Расчет усилителя напряжения низкой частоты
Министерство
сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь
Белорусский Государственный
Аграрный Технический Университет
Кафедра АСУП
Курсовая
работа
"Расчет
усилителя напряжения низкой частоты"
Вариант №22
Выполнил студент
1эа группы второго курса
АЭФ
Тарасевич П. Г.
Минск 2009
Задание
№1
1.
Рассчитать усилитель напряжения низкой частоты (каскад предварительного
усиления), работающую на входную цепь следующего каскада, выполненного на таком
же транзисторе. Транзисторы включены по схеме с общим эмиттером и имеют
эмиттерную стабилизацию точки покоя.
2.
Смоделировать и исследовать рассчитанную схему на ПЭВМ, уточнить параметры
элементов схемы, получить временные диаграммы, амплитудно-частотные и
фазо-частотные характеристики с помощью программы "Microcap".
Исходные
данные для расчета приведены в таблице 1, где последовательно приведены
следующие параметры усилительного каскада:
1.
Тип транзистора и его зарубежный аналог.
2.
Uвх – входное напряжение, В.
3. KU
– коэффициент усиления по напряжению.
4. EK
– напряжение питания, В.
5. fн
– низшая рабочая частота, Гц.
В
результате расчета определить (Приложение А, рисунок 1):
2.
Определить емкости разделительных конденсаторов C1, C2, и блокировочного
конденсатора Cэ.
В
результате моделирования и исследования на ПЭВМ:
1.
Создать принципиальную электрическую схему усилителя.
2.
Уточнить параметры элементов схемы для получения заданного коэффициента
усиления.
3.
Получить временные диаграммы для входного и выходного напряжений (зависимость
Uвх от времени t и зависимость Uвых от времени t).
4.
Получить АЧХ и ФЧХ.
Исходные
данные:
1. КТ3108В
(2N3250A)
2. Uвх = 200mB;
3. KU =
3.5;
4. Ek =
14B;
5. fн = 200Гц ;
6.=100 ;
7. =60 В.
Производим
выбор режима работы транзистора по постоянному току.
Находим
амплитуду тока коллектора Ikm , для этого определяем:
− значение
выходного напряжения:
Uвых =Uвх ⋅ KU=0,2∙3,5=0,7
В;
− сопротивление коллектора выбираем из условия:
Rk ≈ (0.5 ÷ 2)kOм
где RH–
сопротивление на выходе усилительного каскада (сопротивление нагрузки или
по-другому, входное сопротивление следующего каскада);
При
определении RH исходим из условия:
Rk >> RH.
Определив
ориентировочно RH , проводим проверку правильности выбранного значения:
RH=0,05∙
Rk=0,05∙1000=50 Ом.
Ikm=0.7/50=14
мА.
Определим
постоянную составляющую тока коллектора:
Iko≥14 мА∕0,7=20 мА.
Значение
Uкэ0 принимаем равным типовому значению Uкэ0 = −5В.
На
выходных характеристиках (Приложение А, рисунок 2) отмечаем точку покоя П с
координатами Ik0, Uкэ0 и находим Iб0 Эту точку П переносим на семейство входных
характеристик (Приложение А, рисунок 3) и определяем при данных Iб0 и Uкэ0
значения напряжения база-эмиттер Uбэ0.
Определяем
входное сопротивление транзистора с ОЭ переменному току по входной
характеристике транзистора. Для этого проводим касательную в рабочей точке (на
семействе входных характеристик касательная проводится ближе к прямолинейному
участку, рисунок 3) и находим тангенс угла наклона в этой точке, т.е. ΔUбэ и ΔIб.
Rвх э= ΔUбэ∕ ΔIб=0,06 В∕0,2 мА=300 Ом.
Определяем
общее сопротивление коллекторной цепи постоянному току:
Rk+ R э=(14В-5В)/20мА=450 Ом
Произведем
расчет схемы УНЧ по переменному току:
-
определяем коэффициент усиления каскада без ООС:
КООС= KU=3,5
- коэффициент передачи
цепи ОС усилителя с ООС:
γ=(8,3-3,5)/8,3•3,5=0,167
-
определяем сопротивление, стоящее в цепи эмиттера и обеспечивающее ООС в
усилителе:
R э=(0,167•50•50)/(50+1)=8,2
Ом
Уточняем сопротивление
коллектора:
Rk=( Rk+ R э)- R э=450-11=439 Ом
Находим сопротивление
резисторов в цепи базы:
R1=R2=14-20,2∙8.2/0.0002=70 кОм
Определяем емкость
блокировочного конденсатора Cэ:
Cэ≥h21/(2Π fн(Rи+Rвх э) MCэ-1 )=
=50/(2∙3.14∙200(433.7+300)∙1.18-1=87мкФ
- где RИ внутреннее сопротивление источника
усиливаемого сигнала
RИ=1/439+1/70000+1/70000=433.7Ом
Коэффициент частотных искажений
учитывает влияние блокировочного конденсатора на частотные искажения:
MCэ=1,18
Тогда, Cэ≥87 мкФ
С2≥1/(2Π fн(RH +Rk) Мс2-1 )=1/200∙2∙3.14(1000+50)∙1.09-1=1.7мкФ
Тогда С2≥1.7 мкФ
С1≥1/(2Π fн(Rвх+ Rвых) Мс1-1 )=1/200∙2∙3.14∙300∙1.09-1=3мкФ
-где Rвых выходное
сопротивление делителя. Если Rвых неизвестно, то обычно полагают Rвых=0, в этом
случае С1 берут с некоторым запасом.
С1≥3мкФ
Общее входное
сопротивление УНЧ:
Rвх ус= Rвхэ+ Rэ(h21э+1)=300+8.186(50+1)=717.5 Ом
Принципиальная
электрическая схема усилителя с рассчитанными параметрами элементов с помощью программы
"Microcap"
Полученные временные диаграммы
для входного и выходного напряжений
Полученные АЧХ и ФЧХ
рассчитанного УК: