Курсовая работа: Методы проектирования и моделирования усилителей
💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
2. Расчёт коэффициента усиления напряжения разомкнутого усилителя
6. Расчет реально достигнутого в схеме коэффициента усиления Kразомкнутого усилителя в области средних частот
7. Построение характеристики Moc(w)
Значительные изменения во многих областях науки и техники обусловлены развитием электроники. В настоящее время невозможно найти какую-либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы. Одними из таких приборов являются усилители электрических сигналов. Частный случай управления энергией, при котором путём затраты небольшого её количества можно управлять энергией, во много раз большей, называется усилением. При этом необходимо, чтобы процесс управления являлся непрерывным, плавным и однозначным. Устройство, осуществляющее такое управление, называется усилителем.
Если управляющая и управляемая энергии являются электрическими, то такой усилитель называют усилителем электрических сигналов. Эти усилители широко используются во всех областях техники.
По роду усиливаемых сигналов их подразделяют на усилители гармонических сигналов и усилители импульсных сигналов.
В зависимости от характера нагрузки и назначения различают усилители напряжения, тока, мощности. Такое разделение условно, так как в любом случае, в конечном счете, усиливается мощность.
В зависимости от типа используемых в усилителе активных элементов различают усилители ламповые, полупроводниковые, магнитные, оптоэлектронные, диэлектрические.
В ряде случаев усилители выполняют комбинированными с применением активных элементов различных типов. Кроме того, их иногда подразделяют на усилители прямого усиления и усилители с преобразованием усиливаемого сигнала.
Примерная структура усилителя представлена рис.1. В качестве приёмника может использоваться другой усилитель или какое-либо исполнительное устройство.
Задачей данной курсовой работы является ознакомление с методами проектирования усилителей и их разработкой с использованием САПР.
2. Расчёт коэффициента усиления напряжения разомкнутого усилителя
Коэффициент усиления разомкнутого усилителя определяется соотношением,
где K oc
коэффициент усиления замкнутого усилителя, который определяется по формуле
Здесь U н
m
это амплитуда выходного напряжения определяется по данным в таблице исходных данных значениям P н
и R н
по следующим формулам:
Kb-находится из характеристики М ОС
(w).Предположим, что усилитель реализовывается на одном каскаде n=1 тогда характеристика имеет следующий вид:
Получаем следующее квадратное уравнение, которое решаем относительно Кb.
Принимаем отрицательное значение . Тогда коэффициент усиления будет равным .
Так как К>10 то структура с одним каскадом неприемлема. Предположим теперь что число каскадов усилителя n=2.
Тогда функция М ОС
(w) для верхних и нижних частот будет выглядеть следующим образом:
Получаем следующее квадратное уравнение, которое решаем относительно. Кb.
Принимаем отрицательное значение . Тогда коэффициент усиления будет равным . Так как К
<100, то принятое число каскадов n=2 полностью подходит. Примерная схема усилителя показана на рис.3
Рис.3.Двух каскадный усилитель с ООС.
а) Выбор рабочей точки транзистора.
Выбор рабочей точки А транзистора, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора I КА
и напряжения U КЭА
в схеме рис.4 в первоначальном предположении R Э2
=0, т. е. При заземлённом эмиттере.
Точка покоя выбирается исходя из данных значений амплитуды напряжения на коллекторе U m
и тока коллектора I m
, которые по заданным значениям U н
и I н
определяются, как
Для режима класса А координаты рабочей точки А должны удовлетворять неравенствам:
для каскада на БТ, где , - напряжение на коллекторе, соответствующее квазигоризонтального участка выходных ВАХ; - коэффициент запаса. Для транзисторов малой мощности рекомендуется принять =1-2В, для мощных транзисторов - =2-4В. Выбираем значения , =1,5В тогда получим
Далее строится предположительная область ВАХ транзистора каскада, ограниченная значениями
максимально рассеиваемой мощности на коллекторе.
Затем по справочникам выбираем транзистор, удовлетворяющий при заданной следующим требованиям:
- тип проводимости транзистора p-n-p
- справочные величины максимально допустимых мощностей
- справочные величины максимально допустимых токов и напряжений
Выбранный транзистор ГТ405А обладает следующими параметрами:
- диапазон рабочих температур - 40..+55 0
С
ВАХ транзистора показаны в приложение1.
Из ряда напряжений выберем значение питающего напряжения Е удовлетворяющего условию в данном случае примем Е=24В.
б) Выбор сопротивлений
R k
2
,
R
Э2
.
Для усилительного каскада на БТ значение сопротивления R к2
вычисляется как
где U KA
-потенциал коллектора принимается равным расчитаному по (1).
На семействе выходных ВАХ может быть построена линия нагрузки R к2
(см. приложение2).
Сопротивление R Э
находим из соотношения .
