imст.ок=6.325 А имеет место при
Uзи=5.871 В.
Зависимость крутизны от напряжения затвор-исток.
8
Максимальная крутизна проходной характеристики ПТ IRF9130
Smax = 4.971 A/B
Среднее значение крутизны будет равно
S |
= |
Smax |
= |
4.971 |
= 1.583 A/B |
|
|
|
|
|
|||||
ср |
|
π |
3.14 |
|
|
||
Необходимая граничная частота ПТ оконечного каскада |
|||||||
f |
|
|
|
|
= (20 100) F |
= (20 100) 16 = 320 1600 кГц |
|
гран.треб |
|
вч |
|
||||
Допустимая частота ПТ IRF9130
Cзат. ср = 2 CGD0 + 2 CGS0 = 2 888 + 2 4568 = 10912 пФ
fгран = |
S |
= |
1.583 |
= 23.1 мГц |
ср |
||||
2 π C |
2 3.14 10912 10−12 |
|||
|
зат.ср |
|
|
|
Допустимая граничная частота транзистора IRF9130 больше необходимой. Транзистор IRF9130 подходит по всем параметрам.
3. Выбор транзистора для предоконечного каскада
Выбор транзистора производится по следующим параметрам:
a.Допустимой мощности, рассеиваемой на стоке транзистора
b.Допустимому току стока
c.Допустимому напряжению сток-исток транзистора
d.Допустимой граничной частоте транзистора
Ток стока оконечного каскада
Imст.ок 
= 6.325 A
I = (0.03 ~ 0.06) Im . = 0.03 6.325 = 0.19 А
ст0ок сток
Ток стока предоконечного каскада (драйвера)
Iстдр |
= (0.1 ~ 0.5) Iсток = 0.105 0.19 = 0.02 А |
||||
0 |
|
|
0 |
|
|
Сопротивление драйвера |
|
||||
R |
|
E |
|
36 |
= 1800 Ом |
= |
п1 |
= |
|||
I |
|
||||
ст.др |
|
0.02 |
|
||
|
|
стдр |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
R ~ = R . (1+ S R ) = 1800(1+ 1.57 4.5) = 14517 Ом
н др стдр ср н
9
Выходное напряжение оконечного каскада
Um = R Im . = 4.5 6.325 = 28.463 В
вых н сток
Выходное напряжение предоконечного каскада, равное входному напряжению оконечного кааскада
U |
mвых.др |
= |
Umвых |
= |
28.463 |
= 31.625 В |
|||
|
|
|
|||||||
|
|
Kuок |
0.9 |
|
|
||||
Максимальный ток стока драйвера |
|
||||||||
Imст.др = |
Umвых.др |
31.625 |
= 2.17 мА |
||||||
|
|
= |
|
||||||
|
Rн~др |
14517 |
|||||||
Ток стока драйвера должен входить следующий диапазон mст.др стдр
10 Imст.др ≥ Iст0др ≥ 3 Imст.др
21.7 ≥ 20 ≥ 6.51
Рассчитанный ток стока в этот диапазон входит, хотя и с очень малым запасам с верхней стороны, но, ввиду большого тока оконечного каскада, уменьшить ток стока драйвера не представляется возможным.
Рассеиваемая мощность на транзисторе предоконечного каскада
P |
= 1.2 E |
I |
= 1.2 36 0.02 = 0.864 Вт |
ст.др |
п1 |
ст0др |
|
Требуемые допустимые параметры транзистора предоконечного каскада:
= 0.02 А
2 ≥ Pст.др.доп ≥ Pст.др = 0.864 Вт
U |
≥ 3 E = 108 В |
си.др.доп |
п1 |
Выбранный транзистор:
IRFD210 (Uси.доп=200 В; Iст.доп=0.6 А; Ррас.доп=1 Вт)
10