Электрический расчет

— = 5, 47 (А);

Рассчитаем максимальное амплитудное значение тока в нагрузке:

(1.5)

2.4.1 Расчет входного каскада

Учитывая техническое задание и основные требования к входному каскаду рис.(2.6), а именно высокое входное сопротивление; частота среза и единичного усиления исходя из этих требований был подобран операци­онный усилитель ADA4841-1 (Приложение А).

Так как DA2 имеет внутреннее сопротивления R_eH = 90 МОм, то рези­сторы R₃ и R₄ берем на 3 порядка меньше R_eH это позволит не учитывать токи проходящие в них следовательно: R₃ = R₄ = 0, 001 ■ R_eH = 0, 001 ■ 90 ■ 10⁶ = 90 ■ 10³ (Ом) тогда, R₂ нужно взять на 2 порядка меньше сопротивлений R₃ и R₄: R₂ = 0, 01 • R₃ = 0, 01 ■ 90 ■ 10³ = 900 (Ом)

Для исключения самовозбуждения операционного усилителя DA2 введем «легкую» отрицательную обратную связь R₅ = 1 МОм, а также сформируем АЧХ на верхних частотах с помощью введения конденсатора С₂.

Рассчитаем RC - цепочку в которую входит конденсатор С₁.и сопро­тивление R₁ и R₃ ■ По формуле:

где

f_cp - часто среза

f_cp=f_H = 20 Гц

т - постоянная времени

t = C-R = C₁-(R₁ +Д₃)"

Из формулы (1.6) выразим т:

т = у^—, = т^г-г = 7961 ■ 10" ⁶ (с) 2 • п • f_H 125, 6

7961-10" ⁶

= ⁹°

Рассчитаем RC - цепочку в которую входит конденсатор С₂ и сопро­тивление Я₅ ^по формуле (1.6), где, fc_P = fe = 16 кГц r = C₂-R₅ Из формулы (1.6) выразим т:

~⁶

Э, 95 ■ 10 Рассчитаем коэффициент усиления усилителя К_и по формуле

(1-7)

где

U_ebix - напряжение на нагрузке И_вых = U_deu = 10, 954 (В); U_ex - напряжение сигнала на входе U_ex = 6 ■ 10~³

U_eblx 10, 954

К_и=-^= = 1826

U_ex 6 ■ 10~³

Рассчитаем регулировку усиления усилителя R₁:

Для уменьшения потери входного сигнала на сопротивлении R_r его нужно взять на 2 порядка больше чем сопротивлении источника сигнала R_r = 6 Ом следовательно R± = 100 ■ 6 = 600 (Ом)

2.4.2 Расчет генератор пилообразного напряжения:

Генератор пилообразного напряжения рис.(2.8) построен на операци­онном усилители DA3 и двух транзисторов VT1 и VT2. Операционный усилитель используется такой же как и в входном каскаде ADA4841-1. Транзисторы VT1 - PNP BC807 и VT2 - NPN BC817 (Приложение А)

Используя частоту модуляции /_мод найдем период Т сигнала, что в дальнейшем нам поможет определить время импульса и паузы.

т

1_R8 1 1U

R₈ = 2кОм

Рассчитаем сопротивление Я₁₀ по формуле

~ U_По_Р - Uon 12-2-6

io =--------- j----------- = ₁.₁₀-₃ = 4 • Ю (Ом)

(1.21)

где

L - катушка индуктивности; S- задается от 0 до 100 берем S со - циклическая частота

= 40

со = 2 -л • f

(1.22)

f = fvod = W • fe = 160 (КГЦ)

co = 2-n-f_e = 2- 3, 14 ■ 16 ■ 10³ = 1004800 (с" ¹)

Перейдем к реактивным составляющим емкости и катушки индуктив­ности т.е к реактивному сопротивлению рис.(2.13)

XL

-L

хс

RH

Рис.(2.13) LC - фильтр в комплексном виде

Рассчитаем реактивное сопротивление LC 'элементов: x_L» R_H ■ 10 = 2 ■ 10 = 20 (Ом)

х_с «R_H ■ ОД = 2 ■ ОД = 0, 2 (Ом)

(1.23)

Из формулы (1.18) выразим С₁₂:

^С» = ^ = 0, 2 ■ icLoO = ⁴'⁹⁷⁶¹'¹⁰" ⁶ < ^Ф>

С₁₂ = 4, 9761 мкФ

Из формулы (1.16) выразим L_x:

1.0096 ■ 10 Д 9761

^(ГН)

Рассчитаем емкостной делитель состоящий из элементов С₁₀ и С_г1\

С = -£ — (1.24)

