Аналоговая схемотехника
Министерство
связи и информатизации РФ
Сибирский
Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики Хабаровский филиал
Курсовой
проект
по Аналоговой
схемотехнике
Студента 3 курса СС и СК
Максимова Ю. В.
011С-289
г.
Хабаровск 2011
Оглавление
схема резисторный каскад усилитель транзистор
1. Задание
. Задача № 1
. Задача № 2
. Список
литературы
Задание курсового проектирования. Вариант № 89
Задача № 1
Начертить принципиальную схему резисторного каскада предварительного
усиления на биполярном транзисторе, включенном с общим эмиттером, с
использованием параллельной высокочастотной коррекции, рассчитать параметры
элементов схемы, коэффициент усиления в области средних частот, входные
параметры каскада и амплитуду входного сигнала. Должна быть применена
эмиттерная стабилизация тока покоя. Исходные данные для расчета:
Марка транзистора
|
КТ357Б
|
Амплитуда сигнала на
нагрузке, 1,5
|
|
Относительный коэффициент
усиления на верхней рабочей частоте, , раз1,2
|
|
Относительный коэффициент
усиления на нижней рабочей частоте, ,
раз0,85
|
|
Емкость нагрузки , пФ35
|
|
Сопротивление нагрузки, , кОм150
|
|
Верхняя рабочая частота, , МГц2,5
|
|
Нижняя рабочая частота, , Гц60
|
|
Внутреннее сопротивление
источника сигнала, , Ом200
|
|
Задача №2
Начертить принципиальную схему инвертирующего усилителя на операционном
усилителе без указания цепей подачи питания, коррекции АЧХ и элементов
балансировки. Рассчитать параметры элементов принципиальной схемы, кроме
разделительного конденсатора, определить максимально допустимую амплитуду
входного сигнала и частоту полюса АЧХ спроектированного усилителя, глубину
обратной связи. Исходные данные для расчета:
Коэффициент усиления ОУ, , раз2*104
|
|
Максимальный выходной ток, , А3*10-3
|
|
Максимальная амплитуда
выходного сигнала, , В8
|
|
Частота единичного
усиления, , МГц10
|
|
Выходное сопротивление, , Ом200
|
|
Расчетный сквозной
коэффициент усиления, , раз600
|
|
Сопротивление источника
сигнала, , Ом100
|
|
Задача № 1
. Приведем принципиальную схему усилительного каскада:
Рис
1. - Принципиальная схема каскада
.
Рассчитаем общую нагружающую каскад емкость :
пФ
3.
По семейству нормированных частотных характеристик (Рис.2) определяем
эквивалентное сопротивление каскада в области верхних частот .
Рис. 2
Для
этого на оси ординат отмечаем заданную величину . В нашем
случае она составляет 1,2. Затем проводим прямую, параллельную оси абсцисс.
Далее строим нормированную АЧХ, к которой проведенная прямая была бы
касательной (пунктир). Из точки касания опускаем перпендикуляр на ось абсцисс
для нахождения . В нашем случае=0.9.
Далее
необходимо найти коэффициент коррекции . Так как
построенная нами АЧХ проходит между соседними для =0,6 и =0,8, то
с достаточной степенью точности можно принять =0,7.
Физический смысл коэффициента коррекции - квадрат добротности контура.
.
Затем рассчитывается величина и
сопротивление в цепи коллектора , так как
образуется параллельным соединением и :
Ом
Ом
Для
выбираем ближайшее номинальное значение: =1.6 КОм.
.
Теперь определяем индуктивность корректирующей катушки :
Гн
.
Далее рассчитаем амплитуду тока в нагрузке и тока
покоя транзистора :
А
А
.
Напряжение покоя должно быть в несколько раз больше амплитуды сигнала.
По условию . Поэтому удобно принять (при этом напряжении обычно измеряются параметры
транзисторов).
.
Расчет элементов схемы эмиттерной стабилизации тока покоя начинается с
определения величин токов базы и
делителя :
,
где
А
А
Падение
напряжения на резисторе :
,
где
Ом
В
соответствии с таблицей номиналов Ом
Входное
сопротивление транзистора:
где
-сопротивление базы (спр. параметр).
Ом
Потенциал
базы :
,
где
В - напряжение база-эмиттер для маломощных кремниевых
транзисторов при токе покоя измеряемого единицами миллиампер. Расчетная величина
тока покоя устанавливается при настройке путем подбора сопротивлений резисторов
базового делителя.
В
Напряжение
источника питания:
В
Ом
Ом
В
соответствии с таблицей номиналов:
кОм
кОм
.
Коэффициент усиления каскада:
10.
Входное сопротивление и выходная емкость каскада:
где: - граничная частота транзистора
-сопротивление
эмиттера,
А
- емкость
коллектора
Ом
ФпФ
.
Амплитуда входного сигнала :
ВмВ
.
Величина допустимых искажений в области нижних частот распределяется с учетом
разрешенной к применению элементной базы и других соображений между переходной
цепью и цепью . В
данном случае ограничений нет и можно принять
Тогда
Ф
В
соответствии с таблицей номиналов: ФнФ
где:
Ом
- эквивалентное сопротивление генератора сигнала
- крутизна характеристики тока эмиттера
Тогда:
Ф
Результирующее
значение выбираем по таблице:
Ф=мкФ
Задача
№ 2
.
Нарисуем принципиальную схему усилителя (Рис. 3).
Цепи
коррекции и балансировки индивидуальны для каждого усилителя, и поэтому на рисунке
не показаны.
Рис.
3
.
Расчет начинается с определения сопротивления резистора защиты :
Ом
принимаем
ГОСТ R4=3кОм
где:- максимальная амплитуда выходного сигнала
-
максимальный постоянный выходной ток
Справедливость приведенного выражения можно пояснить с помощью
амплитудной характеристики ОУ, приведенной на Рис. 4:
Рис.
4 - Амплитудная характеристика ОУ
Буквами
и отмечено
напряжение источников питания, а буквами и - максимальная амплитуда выходного сигнала. На Рис. 4
, но это условие на практике не всегда выполняется.
Полный раствор входной характеристики , как
правило, измеряется долями милливольта. Поэтому в схемах обработки аналоговых
сигналов с помощью ООС его приходится искусственно расширять. С помощью предотвращают перегрузку ОУ. Следует отметить, что
значительная часть ОУ снабжена внутренней защитой и тогда не ставится.
.
Далее надо рассчитать сопротивление резистора . При
этом следует учитывать два обстоятельства. Во-первых, сопротивление не должно шунтировать нагрузку, а, во-вторых,
сопротивление желательно выбирать возможно меньшей величины, чтобы
обеспечить минимальные фазовые искажения в цепи ОС.
Часто
выбирают .
Ом=кОм.
В
соответствии с таблицей номиналов выбираем кОм.
.
Прежде, чем приступить к расчету , следует
обратиться к двум вспомогательным формулам. Коэффициент усиления ОУ,
охваченного ООС , рассчитывается по формуле:
,
где - коэффициент усиления без ООС
-
коэффициент передачи цепи обратной связи.
В
данном случае
Поскольку
по условию и заданы,
то необходимо согласно первому выражению рассчитать величину :
Согласно
второму выражению
Ом.
По
таблице выбираем номинальное значение: Ом.
Для
того, чтобы не дебалансировать усилитель за счет хотя и малых, но всё же
имеющих место входных токов, выбирают .
.
Входное и выходное сопротивления рассчитываются по формулам:
Ом
Ом=6,7kOm
.
Входная емкость самого ОУ (несколько пикофарад) пренебрежимо мала по сравнению
с емкостью, вносимой за счет параллельной по входу ООС. Собственно емкостная
составляющая цепи ООС создается за счет проходной емкости резистора (на Рис.
3 обозначена пунктиром).
Тогда
,
где
пФ:
.
Максимальная амплитуда входного сигнала зависит
только от максимальной амплитуды выходного сигнала и коэффициента усиления:
В=1,3мВ
8.
Глубина обратной связи:
.
Определение частоты полюса . У
реальных ОУ АЧХ круто падает при увеличении частоты сигнала. Для проведения
инженерных расчетов удобно пользоваться идеализированной АЧХ, приведенной на
Рис. 5. На оси ординат в логарифмическом масштабе отмечается паспортная
величина , а на оси абсцисс - частота единичного усиления - это частота, на которой уменьшается до единицы.
По
заданию ,= 10 МГц.
Затем
от отметки на оси ординат проводится прямая, параллельная оси абсцисс, до
частоты
Гц
и
эта точка соединяется с отметкой . Всегда
наблюдается закономерность: чем больше , тем
меньше .
Для
нахождения частоты на оси ординат идеализированной АЧХ отмечается
заданный коэффициент усиления и
проводится прямая, параллельная оси абсцисс до пересечения с АЧХ (пунктир на
Рис. 5). Из точки пересечения опускается перпендикуляр на ось абсцисс. АЧХ
спроектированного усилителя будет ограничиваться горизонтальной пунктирной
линией и склоном АЧХ ОУ.
Рис.
5 - Идеализированная АЧХ усилителя
Список
литературы
1. Задания и методические указания к курсовому проектированию по дисциплине
«Основы схемотехники» А.В. Ананьин, СибГУТИ ХФ, 2002
2. Аналоговая схемотехника устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения
А.В. Ананьин, СибГУТИ ХФ, 2000
3. Пособие по выполнению и оформлению курсовых работ и дипломных проектов.