Аналоговые электронные устройства - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Требования к сопротивлению усилителя. Определение режима транзистора. Цепи питания и термостабилизация. Параметры эквивалентной схемы. Промежуточный каскад усиления. Параметры усилителя в области малых времен. Расчет запаса устойчивости усилителя.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Курсовой проект 51 с., 12 рис., 5 источников.
ИМПУЛЬСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, ВРЕМЯ УСТАНОВЛЕНИЯ, СПАД ПЛОСКОЙ ВЕРШИНЫ ИМПУЛЬСА, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ, ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ, РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ.
Объектом исследования является усилительное устройство как один из классов аналоговых электронных устройств.
Цель работы - практическое ознакомление с методами проектирования импульсных усилителей при составлении и расчете схемы измерительного усилителя.
Анализ усилительных устройств возможен во временной и в частотной области. При проектировании импульсных усилителей основную роль играют переходные искажения, поэтому решение будем производить с помощью известных временных характеристик, основываясь на их связи с частотными показателями приборов.
Курсовой проект выполнен с использованием математического пакета MathCad 15. Пояснительная записка оформлена с помощью текстового редактора Microsoft Word 2013.
2.1 Возможные решения поставленной задачи
2.2 Выбор и обоснование структурной схемы
2.3 Требования к входному сопротивлению усилителя
3.1.1 Определение режима транзистора
3.1.2 Расчет параметров транзистора
3.1.4 Цепи питания и термостабилизация
3.2 Предоконечный каскад - повторитель
3.2.1 Обоснование выбранного режима транзистора
3.2.2 Параметры эквивалентной схемы транзистора
3.3.2 Параметры эквивалентной схемы транзистора
3.4.1 Обоснование выбранного режима
3.4.2 Параметры эквивалентной схемы транзистора
5.2 Параметры усилителя в области малых времен
5.3 Расчет параметров в области больших времен
6. Расчет запаса устойчивости усилителя


Поскольку скважность большая ток покоя, возьмем из диапазона (3…10) мА [1].
Напряжение на коллекторе в рабочей точке определяем, исходя из известного значения и запасом на термостабилизацию 1 В.
По статическим характеристикам транзистора, приведенным в приложении А, определяем и .
Для того, чтобы подогнать напряжение источника питания к стандартной величине 12 В, установили падение напряжения на эмиттере 1,5 В. Таким образом, напряжение источника питания не превышает значение предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер и нет причин, в силу которых следовало бы отказаться от использования транзистора КТ607А-4 в выходном каскаде. На рисунке 3.2 показан режим работы транзистора. Поставленную задачу можно решать графическим методом, но при этом нельзя забывать о наличии неточностей при построении нагрузочной прямой и характеристик транзистора.
Рисунок 3.2 Режим выходного каскада

Входное сопротивление транзистора переменному току можно определить по аналитическому выражению, определяемому эквивалентной схемой, но более точно и надежнее определить по входной характеристике. По формуле (3.4) имеем:
Коэффициент передачи тока базы определяется как отношение приращения к (по графическим характеристикам):
Крутизна характеристики в этом случае можно определить по следующей формуле (3.6):
Для расчета объемного омического сопротивления базы по формуле (3.7) нужно воспользоваться необходимыми значениями величин, указанных в справочнике [].
Пересчет емкости коллекторного перехода ведем по формуле (3.8). Значение необходимого напряжения берем в середине импульса, а не в рабочей точке, потому как по мере нарастания значение емкости существенно увеличивается.
Ввиду того, что для следующего каскада также выбран транзистор КТ607А-4, то некоторые из рассчитанных в этом пункте величин будут использованы в дальнейшем.
Граничную частоту усиления по току транзистора с ОЭ найдем по формуле (3.9):
Частотные свойства каскада характеризуются постоянной времени на верхних частотах, которая в свою очередь связана со временем установления импульса:
Входная динамическая ёмкость определяется по формуле:
Подставляя численные значения получим:
Сопротивлением в данной схеме (рисунок 3.1) будет величина:
В техническом задании задан диапазон температур, в котором усилитель должен обеспечивать стабильную работу. Определим степень ухода рабочей точки при изменении температуры в заданном диапазоне. Для этого будем руководствоваться [1] и используем следующие формулы:
где - мощность, рассеиваемая на коллекторе;
- тепловое сопротивление «переход-среда».
где - постоянная рассеиваемая мощность в миллиамперах;
Мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе в статическом режиме:
Разность между температурой коллекторного перехода и справочным значением этой температуры:
Приращение тока коллектора, вызванного тепловым смещением проходных характеристик:
где - приращение напряжения за счет теплового смещения характеристик.
где - температурный коэффициент напряжения, равный .
