Физические основы электротехники

Введение
Электронный усилитель – усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой – либо аппаратуры – радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибора и т.д.
Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов (бывают и однокаскадные усилители), соединенных между собой прямыми связями . Как и в любом активном устройстве в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания. Каскад усиления – ступень усилителя, содержащая один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими и последующими ступенями. В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (в нашем случае), иногда, в некоторых специальных случаях, могут применяться и двухполюсники, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др.
Целью данной курсовой работы является проектирование бестрансформаторного выходного каскада на основе биполярных транзисторов. В задачу входит:
- составление принципиальной схемы выходного каскада, позволяющей реализовать требуемые коэффициенты усиления по мощности и напряжению, а также обладающей КПД не менее 40%:
- подбор транзисторов, исходя из требуемой мощности P_н в нагрузке, температуры окружающей среды t_ви заданного или выбираемого напряженияE_п источника питания;
- выбор оптимальных режимов работы транзисторов по постоянному току, обеспечивающих малый уровень нелинейных искажений в заданном интервале температур;
- определение электрических параметров выходного каскада по переменному току (входного сопротивления, коэффициента усиления по току и мощности и др.);
- нахождение минимально необходимой площади S радиаторов.  
Исходные данные для расчета

Сопротивление нагрузки R_н= 10 Ом
Сопротивление источника сигнала R_г=10 Ом
Номинальное выходное напряжение U_н=20 Ом
Нижняя граничная частота f_н=400 Гц
Верхняя граничная частота f_В=10 кГц
Допустимый фазовый сдвиг φ_доп=30 град
Диапазон рабочих температур t_н…t_В=0…40 ℃


 
Выбор принципиальной схемы
Принципиальную схему проектируемого выходного каскада составляют на основе типовой схемы.
При составлении принципиальной схемы учитываем следующее:
- Коэффициент усиления по напряжению бестрансформаторного выходного каскада меньше единицы и обычно лежит в следующих пределах:
К_u^ВК=(√2 U_н)/(U_(〖вх〗_m)^ВК )=0,85…0,95
где U_(〖вх〗_m)^ВК- амплитудное значение напряжения на входе входного каскада.
- Выходной каскад лучше следует выполнять на комплементарных парах транзисторов.
- В качестве элементов связи между источником сигнала, каскадами и нагрузкой проще всего использовать разделительные конденсаторы, которые устраняют взаимосвязь каскадов по постоянному току.
- Для питания усилителя целесообразно применять двуполярные источники питания.

Рис.1. Бестрансформаторный выходной каскад на комплементарных транзисторах с диодно – резистивной регулирующей цепочкой

Выбор выходных транзисторов
Амплитудное значение коллекторного напряжения транзистора VT3(VT4):
U_km3=√2∙U_н
U_km3=