Технически университет
София
Курсов проект
по дисциплината АЕУ
Тема: "Ниско честотна усилвателна уредба 90W"
Дата: 23.05.2011г.
I. Oбяснителна записка
В настоящия курсов проект е разгледано поетапно-
то изчисление на НЧ усилвателна уредба с параметри, описани в заданието. Уредбата има възможност за смесване на сигнали от два източника:
1. Микрофон;
2. Тунер;
Блоковата схема на Усилвателната уредба е представе-
на на фиг.1 в Графишната шаст на настоящия Курсов проект.
1.1 Микрофонен предусилвател /А01/
Принципната схема на микрофонният предусилвател е представена на фиг. 2 в Графичната част на проекта.
За схемае използувано променливотоково маломощно усилвателно стъпало с общ емитер. Това стъпало е пред-назначено да усили малкото входно напрежение, постъпващо от микрофона (1 ¸ 3 mV) до оптимална стойност, необходима за нормалното функциониране на следващите стъпала. Характерно изискване за микрофонните предусилватели е да имат ниско ниво на собствени шумове и минимални нели-
нейни изкривявания.
По препоръки на Международната Електрическа Коми-
сия, възприети от RIAA, DIN, ГОСТ и др. се счита, че вътреш-
ното съпротивление на микрофона трябва да е три пъти по-малко от Rвх на предусилвателя, т.е.
Rвх=3.Rмк
Това се прави с цел да се повиши отношението с/ш. В на-
шият случай това съпротивление е подбрано според изисква-
нията.
1.2 Вход “Тунер”
Характерно за този вход е, че не е необходимо да се
поставя предусилвател, защото изходното напрежение от
тунера (предписвано по стандарт) е 0,775 V при 47-100кW за Rизх, т.е. е достатъчно, за да осигури нормална работа на следващите блокове.
Необходимо е поставянето на едно допълнително съпро-
тивление R31 , с чиято помощ ще се изравняват нивата на входните сигнали постъпващи от двата източника.
1.3 Смесител /А02/
Използуван е активен смесител, осигуряващ смесването на двата източника на сигнал с определени мащабни коефи-циенти , които могат да се променят с помощта на потен-циометри.
1.4 Тонкоректор /А03/
Принципната схема на Тонкоректора е представена на фиг. 3 в Графичната част на проекта.
Изчислен и предложен е активен тонкоректор със необ-ходимите параметри. Предназначението на този модул на Усилвателната уредба е да коригира АЧХ на входния сигнал според индивидуалните предпочитания на слушателя.
1.5 Нискочестотен усилвател на мощност /А04/
Принципната схема на разгледаният НЧУ на мощност е представена на фиг. 4 в Графичната част на настоящия проект.
Предназначението на НЧУ на мощност е да предават в определен товар относително голяма мощност , при голям коефициент на полезно действие и зададени максимално допустими изкривявания на усилвания сигнал. В зависимост
от изискванията, поставяни към конкретните НЧУ могат да се използуват:
а) еднотактна схема;
б) двутактна схема.
В нашия случай е избрана двутактната схема работеща в клас АВ близък до В , която има голям КПД и сравнително мал-ки нелинейни изкривявания .
Поради работата на схемата с нискоомен товар е необходимо да съществува защита на крайните транзистори
по ток в случай на късосъединение на изхода.
II.Изчислителна
част
1. Изчисляване на краен усилвател на
мощност
1. Oпределяне на стойностите на напрежението и тока при максимална изходна мощност върху товара:
Ulm= Ö2.PL. Rl намирам Ulm
Ulm= Ö2.Pl . Rl =Ö 2 . 90 . 4 =27V
Ilm=2.Pl /Ulm= 2 . 90 / 27= 6,7A
За крайното стъпало избирам двойка транзистори от типа
BDX64B и BDX65A със следните параметри:
UCB0=100V h21E>1000 Icmax=12A Pcmax=117W
2. Определяне на съпротивленията на базовите и емитерните резистори:
R33,34=(1¸2)Ubemax/Imax=(1¸2).1,4 / 6,7=0,4
РПМ-40 0,4 W ± 5%
Ico= (2¸3)%Imax=0,15A
3. Избор на захранващото напрежение UCC
To се извършва чрез зависимостта:
+1/2EC=Ulm+R33.Imax +UBEmax(T11) + UCEsat(T6) +UBE(T5) =
=27+2,7+1,2+0,6+0,7=32V
-1/2EC=Ulm+R36.Imax +UBEmax(T12) + UCEsat(T8) + UBE(T5) =
=27+2,7+1,2+0,7+0,7=32V
Избираме Ес=70V 1/2Ес=35V.