Изменение обратного (неуправляемого) тока коллектора:
где - коэффициент показателя, для кремниевых транзисторов равен 0,13.
Приращение тока коллектора вызванное :
Приращение коллекторного тока, вызванного изменением , определяется соотношением:
Общий уход коллекторного тока транзистора с учетом схемы термостабилизации определяется следующим выражением:
При использовании эмиттерной схемы термостабилизации, коэффициенты и соответственно равны:
где - крутизна транзистора для стабилизации режима по постоянному току.
Приступаем к непосредственному расчету температурной стабильности рабочего режима выходного каскада усилителя. В соответствии с требованиями ТЗ усилитель должен работать в диапазоне температур . Мощность, рассеиваемая на коллекторе:
Зная элементы схемы, можно рассчитать коэффициенты термостабилизации по формулам (3.27) и (3.28):
Значение , приводимое в справочной литературе, представляет собой сумму тепловой составляющей и поверхностного тока утечки. Для данного транзистора в справочнике приведено 2 значения , поэтому расчет будем вести по следующим формулам [6].
Окончательное значение получим по формуле (3.26):
На выходных характеристиках (рисунок 3.3) можно показать, что такой уход тока не приведет к нежелательным явлениям. Можно также оценить относительный уход стабилизированного тока коллектора
Подводя итоги, можно сказать, что расчеты проводились по довольно грубым оценкам, но в сторону ухудшения показателей. Тем не менее, уход коллекторного тока составил в сторону увеличения и в сторону уменьшения.
Поскольку транзистор остался прежний, рабочая точка осталась неизменной.
В процессе проектирования усилителя было установлено, что включение в схему фильтра не целесообразно, поскольку на данном этапе сопротивление фильтра получается небольшим, его стабилизирующее влияние на схему не значительно. Исходя из этого зададим напряжение на эмиттере В.
Проводим расчет каскада в области ВЧ (без учета обратной связи) по формуле (3.11), но без второго слагаемого (так как нагрузку перебросили в эмиттер):
Под влиянием обратной связи (ОС) уменьшится значение постоянной времени цепи и время установления:
Найдем входное сопротивление каскада. Под действием ОС оно увеличится в глубину ОС.
Тогда входное сопротивление можно найти по следующей формуле:
Значение входной динамической емкости уменьшится, что дает возможность использовать ее в последующих каскадах:
Приступим к расчету температурной стабильности каскада. Большинство параметров не изменились, поскольку транзистор и его рабочая точка остались прежними, но для наглядности приведем их значения.
Рассчитаем коэффициенты термостабилизации по формулам (3.40) и (3.41):
Ориентируясь на справочные данные транзистора определяем:
Окончательное значение получим по формуле (3.26):
На выходных характеристиках (рисунок 3.1.3) можно показать, что такой уход тока не приведет к нежелательным явлениям. Можно также оценить относительный уход стабилизированного тока коллектора:
По сравнению с выходным каскадом, уход коллекторного тока больше. Возможно причина в том, что в каскаде используется мощный транзистор, который имеет большой обратный ток коллектора.
Схема каскада представлена на рисунке 3.6. Для данного каскада необходимо выбрать маломощный транзистор.
Предельно допустимый ток коллектора:
Данным требованиям удовлетворяет транзистор КТ339А.
Рисунок 3.6 - Схема предварительного каскада усиления
Как рекомендуется в литературе режим работы транзисторов при слабых сигналах выбирают на основании справочных данных, то есть для получения стандартных (в большинстве случаев оптимальных) характеристик транзистора. Обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов и [1].
Рисунок 3.7 - Режим работы транзистора
Расчет показывает, что напряжение источника питания для промежуточных каскадов получается значительно меньше, чем для оконечного каскада. Чтобы питать все каскады усилителя от одного источника питания, промежуточные каскады следует подключать к нему через фильтрующую цепь, служащую, кроме того, для устранения паразитной ОС через источник питания.
Номиналы фильтрующей цепи определяются следующим образом:
где - подъем плоской вершины в середине импульса;
Установим напряжения на эмиттере равное 1,4 В.
Через цепь фильтра будут протекать два тока: ток, входного каскада и ток промежуточного. Обобщая вышеизложенное получаем:
С целью улучшения развязки по питанию цепь базового делителя включена после фильтрующей цепи
Подводя итоги, можно сказать, что расчеты проводились по довольно грубым оценкам (без учета стабилизирующего влияния фильтра), но полученный результат вполне допустим.
Схема каскада представлена на рисунке 3.8.
Рисунок 3.8 - Схема входного каскада
Как видно из схемы, данный каскад полностью повторяет предыдущий. Большинство характеристик, а также транзистор остались прежними. Назначение данного каскада - обеспечение нужной полярности напряжения на выходе, так как обеспечить требуемое усиление можно было ранее.