AU

где

_с = 1_Н = 5, 47 - ток нагрузки;

1 2

1 1111

■ р ¹min — о f ~ О? П ~ ^u'^UZlD

/„■ At 5, 47 -0, 025

^с" =V=^sT-=°'^{08879 (ф)}

С₁₀ = Сц = 88000 л//сФ

Подберем транзисторы VT3 и УТ4.для выходного каскада. Рассчитаем мощность которую рассевает транзистор по формуле:

(1.25)

где

R_DS - сопротивление затвора транзистора R_DS = 32 мОм;

р = /|_rf ■ /? _D5 = 29, 9209 ■ 32 ■ 10" ³ = 0, 96 (Вт)

Исходя из результатов берем транзистор IRFB5615PbF (Приложение А)

Сопротивления R₂±u Я₂4 берем рекомендованные производителем:

R₂₁ = д₂₄ = 2, 4 кОм

Зз

2.4.5 Расчет драйвера и ЛСН:

Транзисторы VT3, VT4 для нормальной работы при сопротивлении R₂₁ = /? 24 ⁼ 2, 4 кОм и напряжении питания U_n = 12 В требуется ток 1_д на за­творе:

⁹ R 7 4

После поисков был выбран драйве IR2010(S)PBF рис.(2.10) который имеет выходной ток ЗА в последствии нами был добавлен усилительный кас­кад по току для каждой полуволны в виде двух полевых транзисторов DA6, DA7 в одном корпусе IRF7389PbF-l (Приложение А). Драйвер также имеет обвязку из элементов берем рекомендованные производителем: С₅ = 10 мкФ С₆ = С₇ = 1 мкФ Диод VD5-1N4148

Сопротивление R₂₁, R 24 берем рекомендованные производителем: R₂₁ = R₂₄ = 6 кОм

Сопротивление R₂₀, R₂₃ используем для стабилизации режима работы тран­зисторов DA6, DA7 находим по формуле: R₂₀ = R₂₃ = Ю ■ R₂₁ = 10 ■ 6 ■ 10³ = 60 ■ 10³ (Ом) R₂₀ = R₂₃ = 60 кОм

Выбор линейного стабилизатора напряжения выполним по критерию: ЛСН должен обеспечить стабильное напряжение в размере 12В на DAI, DA2 DA3, DA4, DA5, DA6, DA7. Исходя из критерия выбор пал на LM7812

U_ex = 14, 5-32 5

ЛСН имеет также обвязку рекомендованную производителем: С₈ = 0.53 мкФ С₉ = 0.1 мкФ Приложение (А)

2.4.6 Расчет ООС:

При расчете усилителя мы считали, что коэффициент усиления Ки=1826 и входное сопротивление усилителя равно внутреннему сопротив­лению источника сигнала. Поэтому коэффициент усиления по напряжению, превышает требуемый и возникает необходимость введения отрицательной обратной связи (ООС) рис.2.7 по переменному току.

Рассчитаем сопротивление #₂5 ^по формуле:

R₂₅ = -± (1.26)

^lg

где [/^-напряжение в точки между двумя транзисторами VT3, VT4

lg— ток делителя примем за 0, 1 мА;

«25 = _од ^₀-з = 160 ■ 10³ (Ом)

R₂₅ = 160 кОм

Рассчитаем сопротивление R₂e из формулы:

«26

-Г7Г- С¹-²⁷)

где Ug _nocm- напряжение на делители

U_gnocm=\u_DA2=\-l2 = 6{B)

Rib

II

^идпост

«26 + «25

12 R₂₆ + 160 ■ 10³ 0, 375 =

R₂₆ + 160 ■ 10³

0, 375-160 -10³ _ 1-0, 375

Рассчитаем сопротивление R₂₇ из соотношения:

' ^оспр

где

/ga-- ток входного сигнала; 1_осоу— ток ООС операционного усилителя DA2; 1_{0С пр}— ток ООС преобразователя; Запишем формулу (1.28) в развернутом виде:

И,

^R™ ^{+ R}'- (1.29)

где

^Uex ^{= 6} " ¹⁰~³ В

R_ex = R₂ = 900 Ом

U_oc ua2~ напряжение ООС операционного усилителя DA2

11 — 11 ^ _ — If) QCA /?