4. Определяне на разсейваната мощност в транзисторите
от крайното стъпало:
Pcmax=Ec2 /(4p2.Ro)+0,5.Ec.Ico , W
Ro=RL+R33=4,4
Pcmax=4900/174+5,3=33 W
5. Изчисляване на елементите на генератора на ток с транзис-
торите Т5 и Т8
Iг=(2¸5).IBmax=(2¸5).Imax/ h21E(T12) =(2¸5).6/1000=(2¸5)6mA
Приемамe Iг=20mA
D1 е с напрежение на стабилизация 6,8V ; Iz ³ 6mA
Колекторният ток на покой на транзистора Т5 се избира 3mA.
Съпротивлението на R23 трябва да се определи при спадането на захранващото напрежение с 10%, при максимална мощност.
R23=(Ec - 0,1.Ec - Uz) / (Iz+Ic(T5) )=(70 - 7 - 6,8)/0,009 = 6244
Избирамe 6,2 кРПМ-0,25 6,2 кW ± 5%
Максимална мощност ще се отделя върху диода при минимална изходна мощност:
РD1=Uz.Iz=Uz.{[(Ec -Uz)/R23 ] - Ic(T5)}=6,8.(0,0102 - 0,003 )=49mW
Избирам KZ260 / 6V8 , Izmax=10mA , Pmax=1,4W
R24=( Uz-Ube(T8) - Ube(T5) ) / Ic=(6,8 - 0,6 - 0,6)/ 0,003=1867
Избирам R24=1800 РПМ-0,25 1,8 кW ±5%
R26=Ube(T5) / Iг=0,6/0,02=30Избирам R26=30
РПМ-0,25 30 W ±5%
Мощността, която разсейва транзисторът Т5, е незначителна, поради което за Т5 може да се използва произволен маломощен NPN транзистор. За Т5 избирам 2Т3167 Ucb=45V Ic=100mA
Рc=200mW Ft=150 MHz h21=300
Мощността, която се разсейва от транзистора Т8, се дава от израза : Рс(T8) =Iг.0,5.Ec=0,02.0,5.70=0,7W
Освен тази мощност транзистора трябва да издържа и цялото захранващо напрежение, поради това избирам транзистор от типа BF178 Ucbmax=160V I=50ma Pcmax=1,7W
За възбудителен транзистор избирам 2N5415 Ucemax=-200V Icmax=1A Pcmax=1W
Съпротивлението R25 се определя, като осигурителен запас на Т6
Ibmax(T11) =I max / h21E(T11) =6,7/1000=0,0067A
R25=Ube(T5) / [ (2¸3)Iг+Ibmax(T11) ]=0,6/0,0667=9¸12,8
Избираме R25=11 РПМ-0,25 11 W ±5%
6. Изчисляване на елементите от схемата за температурна ста-билизация на тока на покой на крайните транзистори.
R27 / R28=2
На практика се приема R27=2k / 5% и R28=2k/ 5% (потенциометър) РПМ-0,25 2 кW ±5%
7. Изчисляване на елементите на отрицателната обратна връзка.
R21=R22/(K-1)=33000/15=2200
Избирамe R21=2,2k РПМ-0,25 2,2 кW ±5%
С8=(2¸5).1000000/2.p.Fb.R5=(2¸5).1000000/6,28.50.2200=
C8=2,9¸7,23F
Избирамe С8=5,6F КЕА-|| 5,6 mF ±10%
8. Изчисляване на елементите на диференциалния входен усилвател.
Токът през транзистора Т2 е съставен от тока през R2 и базовия ток на транзистора Т5:
Ic(T2) =IR18+Ib(T6)
IR18=(5¸10).Ibmax(T6)
Ibmax(T6) =( Iг+Ibmax(T11) ) / h 21E(T6) =0,0267 /100=0,267mA
IR18=(5¸10).0,00026=0,0013¸0,00267AПриемамe IR18=2mA
R18=(Ube(T6) + UR25 )/IR18=(0,6+0,02.11)/0,002=410
Избирамe R18=390 РПМ-0,25 390 W ±5%
За колекторния ток на Т2 се получава:
Ic(T2)=IR18 + IB(T6) =0,002+0,0002=2,2mA
Ток със същата стойност тече и през транзистора Т3.