Положение линии распределённой нагрузки после фиксации значений R К2
, R Э2
может быть определено из следующих соотношений:
Подставив значения R К2
, R Э2
и Е в (5) получим линию нагрузки
которая наносится на семейство выходных ВАХ (см. приложение2). По этой линии можно уточнить положение рабочей точки А ’
.Положение рабочей точки относительно А изменяется несущественно поэтому коррекцией можно пренебречь. Через точку А отмечается характеристика с параметром I
бА
=0,51мА. Далее через точку А проводится линия динамической нагрузки под углом . Линию можно построить по двум точкам одна из которых точка А, а другая имеет координаты (U КЭА
+DU;0) ,где
Потом проверяются значения амплитуд тока I
н
m
и напряжения U
н
m
. значение U
н
m
не удовлетворяет исходным данным следовательно необходимо включить каскад с ОК(рис5).
Построим новую линию динамической нагрузки. Где в качестве нагрузки выступает входное сопротивление каскада с ОК.
По формуле (6) . Построение (см. приложение3) показывает, что значение U
н
m
удовлетворяет исходным данным. Переходим к расчёту элементов фиксации рабочей точки.
в) Расчёт элементов фиксации рабочей точки.
Фиксация рабочей точки А осуществляется резистивным делителем R 3
, R 4
.Связь между напряжениями и токами транзистора в режиме покоя для схемы рис.4 определяется следующими выражениями:
U бЭА
=0,46В определяется по входным ВАХ транзистора (приложение4) при токе I бА
=0,51мА, а ток ;
Сопротивление R 3
из (8) и (9) равно:
Для определения R 4
используется связь его значения с коэффициентом нестабильности N равным для схемы рис.4
где DI K
, DI К0
– температурные изменения соответствующих токов;b=h 21Э
в схеме с ОЭ определяется в области рабочей точки по выходным ВАХ (приложение3).
Величина DI К0
расчитывается по эмпирическому соотношению:
где I K
0
(t 0
)=25мкА-тепловой ток коллекторного перехода в схеме с ОБ заданный в справочнике при температуре t 0
=55; для германиевых транзисторов А=2. Из (12) получаем
тогда N вычесленное по (11) будет равно:
Согласно (11) рассчитаем значение R 4
:
Подставив в соотношение (10) значение R 4
получим:
Оценим корректность расчёта вычислением тока I Д
по (9).
Соотношение выполняется, следовательно, значение сопротивлений можно считать приемлемым. Можно перейти к расчёту входного каскада. Исходными данными для него будут являться входное напряжение и ток выходного каскада, а так же входное сопротивление.
, где , определяется по входным ВАХ транзистора (приложение4).
а) Выбор рабочей точки транзистора.
Выбор рабочей точки А транзистора аналогично проделанному выше для выходного каскада, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора I КА
и напряжения U КЭА
в схеме рис.6 в первоначальном предположении R Э1
=0, т. е. При заземлённом эмиттере.
Снова точка покоя выбирается исходя из данных значений амплитуды напряжения на коллекторе и тока коллектора . Для режима класса А координаты рабочей точки А должны удовлетворять неравенствам (1). Выбираем , =1,5В тогда получим
Далее строится предположительная область ВАХ транзистора каскада, ограниченная значениями (2) и гиперболой (3) максимально рассеиваемой мощности на коллекторе.
Выбранный ранее транзистор удовлетворяет условиям:
-тип проводимости транзистора p-n-p
справочные величины максимально допустимых мощностей
- справочные величины максимально допустимых токов и напряжений
ВАХ транзистора показаны в приложение 1.
б) Выбор сопротивлений
R k
1
,
R
Э1
.
Для усилительного каскада на БТ значение сопротивления R к1
вычисляется по формуле (4).
На семействе выходных ВАХ может быть построена линия нагрузки R к1
(см. приложение5).
Сопротивление R Э
находим из соотношения .
Положение линии распределённой нагрузки после фиксации значений R К1
, R Э1
может быть определено из соотношений (5).
Подставив значения R К1
, R Э1
(вместо R К2
, R Э2
) и Е в (5) получим линию нагрузки которя наносится на семейство выходных ВАХ (см. приложение5). По этой линии можно уточнить положение рабочей точки А ’
. Положение рабочей точки относительно А изменяется несущественно, поэтому коррекцией можно пренебречь. Через точку А отмечается характеристика с параметром I
бА
=0,05мА. Далее через точку А проводится линия динамической нагрузки под углом . Где в качестве сопротивления нагрузки используем входное сопротивление выходного каскада. Линию можно построить по двум точкам одна из которых точка А, а другая имеет координаты (U КЭА
+DU;0) ,где DU вычисленное по (6) равно:
Потом проверяются значения амплитуд тока I
н
m
и напряжения U
н
m
.
Построение (см. приложение5) показывает что значение U
н
m
удовлетворяет исходным данным. Переходим к расчёту элементов фиксации рабочей точки.
в) Расчёт элементов фиксации рабочей точки.