Каскад будет питаться через фильтрующую цепь.
Установим напряжения на эмиттере равное 1 В.
Через цепь фильтра будут протекать два тока: ток, входного каскада и ток промежуточного. Обобщая вышеизложенное получаем:
С целью улучшения развязки по питанию цепь базового делителя включена после фильтрующей цепи:

Искажения, создаваемые входной цепью на верхних частотах:
где времена нарастания соответственно выходного, предоконечного, промежуточного, и входного каскадов. Отпустим на входную цепь время нарастания . Тогда итоговое время нарастания всего усилителя:
Видим, что итоговое время нарастания сигнала намного меньше максимально допустимого.
Значение постоянной времени входной цепи будет равно:
Определим значение регулировочного сопротивления по следующей формуле:
Коэффициент деления входного сигнала при отсутствии (крайнее верхнее положение движка потенциометра):
Такой коэффициент деления будет, если подавать на вход 5,5 мВ. Общий коэффициент в данном случае равен произведению коэффициентов усиления всех каскадов:
Сигнал усиливается с некоторым запасом (по условию ТЗ коэффициент усиления должен быть равен 1091). Для усиления импульсов с амплитудой 55 мВ необходимо уменьшить их с помощью схемы регулировки в 10 раз, т.е. коэффициент деления . Договоримся, что ту часть регулировочного сопротивления, которая находится сверху от бегунка, мы обозначим за , а ту часть, которая находится снизу обозначим за .
Зная требуемый коэффициент деления необходимо найти - долю сопротивления ниже движка регулировочного потенциометра. Это можно сделать из следующего равенства:
Упуская большие математические выкладки, запишем результат:
Максимальная постоянная времени первого каскада с учётом схемы регулировки усиления получается, когда будет выполняться условие:
Теперь можем посчитать время нарастания выходного сигнала с учетом времени нарастания входного сигнала всего усилителя:
где и сопротивления слева и справа от рассматриваемой емкости, соответственно.
Для блокирующей емкости справедливо [1]:
Можно попытаться разделить поровну спад плоской вершины импульса, равный , между всеми емкостями, создающими искажения на нижних частотах. В целях унификации всех элементов, а также обеспечения низкочастотной коррекции в схеме (будет показано далее) установим номиналы всех разделительных емкостей равными:
Для удобства дальнейших обозначений определимся с нумерацией каскадов. Входной каскад будет первым и так далее. В результате, по формуле (5.1), находим:
(рассмотрен наиболее неблагоприятный случай, когда движок потенциометра находится в нижнем положении, причем остаточным сопротивлением пренебрегаем),
Величина спада, создаваемая разделительными емкостями:
Положим, что на спад также нужен запас порядка , то есть суммарный спад не должен превышать . Это означает, что на одну блокировочную емкость допускается спад от общего. преобразуем формулу (5.2) в расчетную для емкости и определим необходимое значение:
С учетом выбранных номиналов посчитаем создаваемый спад:
По заданию требуется обеспечить в схеме низкочастотную коррекцию. Для этого необходимо выполнение условия:
Подъем плоской вершины импульса за счет фильтрующей ячейки [7]:
Поскольку в схеме две фильтрующих цепи, разделим результирующий спад между ними. Допустим, на входной каскад отпустим 6%, а на промежуточный 1%.
Для входного каскада значение будет равно:
где - итоговый коэффициент усиления;
- коэффициент передачи коллектор VT4 - шина питания;
- коэффициент передачи первого фильтра в области нижних частот;
- коэффициент передачи второго фильтра в области нижних частот;
- коэффициент передачи фильтр база VT1.
Полученное значение меньше 0,06, а это значит усилитель устойчив и обладает большим запасом по устойчивости, т.е. можно использовать источник питания низкого качества с большим внутренним сопротивлением.
Рисунок A.1 - Переходная характеристика
Корпус металлический, герметичный, с гибкими выводами. Масса транзистора не более 0.4г.
Таблица Б.1 - Электрические параметры.
Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте:
Емкость коллекторного перехода, пФ:
Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте, пс:
Максимально допустимые параметры. Гарантируются при температуре окружающей среды .
постоянный ток коллектора, мА………………......……….150
постоянное напряжение коллектор-база, В………..................40
постоянное напряжение база-эмиттер, В………………………4
постоянное напряжение коллектор-эмиттер, В……..................35
постоянная рассеиваемая мощность коллектора при , мВт …………………………………………………….…1500
температура перехода, …………………...……………….150
тепловое сопротивление переход - окружающая среда, .73
Допустимая температура окружающей среды, …….….….
Справочные данные на транзистор КТ339А.
Таблица Б.2 - Электрические параметры.