Съпротивлението на резистора R19 отемитерната верига на Т4, изграждащ генератора на стабилен ток:
R19=[UBE(T8)+UBE(T5)-UBE(T4)]/(Ic(T2)+Ic(T3))=
=(0,7+0,6-0,6)/0,0044=159,1 R19=160 РПМ-0,25 160 W ±5%
C7=(5¸10).1000000/2p.Fb.R17=
=(5¸10).1000000/6,28.45.33000=0,54¸1,1F
Избирам С7=1F ККрД-IB 1 F ±10%
За осигуряване на добра честотна стабилност капацитетът на кондензатора С10 се избира да бъде 100pF. За С9 се избира кон-дензатор с капацитет 1nF ККрД-IB 1 nF ±10%.
За D2 и D7 ще използвам диоди от типа КД1113, а за тран-зистори Т2, Т3 и Т4 - ВС107В.
9. Изчисляване на елементите от защитната схема.
Резисторите R29 и R30 са еднакви съпротивлението им е избра-
но 1к . В този случай съпротивлението на резисторите R31 и R32 се определя по формулата:
R31=R32=Imax.R33.R29/(Imax.RT - UD6)=
=6,7.0,4.1000/(6,7.4-0,6)=102,3
Избирамe R31=R32=100
РПМ-0,25 100 W ±5%
За Т9 и Т10 използвамe транзистори от типа 2Т6541 и 2Т6551
10. Определяне на елементите за честотна стабилизация.
Резисторите R35 и R36 са избрани със R=10, кондензаторът С5 - с капацитет 0,1 mF ККрД-IB 0,1 F ±10% и бобина L - с индук-тивност 5H. Защитните диоди D8 и D9 са от типа КД2005.
11. Оразмеряване на охлаждащ радиатор за всеки от тран-зисторите Т1 и Т2 :
а) Определяне на топлинното съпротивление м/у корпуса на транзисторите и околната среда:
Rthja=(Tjmax - Ta)/Pcmax=108/33=3,3 °C/W
RthJC = (0,3¸0,7).RthJA=0,6 . 3,3 =2 °C/W
RthCA = RthJA - RthJC = 3,3 - 2 =1,1 °C/W
б) Определяне на топлинното съпротивление на охлаждащия радиатор:
Приемамe стойност за RthCR = 0,4 °C/W , защото ще има поставен изолационен материал м/у корпуса и радиатора (приемам, че от двете си страни изол. матеиал ще е намазан със силиконова паста).
RthRA = RthCA - RthCR = 1,1 - 0,4 = 0,6 °C/W
в) Определяне на площта на охлаждащия радиатор:
Тъй като не разполагам с подходящ готов радиатор площта се определя от:
S = 650 . C / [RthRA - (3,3 / Ö Gth . d )] = 2320 см 2
Площта на радиатора трябва да е вертикално разположен и боядисан в черно с площ:
S = 2320 cm2
12. Определяне на консумираната мощност:
PCC=2.UCC.i Cmax1,2 / p=2.35.(6,7) / p =149,4W
PCC = 150W
13. Определяне на КПД:
h=PL / PCC=90/150=0,6
h = 6 %
14. Определяне на коефициента на нелинейни изкривявания:
Приемам стойност за коефициента на насиметрия между двете рамена на двутактната схема:
b = 0,1
Oт изходните характеристики на транзисторите отчитам съответните стойности и след заместването им получавам Imax1,2=(1+b).iCmax=1,1 . 6,7=7,37 A
imin=-(1-b).iCmax=-0,9 . 6,7=-6,03 A
i’ =(1+b).i’C=1,1 . 5,5=6,05 A
i’’=-(1-b).i’C=-0,9 . 5,5=-4,95 A
I’=2 . b . IC=2 . 0,1 . 20.10 - 3=0,04 mA=0,004 A
Изчислявам амплитудите на хармоничните съставки с първите четири поредни номера:
I1m=(imax-imin+i’-i’’) / 3=(7,37+6,03+6,05+4,95) / 3=8,1 A
I2m=(imax+imin-2.I’) / 4=(7,37-6,03-2.4.10 - 3) / 4 =0,33 A
I3m={imax-imin-2.(i’-i’’)} / 6=-1,43 A
I4m={imax+imin-4.(i’+i’’)+6.I’} / 12=-0,253 A
С получените стойности изчислявам КH11,12 :
KH11,12=Ö(I2m+I3m+I4m) /I1m =1,163/8,1 = 0,14
Поради липса на изходни характеристики за транзисторите Т5 ¸ Т7 приемамe:
KH5,7 =0,04
За транзисторите T5,T7,Т11, T12 преминавамe в КН за ОК:
КН S ОЕ = 0,14
Преминавамe към ОК:
КН ОК = КН S ОЕ .(1 - КU OK)= 0,14 . 0,1=0,014
KH OK = 1,4 %
За общият коефициент на хармоници изчислявамe :
КН’=КH OK + КH5,7=1,4 + 0,4= 1,8 %
KH’ = 1,8 %
За стойността на дълбочината на ООВ получавамe:
F = KH’ / KH = 0,018 / 0,014 » 1,29
24. Определяне на амплитудата на входното напрежение:
UIm = ULm / AF = 27 / 250 » 108 mV
Uim = 108 mV
2. Изчисляване на микрофонен предусилвател
Ще използвамe променливотоково усилвателно стъпало схема общ емитер.
