Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 45
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 MicroCapIII. При моделировании усилителя производится корректировка его параметров. 1.
Исходные данные
2. Расчетная часть
2.1 Расчет коэффициента усиления напряжения усилителя
Вычислим амплитудное значение напряжения на выходе: По известным значениям Uн
m
и Uвх
m
рассчитываем Koc
Усилителю с отрицательной обратной связью соответствует коэффициент передачи: Определим число каскадов усилителя. Пусть число каскадов равно 1 (n
= 1): где M
ос
(
w
)
– коэффициент частоты каскадов. Из этой формулы составим квадратное уравнение, и решим его относительно K
b
.
Пусть число каскадов усилителя равно 2 (n = 2): Из этой формулы составим квадратное уравнение, и решим его относительно K
b
тогда из полученных корней выбираем отрицательный Пусть число каскадов усилителя равно 3 (n = 3): Из этой формулы составим квадратное уравнение, и решим его относительно K
b
тогда из полученных корней выбираем отрицательный 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 I
кА
и напряжения U
кэ
A
в схеме рис. 1, в первоначальном предположении R
э= 0
. т.е. при заземленном эмиттере. Точку покоя выберем исходя из заданных значений амплитуды напряжения на коллекторе U
НМ
и тока коллектора I
НМ
, которые по заданным значениям U
Н
и I
Н
определяются как U
НМ
=
Определим вид транзистора: P
К
=
U
НМ
I
НМ
=0.43
[Вт], транзистор средней мощности. Определим напряжение U
КЭА
из выражения: ЕП
=2
U
КЭА
=92.88
[B] Сопротивление RK
находим как: Сопротивление RЭ
вычисляется: Считаем, что на вход подается какой-либо переменный сигнал, тогда для переменного сигнала параллельно Поэтому строим динамическую линию нагрузки. Через точку А проводим линию динамической нагрузки, под углом гдеKM
=1000
масштабный коэффициент. Выбирая значенияEП
из стандартного ряда, тем самым изменяя положениединамической линии нагрузки, проверяем условие Расчет элементов фиксации рабочей точки Фиксация рабочей точки A каскада на биполярном транзисторе (рис. 1) осуществляется резистивным делителем R
1
, R
2
. Выберем такой транзистор, у которого Из положения рабочей точки и выходных характеристик транзистора, рассчитаем величину дифференциального коэффициента передачи тока базы b
: Так же из входной характеристики находим входное дифференциальное сопротивление транзистора h
11Э
:
Рассчитаем величину Вычислим R1
,
R2
:
где Корректность расчета оценим вычислением тока I
дел
, причем необходимо соблюдение неравенства 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 C
1
, 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 I
кА
и напряжения U
кэ
A
в первоначальном предположении R
э= 0
. т.е. при заземленном эмиттере. Точку покоя выберем исходя из заданных значений амплитуды напряжения на коллекторе U
НМ
и тока коллектора I
НМ
, которые по заданным значениям U
Н
и I
Н
определяются как U
НМ
=
Определим вид транзистора: P
К
=
U
НМ
I
НМ
=0.84
[мВт], значит транзистор малой мощности Определим напряжение U
КЭА
из выражения: ЕП
=2
U
КЭА
=7,1
[B] Сопротивление RK
находим как: Сопротивление RЭ
вычисляется: Считаем, что на вход подается какой-либо переменный сигнал, тогда для переменного сигнала параллельно Через точку А проводим линию динамической нагрузки, под углом гдеKM
=1000
масштабный коэффициент Выбирая значенияEП
из стандартного ряда, тем самым изменяя положениединамической линии нагрузки, проверяем условие Расчет элементов фиксации рабочей точки Фиксация рабочей точки A каскада на биполярном транзисторе (рис. 1) осуществляется резистивным делителем R
1
, R
2
. Выберем такой транзистор, у которого Из положения рабочей точки и выходных характеристик транзистора, рассчитаем величину дифференциального коэффициента передачи тока базы b
: где D
I
К
,
D
I
Б
– окрестность рабочей точки А Найдем ток I
БА
: Так же из входной характеристики находим входное дифференциальное сопротивление транзистора h
11Э
:
Рассчитаем величину Рекомендуемое значение N
вычисленное как Вычислим R1
,
R2
:
где Корректность расчета оценим вычислением тока I
дел
, причем необходимо соблюдение неравенства 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 C
1
, 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 I
кА
и напряжения U
кэ
A
в первоначальном предположении R
э= 0
. т.е. при заземленном эмиттере. Точку покоя выберем исходя из заданных значений амплитуды напряжения на коллекторе U
НМ
и тока коллектора I
НМ
, которые по заданным значениям U
Н
и I
Н
определяются как U
НМ
=
Определим вид транзистора: P
К
=
U
НМ
I
НМ
=0.013
[мВт], транзистор малой мощности Определим напряжение U
КЭА
из выражения: ЕП
=2
U
КЭА
=5.22
[B] Сопротивление RK
находим как: Сопротивление RЭ
вычисляется: Считаем, что на вход подается какой-либо переменный сигнал, тогда для переменного сигнала параллельно Через точку А проводим линию динамической нагрузки, под углом гдеKM
=10000
масштабный коэффициент Выбирая значенияEП
из стандартного ряда, тем самым изменяя положениединамической линии нагрузки, проверяем условие Расчет элементов фиксации рабочей точки Фиксация рабочей точки A каскада на биполярном транзисторе (рис. 1) осуществляется резистивным делителем R
1
, R
2
. Выберем такой транзистор, у которого Из положения рабочей точки и выходных характеристик транзистора, рассчитаем величину дифференциального коэффициента передачи тока базы b
: где D
I
К
,
D
I
Б
– окрестность рабочей точки А Найдем ток I
БА
: Так же из входной характеристики находим входное дифференциальное сопротивление транзистора h
11Э
:
Рассчитаем величину Рекомендуемое значение N
вычисленное как Вычислим R
1
,
R
2:
где Корректность расчета оценим вычислением тока I
дел
, причем необходимо соблюдение неравенства 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 C
1
, Расчет коэффициента усиления напряжения каскада 2.5 Расчет элементов цепи ООС
По вычисленным в п. 2.1. значениям 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: 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
|