Усилитель с обратной связью

Министерство образования Российской Федерации

Рязанская государственная радиотехническая академия

Кафедра САПР ВС

УСИЛИТЕЛЬ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Электроника и электротехника»

Рязань 2002

1. Расчетная часть

1.1 Расчет коэффициента усиления напряжения и числа каскадов

1.2 Расчет статического режима

1.2.1 Выбор рабочей точки

1.2.2 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера

1.2.3 Расчет элементов фиксации рабочей точки

1.2.4 Расчет элементов повторителя

1.2.5 Расчет предыдущего каскада

1.2.6 Выбор рабочей точки

1.2.7 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера

1.2.8 Расчет элементов фиксации рабочей точки

1.2.9 Расчет элементов повторителя

1.3 Расчет емкостных элементов

1.4 Расчет элементов обратной связи

1.5 Расчет реально достигнутого в схеме коэффициента усиления K разомкнутого усилителя в области средних частот

1.6 Построение характеристики Moc ()

2. Моделирование

2.1 Основные параметры, выставляемые в библиотеке

2.1.1 Параметры транзисторов

2.1.2 Параметры генератора синусоидального напряжения

2.2 Основные параметры, выставляемые в лимитах

2.3 Корректировка значений элементов схемы

2.4 Результаты моделирования

2.4.1 Переходная характеристика входного каскада

2.4.2 Переходная характеристика выходного каскада

2.4.3 Переходная характеристика усилителя без ООС

2.4.4 Переходная характеристика усилителя в целом

2.4.5 Частотные характеристики усилителя

2.4.6 Схема усилителя

Заключение

Приложение

Библиографический список

Усилителями называются электронные устройства, предназначенные для усиления сигнала по мощности.

Основными параметрами усилителя являются коэффициент усиления, входное и выходное сопротивление усилителя и частотные характеристики: АЧХ и ФЧХ.

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 Microcap3. При моделировании усилителя производится корректировка его параметров.

1. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Расчет коэффициента усиления напряжения и числа каскадов

Найдем коэффициент усиления усилителя по напряжению:

Предположим, что усилитель состоит из одного каскада, тогда из уравнения

можно найти К, решая его как квадратное, причем нас интересует только отрицательный вещественный корень уравнения: К=-0.0681.

Тогда К=Кос (1—К)=221.0681=23.5>10, следовательно, усилитель нельзя построить на одном каскаде.

Усилитель на двух каскадах описывается формулой:

Отсюда К=-0.506. K=22(1 — К)=221.506=33.123<100

Следовательно, усилитель можно построить на двух каскадах.

1.2 Расчет статического режима

1.2.1. Выбор рабочей точки

Рабочую точку выбираем по формулам:

мА.

Uк_А=Um_н+Umin= В

Pк_А=Uк_АIк_А=100 мВт

Выбираем транзистор с параметрами: Iк_max=22 мА, Uк_max=18 В, P_max=400 мВт.

Таким транзистором может быть КТ339А.

Этой рабочей точке соответствует ток базы 275 мкА, и напряжение Uэб=0.68 В

1.2.2 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера

Выбираем напряжения питания: 36 В.

Ом Rэ=0.1Rк=245 Ом

1.2.3 Расчет элементов фиксации рабочей точки

N= = Iко

=0.003IкаN=

R2=Rэ (N—1)=2451.4=343 Ом.

1.2.4 Расчет элементов повторителя Ом.

1.2.5 Расчет предыдущего каскада Входное сопротивление оконечного каскада рассчитывается по формуле:

Rвх=R1||R2||h11э, где h11э — входное сопротивление транзистора, вычисляемое по входной характеристике в окрестности рабочей точки, и равно 500 Ом.

Rвх=1/(1/3218+1/343+1/500)=190 Ом.

Назначим коэффициент усиления оконечного каскада Квых=5, тогда Квх=4.5.

Тогда Uвх_m=Uвых_m/Квых=5.6 /5=1.581.6, Iвх_m=Uвх_m/Rвх=8.3 мА.

Рассчитываем входной каскад аналогично оконечному, с параметрами Uвых=1.6 В, Iвых=8.3 мА.

1.2.6 Выбор рабочей точки

мА.

Uка=Umн+Umin В

Pка=UкаIка=40 мВт Выбираем транзистор с параметрами: Iк. max=20 мА, Uк. max=8 В, Pmax=160 мВт.

Таким транзистором может быть КТ315Б.

Этой рабочей точке соответствует ток базы Iб_А=130 мкА, и напряжение Uбэ_А=0.5 В

1.2.7 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера

Ом Rэ=0.1Rк=310 Ом

1.2.8 Расчет элементов фиксации рабочей точки

N= = Iко

=0.0033Iка N=

R2=Rэ (N—1)=3101.4=434 Ом.

Входное сопротивление входного каскада: Rвх=R1||R2||h11э, где h11э — входное сопротивление транзистора, вычисляемое по входной характеристике в окрестности рабочей точки, и равно 600 Ом.