Схемата на стъпалото е представена на фиг. 2 от Графичната част.
Началните данни са:
Номинално входно напрежение UВХ = 1,5 mV
Съпротивление на микрофона RG = 3000 W
Номинално изходно напрежение UИЗХ = 108 mV
Честотна лента от 30Hz до 18кHz
Изходно съпротивление Rl=7500 W
Коефициента на усилване на схемата е :
А = UИЗХ / UВХ = 108 / 1,5 = 72
Избирамe транзистор 2Т 3512Г
Ucemax=18V Icmax=150mA Ft=120MHz
h11=10000 W h12=0,00048 h21=390 h22=38,4mS
S=39mS rbb=69W Cbc=6pF Cbe=51,8pF Ube=0,5V
Избирамe Ucc=9V Uce=5V Ic=1mA
Изчисление:
1.) Ue=(0,1¸0,2)Ucc=1,4V
2.) R3=(Ucc-Uce-Ue)/Ic=2600W
РПМ-0,25 2,7кW ±5%
3.) Ib=Ic / h21e=2,6mA
4.) Iд=(5¸10)Ib=20mA
5.) R1=(Ucc-Ue-Ube)/(Iд+Ib)=154868 W
РПМ-0,25 160кW ±5%
6.) R2=(Ue+Ube)/Iд=275000W
РПМ-0,25 270кW ±5%
7.) R4=Ue/Ic=1400W
РПМ-0,25 1,5кW ±5%
8.) Rb=R1||R2=100kW
9.) RcL=R3||RL=1985W
10.) Dh=h11.h22 - h12.h21=0,2
11.) Ri=(h11+Dh.RcL )/(1+h22.RcL )=9663W
12.) Ria=Ri||Rb=8811W
13.) Rgb=Rg||Rb=2913W
14.) Ro=(h11+Rgb)/(Dh+h22.Rgb)=41406W
15.) Roa=Ro||R3=2535W
16.) Au=-S(Roa||RL )=-74
17.) Ai=[h21.(Roa||RL) / Rl=99
18.) A=Ria.Au/(Ria+Rg)=-55
19.) Icm=0,9Ic=0,9mA
20.) Uom1=Icm.RcL =1,769V
21.) Uom2=Ue - Ucesat=1,05V
22.) C1 ³ 1/ [2pFb(Rg+Ria)Ö(M2c1 - 1)]=576nF
ККрД-IB 680nF ±10%
23.) C2 ³ 1/ [2pFb(Rod+Rl )Ö(Mc22- 1)]=678nF
ККрД-IB 820nF ±10%
24.) Roe=(Rgb+h11) / h21=33,1W
25.) C3 ³ S / [2pFbÖ(Mc3 2 - 1)]=398mF
КЕА II 470mF / 24V ±10%
26.) Cid=Cbe+Cbc.(1+|Au|)=1nF
27.) thi=[(Rg+rbb)||Ria].Cid=0,000002276
28.) Mhi=Ö[1+(2pFh)2.thi 2]=1,03
29.) C'L=CL+Cb’c+Cmo=64pF
CL=50pF Cmo=8pF
30.) tho=C'L(Roa||Rl)=0,000000121
31.) Mho=Ö[1+(2pFh)2.tho2 ]=1
32.) Mh=Mhi.Mho=1,03
Необходимо е коефициентът на усилване да се на-мали до нужната ни стойностр за това добавям в емитерната верига на транзистора резистор Rf , който създава ООВ по ток.