Фиксация рабочей точки А осуществляется резистивным делителем R 1
, R 2
.Связь между напряжениями и токами транзистора в режиме покоя для схемы рис.6 определяется выражениями (8).
U бЭА
=0,15В определяется по входным ВАХ транзистора (приложение6) при токе I бА
=0,05мА, а ток ;
Тогда согласно (13) рассчитаем значение R 2
:
Подставив в соотношение (10) значение R 2
(вместо R 4)
получим:
Оценим корректность расчёта вычислением тока I Д
по (9).
Соотношение выполняется, следовательно, значение сопротивлений можно считать приемлемым.
Для каскадов на БТ значения емкостей конденсаторов расчитываются 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 w н
=2pf н
.
Пренебрегая выходным сопротивлением повторителей, получаем:
Емкости в цепи эмиттера рассчитывается по формуле:
где h 11э
и h 21э
— соответственно входное сопротивление транзистора и b, рассчитываемые по входной и выходной ВАХ в окрестности рабочей точки. Для транзистора в первом каскаде h 11э
=3000 Ом, h 21э
=85, а для транзистора второго каскада h 11э
=902 Ом, h 21э
=20.
Для усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению выполняется соотношение:
где составляет 5—10 Ом и отделяется от Rэ 1
.
Вычислим b по известным K и Kb, рассчитанным в 2:
6. 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:
Rг — выходное сопротивление предыдущего каскада или внутреннее сопротивление генератора, R 1
и R 2
— сопротивления делителя,
Rн — сопротивление нагрузки или входное сопротивление последующего каскада, если каскад не имеет повторителя, или входное сопротивление повторителя, равное (1+b)×Rн/2
Пренебрегая выходным сопротивлением повторителя, получаем:
K=Kвых×Kвх=18,5<48,05, следовательно необходимо добавить каскад с общим коллектором, тогда получим:
K=Kвых×Kвх=625,3>48,05 следовательно расчёт схемы окончен.
7. Построение характеристики
Moc
(
w
)
Характеристика Moc(w) 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=w н
/wдля области нижних и средних частот, x=w/w в
для средних и верхних частот.
На втором каскаде получена следующая характеристика.
На входном каскаде получаем следующий график.
Получим следующую общую схему усилителя.
При моделировании схемы была произведена корректировка элементов схемы. Данные об элементах схемы приведены в спецификации (приложение8).
В результате данной работы мы ознакомились с методами расчёта усилителей и их моделирования с использованием программы MikroCapIII. И получили усилитель, обеспечивающий заданные параметры.
1. Расчет электронных схем. Примры и задачи. М. “Высшая школа”, 1987. Г. И. Изъюрова, Г. В. Королев и др.
2. Справочник по полупроводниковым приборам В. Ю. Лаврененко, А. В. Голомедов и др.
3. Справочная книга радиолюбителя-конструктора А. А. Бокуняев, Н. М. Борисов и др. Под ред. Н. И. Чистякова. М. “Радио и связь”, 1990.
Название: Методы проектирования и моделирования усилителей
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: курсовая работа
Добавлен 09:49:32 05 марта 2011 Похожие работы
Просмотров: 249
Комментариев: 15
Оценило: 2 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно Скачать
Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.
Курсовая работа: Методы проектирования и моделирования усилителей
Эссе На Тему Социальные Отношения
Реферат: Computer Essay Research Paper Today computers are
Сочинение Про Счастье На Белорусском Языке
Реферат: Развитие перевода в XX в. в России и США
Дипломная Работа На Тему Церковно-Государственные Отношения В Московско-Киевский Период (1461-1589)
Реферат: Плерва
Дипломная работа: Управление внедрением нового вида продукции на предприятии
Реферат: Лысьвеский металлургический завод. Скачать бесплатно и без регистрации
Дипломная работа по теме Разработка модели пространства культурного взаимодействия и бизнес-проект Музея современного искусства 'Гараж'
Курсовая работа: Ситуация риска и неопределенности на предприятии
Реферат На Тему Анальгезия И Анестезия При Родоразрешении Через Естественные Родовые Пути
Реферат: Agencies Essay Research Paper FBIThe Federal Bureau
Реферат по теме Технологічні аспекти теорії проектування інформаційних систем
Реферат по теме Основы построения телекоммутационных систем и сетей
Реферат: The Right To Privacy Essay Research Paper
Реферат по теме Композиционное и художественное своеобразие романа "Герой нашего времени"
Реферат: Автомобильная промышленность России. Скачать бесплатно и без регистрации
Стрелочный Перевод Реферат
Дипломная работа: Управление рисками транснациональных корпораций
Реферат На Тему Аппарат Государства
Статья: Реструктуризация предприятий санаторно-курортного комплекса на основе концепции маркетинга
Реферат: Модификация вторичных полимеров для изготовления изделий различного функционального назначения
Реферат: Обряд бракосочетания на Руси