Статистический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ, МГц
Коэффициент усиления по мощности, дБ
Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте
Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте, пс
Максимально допустимые параметры. Гарантируются при температуре окружающей среды .
постоянный ток коллектора, мА…………………………….25
постоянное напряжение коллектор-база, В…………….…….40
постоянное напряжение база-эмиттер, В……………...………4
постоянное напряжение коллектор-эмиттер, В……………......25
постоянная рассеиваемая мощность коллектора, мВт
температура перехода, …………….…………………...….175
Допустимая температура окружающей среды, …..…...….. -60…150
К73-17В 63 В 2,2мкф 10% ОЖО.464.181 ТУ
К73-16 63 В 6.8 мкф 10% ОЖО.464.181 ТУ
ОСК53-1 15 В 68 мкФ 10% АДПК.673.641.001ТУ
ОСК53-1 15 В 68 мкФ 10% АДПК.673.641.001ТУ
ОСК53-1 15 В 68 мкФ 10% АДПК.673.641.001ТУ
Усилительный каскад с применением транзистора как основа электроники. Расчет импульсного усилителя напряжения с определенным коэффициентом усиления. Выбор схемы усилителя и транзистора. Рабочая точка оконечного каскада. Расчет емкостей усилителя. курсовая работа [497,5 K], добавлен 13.11.2009
Составление эквивалентной схемы усилителя для области средних частот, расчет его параметров. Определение сопротивления резистора, мощности, рассеиваемой им для выбора транзистора. Вычисление полного тока, потребляемого усилителем и к.п.д. усилителя. контрольная работа [133,5 K], добавлен 04.01.2011
Составление структурной схемы усилителя низкой частоты радиоприемника и принципиальной схемы выходного каскада. Расчет входного сопротивления плеча. Основные параметры биполярного транзистора. Расчет двухтактного транзисторного каскада мощного усиления. курсовая работа [1,0 M], добавлен 07.12.2012
Структурная схема усилителя. Определение числа каскадов, распределение искажений по ним. Расчет требуемого режима и эквивалентных параметров транзистора, предварительных каскадов. Расчет усилителя в области нижних частот. Оценка нелинейных искажений. курсовая работа [3,1 M], добавлен 08.09.2014
Расчёт параметров усилителя, анализ различных схем термостабилизации. Характеристика эквивалентных моделей транзистора. Параметры схемы Джиаколетто. Определение эмиттерной коррекции, схемы термостабилизации. Расчет результирующего коэффициента усиления. курсовая работа [2,0 M], добавлен 25.04.2015
Разработка и расчет схемы двухтактного усилителя мощности с заданными параметрами. Расчет оконечного, промежуточного и входного каскада. Выбор цепи стабилизации тока покоя. Результирующие характеристики усилителя. Требования к мощности источника питания. курсовая работа [617,9 K], добавлен 16.10.2011
Параметры избирательного усилителя. Выбор функциональной схемы устройства. Расчет основных узлов. Схема неинвертирующего усилителя. Оптимальный коэффициент усиления полосового фильтра. Номиналы конденсаторов и резисторов. Частотные характеристики фильтра. курсовая работа [1,6 M], добавлен 14.07.2013
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Аналоговые электронные устройства курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Диссертации По Специальности 08.00 05
Какие Подвиги Важно Помнить Сочинение Итоговое
Реферат: Соціальний психолог як учасник соціальних змін
Литературные Прогнозы На Хх Век Диссертация
Реферат: На школьном Интернет-сайте
Реферат по теме Предмет и задачи фармакологии
Сочинение О 75 Великой Отечественной
Добрый Поступок Пример Из Жизни Для Сочинения
Сочинение По Географии 5 Класс
Статья: Организация и управление коммерческим отделом в оптово-розничных компаниях
Фипи Сочинение По Литературе 2022 Направления
Кредитная Политика Коммерческого Банка Курсовая Работа
Реферат: Возникновение и развитие экономики Египта. Скачать бесплатно и без регистрации
Сочинение На Тему Летом
Дипломная работа по теме Социально-психологический климат коллектива и удовлетворённость трудом персонала в коммерческой фирме
Отчет по практике по теме Тенденции развития деятельности Национального банка на денежно-кредитном рынке
Курсовая работа: Проектирование привода ленточного транспортера
Контрольная работа по теме Товарные и фондовые биржи
Реферат по теме Журнально-ордерна форма бухгалтерського обліку
Дипломная Работа На Тему Диалекты Англии. Диахронический Анализ
Причинение вреда, при задержании лица, совершившего преступление - Государство и право курсовая работа
Аттестация бухгалтеров и аудиторов - Бухгалтерский учет и аудит реферат
Экомузеи Кемеровской области - География и экономическая география дипломная работа