.

Многокаскадный усилитель переменного тока с обратной связью

Язык: русский
Формат: курсова
Тип документа: Word Doc
0 2038
Скачать документ

Введение

Электронные приборы – устройства принцип действия которых основан на использовании явлений связанных с движущимися потоками заряженных частиц. В зависимости от того как происходит управление, электронные приборы делят на вакуумные, газоразрядные, полупроводниковые. В настоящее время трудно назвать такую отрасль, в которой в той или иной степени не применялась бы электроника. Космические и авиационные летательный аппараты, техника, все виды транспорта, медицина, атомная физика, машиностроение используют электронику во все нарастающих масштабах. Достижения электроники используют все телевизионные передатчики и приемники, аппараты для приема радиовещания, телеграфная аппаратура и квазиэлектронные АТС, аппаратура для междугородней связи.
Одним из наиболее важных применений электронных приборов является усиление электрических сигналов, т.е. увеличение их мощности, амплитуды тока или напряжения до заданной величины. В настоящее время усилительные устройства развиваются во многих направлениях, расширяется диапазон усиливаемых частот, выходная мощность. В развитии усилительных устройств широкие перспективы открывает применение интегральных микросхем.
В данной курсовой работе проводится проектирование многокаскадного усилителя переменного тока с обратной связью. При проектировании рассчитываются статические и динамические параметры усилителя, а затем проводится его моделирование на ЭВМ с использованием программного продукта MicroCap III. При моделировании усилителя производится корректировка его параметров.

1. Исходные данные

Вариант №20–30
Тип проводимости UвхmмВ Rг, Ом Pн, Вт Iн, мA tomax, oC ∆f MОСн(ω) MОСв(ω)
fн, Гц fв, КГц
p-n-p p-канал 200 20 0.22 7 + 65 65 65 0.76 0.76

2. Расчетная часть

2.1 Расчет коэффициента усиления напряжения усилителя

Вычислим амплитудное значение напряжения на выходе:

,

По известным значениям Uнm и Uвхm рассчитываем Koc

Усилителю с отрицательной обратной связью соответствует коэффициент передачи:

. (1).

Определим число каскадов усилителя.
Пусть число каскадов равно 1 (n = 1):

, ,

где Mос() – коэффициент частоты каскадов.
Из этой формулы составим квадратное уравнение, и решим его относительно K. , тогда получим корни , выбираем отрицательный корень , и подставляем в уравнение (1),
, т.е. одного каскада будет не достаточно.
Пусть число каскадов усилителя равно 2 (n = 2):

,

Из этой формулы составим квадратное уравнение, и решим его относительно K

тогда из полученных корней выбираем отрицательный , и подставляем в уравнении (1), т.е. двух каскадов тоже будет не достаточно.
Пусть число каскадов усилителя равно 3 (n = 3):

,

Из этой формулы составим квадратное уравнение, и решим его относительно K

тогда из полученных корней выбираем отрицательный , и подставляем в уравнение (1), т.е. усилитель может быть реализован на трех каскадах.

2.2 Расчет элементов выходного каскада

Выбор рабочей точки транзистора
Выбор рабочей точки А транзистора в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора IкА и напряжения UкэA в схеме рис. 1, в первоначальном предположении Rэ= 0. т.е. при заземленном эмиттере.
Точку покоя выберем исходя из заданных значений амплитуды напряжения на коллекторе UНМ и тока коллектора IНМ, которые по заданным значениям UН и IН определяются как UНМ= UН = 44.4 [В] и IНМ= IН.= = 0.0098 [А].
Определим вид транзистора:
PК= UНМ IНМ =0.43 [Вт], транзистор средней мощности.
Определим напряжение UКЭА из выражения:
=46.4 [В], (для транзисторов средней мощности UЗАП = (22.5) [В])

Рис. 1. Схема усилительного каскада

где KЗ–коэффициент запаса равный (0.70.95)
ЕП=2UКЭА=92.88 [B]
Сопротивление RK находим как:
Сопротивление RЭ вычисляется:

Считаем, что на вход подается какой-либо переменный сигнал, тогда для переменного сигнала параллельно включается . Для переменного сигнала будет идти по какой-либо другой динамической линии нагрузки. Она будет обязательно проходить через А.
Поэтому строим динамическую линию нагрузки.
Через точку А проводим линию динамической нагрузки, под углом .