Rвх=3846||434||600=1/(1/3846+1/434+1/600)=236 Ом.

1.2.9 Расчет элементов повторителя Ом.

1.3 Расчет емкостных элементов Расчет разделительных емкостей рассчитывается по формуле:

где R_г — выходное сопротивление предыдущего каскада (или внутреннее сопротивление генератора), R_н — входное сопротивление следующего каскада (или сопротивление нагрузки), а _н =2f_н.

Пренебрегая выходным сопротивлением повторителей, получаем:

С₁=4 мкФ. С₂=6 мкФ. С₃=1.5 мкФ.

Емкости в цепи эмиттера рассчитывается по формуле:

С_э=,

где h_11э и h_21э — соответственно входное сопротивление транзистора и, рассчитываемые по входной и выходной ВАХ в окрестности рабочей точки. Для КТ339А h_11э=500 Ом, h_21э=50, а для КТ315Б h_11э=600 Ом, h_21э=80.

Сэ_вых=340 мкФ Сэ_вых=450 мкФ

1.4 Расчет элементов обратной связи Для усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению выполняется соотношение:

где составляет 5—10 Ом и отделяется от Rэ₁.

вычислим по известным K и K, рассчитанным в 2.1: =K/K=-0.506/33.1=-0.0153

Назначим =10 Ом. Тогда Rос= / — =10/0.0153—10 640 Ом.

1.5 Расчет реально достигнутого в схеме коэффициента усиления K разомкнутого усилителя в области средних частот В области средних частот реально развиваемый коэффициент усиления одного каскада определяется формулой:

где

Rг — выходное сопротивление предыдущего каскада или внутреннее сопротивление генератора,

R₁ и R₂ — сопротивления делителя,

Rн — сопротивление нагрузки или входное сопротивление последующего каскада, если каскад не имеет повторителя, или входное сопротивление повторителя, равное (1+)(R||Rн) Пренебрегая выходным сопротивлением повторителя, получаем:

=220

=26

K=KвыхKвх=5720>33.123, следовательно расчет усилителя окончен.

1.6 Построение характеристики Moc ()

Характеристика Moc () для двухкаскадного усилителя с отрицательной обратной связью описывается выражением:

Оно имеет одинаковый вид для нижних и верхних частот, но предполагает подстановку разных значений x: x=_н/ для области нижних и средних частот, x=/_в для средних и верхних частот.

усилитель электронный ток моделирование

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ Моделирование выполняется с помощью пакета схемотехнического моделирования MicroCap III. 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. В процессе моделирования при необходимости корректируются значения элементов схемы.

2.1 Основные параметры, выставляемые в библиотеке

2.1.1 Параметры транзисторов

2.1.2 Параметры генератора синусоидального напряжения

2.2 Основные параметры, выставляемые в лимитах

2.3 Корректировка значений элементов схемы При моделировании была произведена корректировка значений элементов схемы: скорректированы значения сопротивления обратной связи для обеспечения необходимого коэффициента усиления, и значения разделительных емкостей для выполнения условия Moc (_н)=0.73. Кроме того, значения емкостей и сопротивлений приведены к ряду стандартных значений Е24 согласно ГОСТ 10 318–80. Этот ряд включает 24 значения: 1; 1.1; 1.2; 1.3; 1.5; 1.6; 1.8; 2; 2.2; 2.4; 2.7; 3; 3.3; 3.6; 3.9; 4.3; 4.7; 5.1; 5.6; 6.2; 6.8; 7.5; 8.2; 9.1, которые можно умножать на любой порядок. Полученные после корректировки значения приведены в спецификации (см. Приложения).

2.4 Результаты моделирования

2.4.1 Переходная характеристика входного каскада

2.4.2 Переходная характеристика выходного каскада

2.4.3 Переходная характеристика усилителя без ООС

(примечание: вследствие большого коэффициента усиления усилителя без ООС, на выход подается не 0.36, а 0.1 В).

2.4.4 Переходная характеристика усилителя в целом

2.4.5 Частотные характеристики усилителя

2.4.6 Схема усилителя

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения данной курсовой работы были изучены методы проектирования и разработки электронных устройств в соответствии с данными технического задания. Был произведен расчет 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 MicroCap III. В ходе курсового проектирования было проведено моделирование многокаскадного усилителя с отрицательной обратной связью в соответствии с техническим заданием.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Перепелкин А. И., Баскакова И. В. Усилительные устройства: Методические указания к курсовой работе. — Рязань.: РГРТА, 1997. 36 с.

2. Справочник по полупроводниковым приборам. В. Ю. Лавриненко. Техника, 1980. 464 с.

3. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К. М. Брежнева, Е. И. Гантман, Т. И. Давыдова и др. Под редакцией Б. Л. Перельмана. — М.: Радио и связь, 1981. — 656 с., ил.

4. Н. А. Кажакин, А. В. Захаров. Машинный анализ линейных схем: Методические указания к практическим занятиям. — Рязань.: РРТИ, 1993. 28 с.