Найдем U_ocDA2 по формуле:

UocDA2 =2^U»^DA2 ~ ^оунасщ (1-30)

где

и_оунасщ— напряжение насыщения операционного усилителя и_оунасщ = 1, 5 В

Ток входного сигнала /^ равен: Uex 6 • 10" ³

t

_{4 5 1}

^ 1 ■ Ю⁶

= 4, 5 мкА

Рассчитаем сопротивление R₂7 из формулы (1.29)
// #26, _1П_₃ 96-Ю³

„ ₌ #26 + #25

²⁷ /«-/«rov 6, 67 ■ Ю-⁶ - 4, 5 ■ Ю-⁶ 2, 17-Ю-⁶

= 1, 9 ■ 10⁶ Я₂7 = 1, 9 МОм

2.4.7 Расчёт энергетических показателей усилителя Определим КПД усилителя по формуле:

Рн

100% (1.30)

Рн + Р

где

л - К.П.Д. усилителя, %;

Рн - полезная мощность (мощность нагрузки), Вт; Р - потребляемая мощность, Вт.

Определим потребляемую мощность как сумму всех входных мощ­ностей активных элементов схемы.

Потребляемая мощность ЛСН состоит из потребляемых мощностей компараторов и ОУ

Рпот — 2 ' РуТ1, 2 + Рдр + 2 ■ Р_Ком + FjICH + 3 ■ Р_оу + 2 ' Рутз, 4 + 2

_DA6, 7

где

Pvti, 2 = 0, 25 - мощность на транзисторах VT1, VT2 Вт; Р_др = 1.6 -мощность драйвера Вт; Р_ком = 0, 8-мощность компаратора Вт; Р_оу = 0, 0018- мощность ОУ DAI, DA2, DA3, Вт; Рутз, 4 ⁼ 0.95- мощность полевых транзисторов VT3, VT4 Вт; Рассчитаем мощность усилительного каскада на полевых транзисторах DA6, DA7 по формуле:

(1.32)

где

Eg- энергия транзистора VT3, VT4

Q_g = 26 ■ 10~⁹ ■ - электрический заряд на транзисторе VT3, VT4;

Е_д = Q_g • U_n = 26 ■ 1(Г⁹ ■ 12 = 312 ■ 1(Г⁹ Дж

Pda6, 7 = ³¹² ■ ¹⁰" ⁹ •¹⁶ ■ ¹⁽⁾³ = ⁴⁹⁹² ■ ¹⁰~⁶ (Вт) Найдем ток ЛСН /_лсн по формуле:

/ - ^Рсум (

Заключение

В ходе курсовой работы был разработан усилитель низкой частоты. Разработанный усилитель удовлетворяет требованиям технического задания. По некоторым параметрам превышает требования ТЗ, в частности К.П.Д. со­ставляет 83, 7%, что было достигнуто благодаря примененной схеме широт-но-импульсной модуляции..

В спроектированном усилителе предусмотрена регулировка усиления, но данная схема не является лучшим возможным решением.

К достоинствам данного усилителя является сравнительно не большое количество элементов, что упрощает настройку схемы усилителя.

К недостаткам данной схемы можно отнести большую величину нели­нейных искажений на больших частотах.

Список использованной литературы

1. Герасимов В.В. Интегральные усилители низкой частоты: Серия
«Электронные компоненты» н/Д: изд-во «Наука и Техника», 2003. - 528 с.

2. Синельников А. X. Бестрансформаторные транзисторные усилители
низкой частоты. Массовая радиобиблиотека. Вып. 706, М: «Энергия», 1969.
-56 с.

3. Пухлов Л.Н. Миниатюрные время-импульсные устройства.-М.:
Энергия, 1979.-64 с.

4. Артым А.Д. Усилители классаЭ и ключевые генераторы в ра­
диосвязи и радиоовещании.-М.: Связь, 1980. -209 с.

5. Розанов Ю.К. Полупроводниковые преобразователи со звеном
повышенной частоты.-М.: Энергоатомиздат, 1987. -184 с.

6. Забродин Ю. С. Промышленная электроника: Учебник для вузов, -
М.: Высш. школа. 1982. - 496 с, ил.

7. Лавриненко В. Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. 9-е
изд., перераб. К.: Технпса, 1980. 464с.с ил.

8. Лачин В. И., Савёлов Н. С. Электроника: Учеб. Пособие. - Ростов
н/Д: изд-во «Феникс», 2000. - 448 с.

9. Методические указания по оформлению курсовых и дипломных про­
ектов / Сост.: Ю.Э. Паэранд, П.В. Охрименко - Алчевск: ДГМИ, 2004. - 84с.

10. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой
мощности: Справочник - 2-е изд., стереотип, - /А.А. Зайцев, А. И. Миркин, В.
В. Мокряков и др.: Под ред А.В. Голомедова. - М.: Радио и связь, КубК-а
1994.-384с.; ил.

11. Додэка - Микросхемы для импульсных источников питания и их
применение. Справочник.2001