; ;

где KM=1000 масштабный коэффициент.
Выбирая значения EП из стандартного ряда, тем самым изменяя положение динамической линии нагрузки, проверяем условие . В нашем случае условие выполнилось при EП=100 [B].
Расчет элементов фиксации рабочей точки
Фиксация рабочей точки A каскада на биполярном транзисторе (рис. 1) осуществляется резистивным делителем R1, R2. Выберем такой транзистор, у которого и . В нашем случае таким транзистором может быть транзистор КТ814Г.
Из положения рабочей точки и выходных характеристик транзистора, рассчитаем величину дифференциального коэффициента передачи тока базы :

Так же из входной характеристики находим входное дифференциальное сопротивление транзистора h11Э:

Рассчитаем величину по следующему эмпирическому соотношению: , где – тепловой ток коллекторного перехода, заданный в справочнике при температуре t0; А = 2,5 для кремниевых транзисторов. вычислим как , выберем . Рекомендуемое значение N вычисленное как

;

Вычислим R1, R2:

где
Корректность расчета оценим вычислением тока Iдел, причем необходимо соблюдение неравенства . Вычислим Iдел по формуле:

Полученное значение удовлетворяет соотношению
Найдем сопротивление резистивного делителя:

Найдем входное сопротивление данного каскада

.

Расчет емкостных элементов усилительных каскада
Для каскадов на биполярном транзисторе (рис. 1) значение емкостей конденсаторов C1,
C2, C3 рассчитаем по следующим формулам:

;
;
;

Расчет коэффициента усиления напряжения каскада

Определим выходные параметры для промежуточного каскада:

2.3 Расчет элементов промежуточного каскада

Выбор рабочей точки транзистора
Выбор рабочей точки А транзистора в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора IкА и напряжения UкэA в первоначальном предположении Rэ= 0. т.е. при заземленном эмиттере.
Точку покоя выберем исходя из заданных значений амплитуды напряжения на коллекторе UНМ и тока коллектора IНМ, которые по заданным значениям UН и IН определяются как UНМ= UН = 1.05 [В] и IНМ= IН.== 0.0008 [А].
Определим вид транзистора:
PК= UНМ IНМ =0.84 [мВт], значит транзистор малой мощности
Определим напряжение UКЭА из выражения:
=3.55 [В], (для транзисторов малой мощности UЗАП = (12.5) [В])
где KЗ–коэффициент запаса равный (0.70.95)
ЕП=2UКЭА=7,1 [B]
Сопротивление RK находим как:
Сопротивление RЭ вычисляется:

Считаем, что на вход подается какой-либо переменный сигнал, тогда для переменного сигнала параллельно включается . Для переменного сигнала будет идти по какой-либо другой динамической линии нагрузки. Она будет обязательно проходить через А. Поэтому строим динамическую линию нагрузки.
Через точку А проводим линию динамической нагрузки, под углом .

; ;

где KM=1000 масштабный коэффициент
Выбирая значения EП из стандартного ряда, тем самым изменяя положение динамической линии нагрузки, проверяем условие . В нашем случае условие выполнилось при EП=10 [B].
Расчет элементов фиксации рабочей точки
Фиксация рабочей точки A каскада на биполярном транзисторе (рис. 1) осуществляется резистивным делителем R1, R2. Выберем такой транзистор, у которого и . В данном случае таким транзистором может быть транзистор КТ209A.
Из положения рабочей точки и выходных характеристик транзистора, рассчитаем величину дифференциального коэффициента передачи тока базы :

где IК,IБ – окрестность рабочей точки А
Найдем ток IБА:

По входным характеристикам транзистора определим величину UБЭА =0,71 [B]
Так же из входной характеристики находим входное дифференциальное сопротивление транзистора h11Э:

Рассчитаем величину по следующему эмпирическому соотношению: , где – тепловой ток коллекторного перехода, заданный в справочнике при температуре t0; А = 2,5 для кремниевых транзисторов. вычислим как , выберем .
Рекомендуемое значение N вычисленное как

;

Вычислим R1, R2:

где
Корректность расчета оценим вычислением тока Iдел, причем необходимо соблюдение неравенства . Вычислим Iдел по формуле:

Полученное значение удовлетворяет соотношению
Найдем сопротивление резистивного делителя:

Найдем входное сопротивление данного каскада

.

Расчет емкостных элементов усилительных каскада

Для каскадов на биполярном транзисторе (рис. 1) значение емкостей конденсаторов C1,
C2, C3 рассчитаем по следующим формулам:

;
;
;

Расчет коэффициента усиления напряжения каскада:

Определим выходные параметры для входного каскада:

2.4 Расчет элементов входного каскада

Выбор рабочей точки транзистора
Выбор рабочей точки А транзистора в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора IкА и напряжения UкэA в первоначальном предположении Rэ= 0. т.е. при заземленном эмиттере.
Точку покоя выберем исходя из заданных значений амплитуды напряжения на коллекторе UНМ и тока коллектора IНМ, которые по заданным значениям UН и IН определяются как UНМ= UН = 0.11 [В] и IНМ= IН.= 0.00012 [А].
Определим вид транзистора:
PК= UНМ IНМ =0.013 [мВт], транзистор малой мощности
Определим напряжение UКЭА из выражения:
=2.61 [В], (для транзисторов малой мощности UЗАП = (12.5) [В])
где KЗ–коэффициент запаса равный (0.70.95)
ЕП=2UКЭА=5.22 [B]
Сопротивление RK находим как:
Сопротивление RЭ вычисляется:

Считаем, что на вход подается какой-либо переменный сигнал, тогда для переменного сигнала параллельно включается . Для переменного сигнала будет идти по какой-либо другой динамической линии нагрузки. Она будет обязательно проходить через А. Поэтому строим динамическую линию нагрузки.
Через точку А проводим линию динамической нагрузки, под углом .