R5=[h21.(Rc||Rl ) - k.Aзад]/ [(1+h21).k.Aзад]=25W
РПМ-0,25 24 W ±5%
3. Изчисление на суматора.
Според поставените условия е необходимо да се осигури смесване на сигнала от микрофонният пред-усилвател и от компакт диска. за целта ще използвам инвертиращ суматор с ОУ mА741 .
Принципната схема на предложеното решение е показана на фиг. 3 от Графичната част.
Изчисления:
1.) Rf
R8=(0,1¸1).(Uio/Iio).(1+SAi )=25000 ¸ 250000W
Uio=1mV Iio=20nA
R8 £ (0,01¸0,1)/ 2. p.Fh.Cпар=176928,5 £ 1769285W
РПМ-0,25 30 кW ±5%
2.) Mащабни коефициенти
А1=А2=2
R6=R7=R8/A1=R8 / A2=30000/2=15000W
РПМ-0,25 15 кW ±5%
3.)Rk
R9=R6||R7||R8 =6000W
РПМ-0,25 6,2 кW ±5%
4. Изчисляване на тонкоректор
Принципната схема на тонкоректорът е дадена на фиг. 4 от Графичната част на настоящия проект.
Изчислението на пасивният тонкоректор (каквато схема е използувана) се извършва с помощта на таблици и номограми от [3].
Данни на схемата:
f1 =100 Hz m1=± 12 dB
f2 =10 kHz m2=± 12 dB
1. Изчисления:
1.)Ниско честотна част
DH=39,8=1+R11/R10
Избирамe R11=200kW
РПМ-0,25 200 кW ±5%
R10=R12=R11/(DH-1)=13333W
РПМ-0,25 13 кW ±5%
F1t=100Hz=1/[2p(R10||R11).C1]
C4,C5=1 / [2p(R10||R11).F1t]=130nF
ККрД-IB 133nF ±2%
F2t=1 / (2p.R11.C4)=6Hz
R13=R10=13000W
РПМ-0,25 13 кW ±5%
2.)Високо честотна част
R15 ³ 3,7.R11=740000W
РПМ-0,25 820 кW ±5%
DHmax=39,8=1+(R11+R13) / R14
R14=(R11+2.R13)/(DHmax-1)=2600W
РПМ-0,25 2,7 кW ±5%
F1h=10000=1 / [2p(R10+2.R13+R14).C6]
C6=1 / [2p(R10+2.R13+R14).F1h]=382pF
ККрД-IB 383pF ±2%
F2h=1/ (2. p.R14.C6)=448,678kHz
3.)Rg
R17 ³ 10.R11=2MW
РПМ-0,25 2,4 MW ±10%
III . Графична част
фиг. 1 - Блокова схема на усилвателната
уредба
фиг. 2 - Микрофонен предусилвател
фиг. 3 - Суматор
фиг. 4 - Тонкоректор с буферни стъпала
фиг. 5 - Краен усилвател на мощност
фиг. 6 - Пълна принципна схема на
усилвателната уредба
фиг. 7 - Характеристики
IV.Литература
1. З л а т а н о в, В., Л. Доневска, Д. Стаменов, С. Нихтянов, К. Аспарухов, В. Георгиев . Ръководство за курсово проектиране по електронни аналогови схеми и устройства. С. ,Техника, 1993.
2. Ш к р и т е к, П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. М. , Мир, 1991.
3. С а в о в, А. Мощни нискочестотни усилватели. С. , Техника, 1987.
4. Р а ч е в, Д. Справочник на радиолюбителя. С. , Техника, 1990.
V. Съдържание
Задание........................................................2
I. Обяснителна записка.......................3
II. Изчислителна част...............................5
1. Изчисляване на краен усилвател на
мощност...................................................5
2. Изчисляване на микрофонен предусил-
вател........................................................11
3. Изчисляване на суматора...................14
4. Изчисляване на тонкоректор..............15
III. Графична част......................................17
IV. Литература.............................................18
V. Съдържание...........................................19
Сподели с приятели: |