Московский государственный институт электроники и математики

(технический университет)

Кафедра электронно-вычислительной аппаратуры

Курсовая работа по теме

«Усилитель мощности низкой частоты на операционном усилителе»

Исполнитель:

Студент группы С-65

Гулиян Б. Т

«__» ________ 2012 г.
Проверил:

Преподаватель каф. ЭВА

Сафонов С.Н.

«__» ________ 2012г.

Москва – 2012

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

2

Разраб.

Гулиян Б.Т

Пров.

Сафонов С.Н.

Н. Контр.

Утв.

Усилитель мощности низкой частоты на операционном усилителе. Пояснительная записка.

Лит.

Листов

12

Аннотация

В данной курсовой работе разработан усилитель мощности низкой частоты на операционном усилителе. Разработана принципиальная схема, выбрана элементная база и произведен расчет.

Содержание: Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист



Приложение:

Принципиальная схема 11

Перечень элементов……………………………………………………………12

Задание на курсовую работу

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

I. Наименование разрабатываемого устройства

Усилитель мощности низкой частоты на операционном усилителе.

II. Параметры устройства:

Коэффициент усиления 100

Амплитуда выходного сигнала, В 5

Сопротивление нагрузки, Ом 8

Рабочий диапазон частот, кГц 0.02… 40

Входное сопротивление, кОм 10

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1. Анализ технического задания

Разрабатываемое устройство - Усилитель мощности низкой частоты на операционном усилителе. Согласно техническому заданию необходимо спроектировать усилитель, дающий амплитуду сигнала не менее 5 В на нагрузке в 8 Ом, т.е. обеспечивающий на выходе ток не менее 0,625 А.

2. Разработка функциональной схемы и принцип действия

2.1. Назначение

В курсовой работе спроектировано устройство, предназначенное для усиления мощности на низких частотах.

2.2. Состав

Устройство состоит из трех резисторов, четырех транзисторов и операционного усилителя.

2.3. Принцип действия

Любой усилитель имеет структуру: входную и выходную цепи, к которым подключается источник сигнала Е_Г и нагрузочное устройство R_H, источник питания и усилительный элемент (транзистор, микросхема). Процесс усиления связан с преобразованием энергии источника питания в энергию выходного сигнала U_вых усилителя.


5



Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист




Функциональная схема

6


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

3. Разработка принципиальной схемы

3.1. Выбор элементной базы

Основным критерием подбора элементов является обеспечение заданных параметров работы устройства.

В соответствии с этим была выбрана следующая элементная база:

• 
  Операционный усилитель К544УД10
  
• 
  Транзистор КТ503В
  
• 
  Транзистор КТ502В
  
• 
  Транзистор КТ814
  
• 
  Транзистор КТ814
  
• 
  Резисторы С1-4
  

Основным элементом устройства был выбран операционный усилитель марки К140УД10 т.к. частота единичного усиления для него — 15 МГц, что гарантирует равномерное усиление по всей требуемой полосе частот. Усилитель данной марки обладает коэффициентом усиления 50 000, что более чем достаточно для поставленной задачи.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

3.2. Расчет параметров схемы

Выберем R₁ = 10кОм исходя из требований к входному сопротивлению.

Необходимо рассчитать R₂ :

k = 100; k = R₂ / R₁; R₂ = k*R₁ = 100*10000 = 1 МОм

Остальные значения сопротивлений нам известны, исходя из заданных параметров устройства:

R_н = 8 Ом.

Пиковый ток нагрузки:

I_н = U_вых / R_н = 5*√2 / 8 = 0,8838 А,

где U_вых=5*√2.

Выходная мощность данного усилителя:

U_max = 5В

U_эфф = ≈ 3.5В

≈ 1.5Вт

Мощные транзисторы обладают малым коэффициентом усиления, поэтому чтобы усилить сигнал с выхода операционного усилителя для обеспечения минимума в 5 В на нагрузке в 8 Ом, выходной усилительный каскад выполнен на составных транзисторах, составленных один по схеме Дарлингтона (КТ503В и КТ817) и второй комплементарный первому, составленный по схеме Шиклаи (КТ502В и КТ817).

Сопротивление R₁ известно и равно 10кОм. Емкость C1 включена для блокировки постоянной составляющей входных токов операционного усилителя. Ее значение вычисляется по следующей формуле:

Операционный усилитель К140Уд10 обладает . Для компенсации на вход усилителя подключена соответствующая схема балансировки R5-R6

Появлению уровня на выходе операционного усилителя способствуют токи сдвига операционного усилителя : проходя через сопротивление источника сигнала, они вызывают падение напряжения, которое, в свою очередь, вызывает появление на выходе напряжения отличного от нуля. Для его устранения была применена схема балансировки R5-R6

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

С помощью диодов D1 и D2 и сопротивлений R7 и R8 обеспечивается принудительная подача напряжения на базы транзисторов для снижения искажений при переходе полезного сигнала из одной полярности в другую полярность.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

Список литературы

1. У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М. 1982.

2. П. Хорвиц, У. Хилл. Искусство схемотехники, т. 1 и т.2. М. 1986.

3. В. В. Орлов. Применение операционных усилителей в радио-любительских конструкциях. М. 1990.

4. Ю. А. Мячин. 180 аналоговых микросхем. М. 1993.


+6В
Изм.


Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

Приложение 1.


X1

-6В

Цепь

Контакт

Вх

1

0В


+6В
2

+6В

-6В
3

-6В

С2

С3

С4

С5

Общ.
4

0В

5

Вых

6

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

Приложение 2

Обозначение	Наименование	Количество	Примечание
1	ОУ К140УД10	1
2	Резистор CF25(C1 -4)	7
3	Конденсатор К10-17А М47	6
4	Транзистор КТ817	2
5	Транзистор КТ502В	1
6	Транзистор КТ502Б	1
7	Диод Д104	2