Проектирование и расчет усилителя электронного модуля

Введение

Усилители низкой частоты (УНЧ) предназначены для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный спектр которых лежит в пределах от десятков герц до десятков килогерц. Назначение УНЧ в конечном итоге состоит в получении на заданном сопротивлении оконечного нагрузочного устройства требуемой мощности усиливаемого сигнала. Современные УНЧ выполняются преимущественно на биполярных и полевых транзисторах в дискретном и интегральном исполнении.

Несмотря на все, более расширяющееся использование машинных методов схемотехнического проектирования современной электронной аппаратуры, в повседневной практике разработчикам электронных схем приходится вначале решать задачи приближенного расчета типовых узлов и устройств, а затем уточнять результаты расчета на ЭВМ или экспериментальным путем.

В данном курсовом проекте расчет усилителя низкой частоты также в начале будет, производится без применения программного обеспечения, а затем схема моделируется на ЭВМ с целью проверки принятых решений и уточнения полученных результатов

Таким образом, целью данного курсового проектирования является приобретение практических навыков конструирования электронных схем и опыта моделирования электронных схем на ЭВМ на примере разработки схемы усилителя низкой частоты с заданными в техническом задании параметрами.

1 Анализ технического задания

Из анализа технического задания следует, что на выходе УНЧ должен стоять мощный оконечный каскад. Так как мощность выходного сигнала значительно превышает 50 мВт, то применение оконечного усилительного каскада класса А нецелесообразно. Поэтому в качестве выходного выбран двухтактный бестрансформаторный усилительный каскад, работающий в режиме В. Данный режим обеспечивает каскаду хорошую экономичность благодаря высокому КПД. Отсутствие трансформатора обеспечивает низкие нелинейные искажения. Двухтактный бестрансформаторный каскад, выполненный на мощных транзисторах может обеспечить усиление до 30 дБ.

В качестве входного каскада выбран инвертирующий усилитель на интегральном операционном усилителе. Данный каскад может обеспечить усиление до 60 и более децибел, в зависимости от типа применяемой микросхемы. К тому же инвертирующий каскад на ОУ позволяет изменять входное сопротивление всего усилителя в широком диапазоне.

2 Синтез структурной схемы

Анализируя данные технического задания можно рассчитать мощность сигнала на входе УНЧ по формуле (2.1) [3]:

,                                                                           (2.1)

I                                                                   (2.2)

Для каскада с ОЭ выходное сопротивление мало, оно составляет сотни Ом.

Принимаем Rвх=900 Ом.

Iвх=

Требуемый коэффициент усиления по мощности всего усилителя рассчитывается по формуле (2.3):

,                                                                 (2.3)

где  – выходная мощность усилителя, указанная в техническом задании.

Значение коэффициента усиления по мощности всего усилителя в децибелах рассчитывается по формуле (2.3):

                                                        (2.4)

Благодаря хорошим усилительным возможностям входного и выходного каскадов нет необходимости в применении дополнительных промежуточных усилительных каскадов.

Для соединения входного и выходного каскадов применена RC-цепь связи.

Один из элементов цепи связи (чаще всего R) задают исходя из требований, не связанных с частотными искажениями, например для обеспечения требуемого входного сопротивления или допустимого падения напряжения вызванного входным током и т.д.

Структурная схема усилителя низкой частоты представлена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Структурная схема усилителя низкой частоты.

3. ............