; ;

где KM=10000 масштабный коэффициент
Выбирая значения EП из стандартного ряда, тем самым изменяя положение динамической линии нагрузки, проверяем условие . В нашем случае условие выполнилось при EП=6.3 [B].
Расчет элементов фиксации рабочей точки
Фиксация рабочей точки A каскада на биполярном транзисторе (рис. 1) осуществляется резистивным делителем R1, R2. Выберем такой транзистор, у которого и . В данном случае таким транзистором может быть транзистор КТ209A.
Из положения рабочей точки и выходных характеристик транзистора, рассчитаем величину дифференциального коэффициента передачи тока базы :

где IК,IБ – окрестность рабочей точки А
Найдем ток IБА:

По входным характеристикам транзистора определим величину UБЭА =0,55 [B]
Так же из входной характеристики находим входное дифференциальное сопротивление транзистора h11Э:

Рассчитаем величину по следующему эмпирическому соотношению: , где – тепловой ток коллекторного перехода, заданный в справочнике при температуре t0; А = 2,5 для кремниевых транзисторов. вычислим как , выберем .
Рекомендуемое значение N вычисленное как ;
Вычислим R1, R2:

где
Корректность расчета оценим вычислением тока Iдел, причем необходимо соблюдение неравенства . Вычислим Iдел по формуле:

Полученное значение удовлетворяет соотношению
Найдем сопротивление резистивного делителя:
Найдем входное сопротивление данного каскада

.

Расчет емкостных элементов усилительных каскада
Для каскадов на биполярном транзисторе (рис. 1) значение емкостей конденсаторов C1,
C2, C3 рассчитаем по следующим формулам:

;
;
;

Расчет коэффициента усиления напряжения каскада

2.5 Расчет элементов цепи ООС

По вычисленным в п. 2.1. значениям и рассчитаем величину

.

Найдем величину сопротивления обратной связи из следующего соотношения:

;
;
RОС = 77160 [Ом].

2.6 Расчет коэффициента усиления напряжения усилителя

Рассчитываемый коэффициент усиления всего усилителя равен произведению коэффициентов. усиления всех трех каскадов:

Что превышает необходимое 222.

3. Моделирование

Моделирование будем выполнять с помощью пакета схемотехнического моделирования Micro-Cap 3. В результате моделирования получим переходные и частотные характеристики как отдельных каскадов усилителя, так и всей структуры в целом. Целью моделирования является установление корректности расчета и степени соответствия расчетных параметров требованиям технического задания.

3.1 Корректировка схемы и определение ее параметров

Для получения результатов, определяемых исходными данными, произведем корректировку значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов усилителя. Полученные после корректировки значения приведены в спецификации (см. Приложения).
По графикам АЧХ и ФЧХ, полученным в результате моделирования определим значения K.
Реально достигнутый коэффициент K найдем из графика переходной характеристики:
а) для усилителя без обратной связи
K=307.6
б) для усилителя с обратной связью
K=300

Заключение

В результате выполнения данной курсовой работы были изучены методы проектирования и разработки электронных устройств в соответствии с данными технического задания. Был произведён расчёт статических и динамических параметров электронных устройств. А также было изучено практическое применение ЭВМ для схемотехнического проектирования электронных устройств. Для моделирования был использован пакет схемотехнического моделирования Micro-Cap 3. В ходе курсового проектирования было проведено моделирование усилителя в частотной и временной областях.

Библиографический список

1. Баскакова И.В., Перепёлкин А.И. Усилительные устройства: Методические указания к курсовой работе. – Рязань, РГРТА, 1997.36 с.
2. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник. К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И Давыдова и др. Под ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1982.656 с.
3. Транзисторы. Справочник. Издание 3-е. Под редакцией И.Ф. Николаевского. – М.: Связь, 1969.624 с.
4. Анализ электронных схем. Методические указания к лабораторным и практическим занятиям. Баскакова И.В., Перепёлкин А.И.Р.: 2000,32 с.

Приложения

Моделирование выходного каскада

Kuреальный ≈25

Моделирование промежуточного каскада

Kuреальный ≈7.6

Моделирование входного каскада

Kuреальный ≈2.5

Моделирование усилителя без ООС

Kuреальный ≈307.6

Моделирование усилителя с ООС

Kuреальный ≈300

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019