Методика расчёта каскадов усилителя

ЗАДАНИЕ

На контрольную работу по электронике

Студенту _2_курса (гр.ЗЭО-24У)электроэнергетического факультета

Вологодского государственного технического университета

________________________________________________________________________

(фамилия, имя, отчество)

1. Наименование темы : (в соответствии с заданием)

2 Целевая установка: На основе анализа технических характеристик и способов практической реализации электронных элементов (приборов) выбрать и рассчитать элементы и основные параметры электронного устройства, соответствующего варианту задания. Построить и проанализировать выходные и входные характеристики.

3 Основные вопросы, подлежащие разработке: .

1. Общая характеристика устройства

2. Выбор и расчёт основных элементов и параметров схемы устройства.

3. Расчёт, построение и анализ основных характеристик.

4. Исходные данные:

1. _____________________________;

2._.____________________________________;

3._.___________________

5. Общий объём и требования к оформлению:

Общий объём не должен превышать 10-12 страниц рукописного текста. Работа выполняется в ученической тетради объёмом 12-18 листов, аккуратно и грамотно. Структурные и функциональные схемы должны соответствовать требованиям ЕСКД и ГОСТ.

6. Перечень литературы:

1 Степанов О.И. Курс лекций по дисциплине «Пром.электроника»- Вологда, ВоГТУ, 2008 г. с. 84 Электронный вариант.

3 Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника. Высшее образование:Уч. пос..4-е изд.- Ростов, изд. Феникс, 2004.-256с.

4. Расчёт электронных схем. Учебное пособие для Вузов, под редакцией Г.И. Изъюровой.- М: Высшая школа, 1987 г., с 184.

5. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник под редакцией Б.Л. Перельмана, М: Радио и связь, 1981г., с. 656.

Срок представления работы руководителю не позднее чем за 3 дня до начала сессии.

Примечание: Количественные величины исходных данных приведены в таблице в соответствии с номером варианта задания.

«___»___________200 г. Руководитель Степанов О.И.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Усилительный каскад сигналов переменного тока на биполярном транзисторе с ОЭ.

Исходные данные:

1. Напряжение источника питания -- Е;

2. Входное сопротивление R_вх.;

3. Максимальная амплитуда входного сигнала U_вх.а;

4. Коэффициент усиления К_uo;

5. Активная внешняя нагрузка R_н;

6. Ёмкость нагрузки С_н;

7. Нижняя граничная частота сигнала f_н;

8. Верхняя граничная частота сигнала f_в;

Выходное сопротивление источника входного сигнала пренебрежимо мало. Потребляемый каскадом ток должен быть близок к минимально возможному.

Разрешается использовать резисторы с 5-ти омным отклонением от номинала.

При расчёте приходится использовать две ситуации – режим покоя каскада, когда входной сигнал отсутствует и отдельно оценивать влияние сигнала.

Схема усилительного каскада показана на рисунке 2.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ № 1

Исходные данные	Номер варианта
Источник питания, В	1 5
Входн. сопр. Rвх.,кОм
Входн. сигн Uвх.,мВ
Коэффиц. усиления по напряж. Кu	≈ 50
Активн.нагр.Rн,кОм
Ёмкость нагр.Сн, пФ	≤ 50
Нижн. граничн. част сигн. fгр.кГц
Верхн. граничн. част. сигнала fгр. в.,кГц

Выходное сопротивление источника входного сигнала пренебрежимо мало, а потребляемый каскадом ток должен быть близок к минимально возможному. При расчётах разрешается использовать резисторы с 5%-ным отклонением от номинала.

Методика расчёта каскадов усилителя

Проектирование усилителя начинают с составления структурной схемы и выбора её элементов, исходя из предъявленных к усилителю требований.

При выборе структурной схемы решают, нужны ли в проектируемом усилителе входное и выходное устройства, усилитель мощности и предварительный усилитель. Составив структурную схему усилителя, выбирают принципиальные схемы входного и выходного устройств (резистивно-емкостные, трансформаторные), каскада усилителя мощности (однотактный, бестрансформаторный, трансформаторный), каскадов предварительного усиления (с прямой связью, резистивный, трансформаторный, инверсный и т.д.).

После этого выбирают транзисторы для всех усилительных каскадов, исходя из заданной выходной мощности или выходного напряжения и напряжения источника сигнала, приближённо определив требуемый от каскадов коэффициент усиления. Затем осуществляют ориентировочный выбор принципиальной схемы усилителя и распределяют заданные частотные искажения М_н и М_в по цепям и каскадам, вносящим эти искажения. Распределение М_н и М_в производят отдельно на нижней и верхней рабочих частотах. После этого выбирают режим работы транзисторов и осуществляют электрический расчёт элементов схемы.

Расчёт усилителя проводят начиная с оконечного каскада, а затем рассчитывают предоконечный каскад и последовательно доходят до входа.

1. Расчёт выходной цепи.

Эквивалентная схема выходной цепи для сигнала (по переменному току) приведена на рис.3,

где транзистор представлен источником тока, шунтированным сопротивлением r_к и ёмкостью С_к его коллекторного перехода.

Так как ток каскада следует брать минимальным, определим максимально допустимое сопротивление R₅ обеспечивающее пропускание f_гр.в. Ёмкость конденсатора С₃ >> С_н заведомо, поэтому на высоких частотах С₃ можно считать коротко замкнутым. Кроме того r_к >> R_н и С_к<< С_н, поэтому влияние r_к и С_к меньше погрешности расчёта и соответственно ими можно пренебречь. Таким образом, постоянная времени перезаряда С_н есть Т_н@ (R₅ II R_н) С_н

Имеем f_гр.в = 1 / 2p Т_н, откуда R₅ II Rн £ 1 / 2p С_н f _гр.в.

Из уравнения R₅ II R_н = R₅ R_н / (R₅ + R_н) получим значение R₅.

Чтобы иметь запас по f_гр.в выбираем ближайший меньший номинал для резистора R₅

Выбираем напряжение покоя коллектора транзистора U_ко. Максимальное амплитудное значение выходного сигнала есть U_вых.а =К_uo U_вх.а.

Следовательно, диапазон возможных напряжений на коллекторе U_ко будет равен.

Примем U_ко =2Е / 3 и напряжение покоя базы U_бо = Е / 3, тогда диапазон возможных изменений U_к будет U_к @ U_ко ± и если он заведомо больше чем требуется, то такой запас позволяет не беспокоиться о возможном отклонении U_ко от расчётного значения вследствие отклонений сопротивлений резисторов от номинальных значений или температурного дрейфа параметров транзисторов.. Вместе с тем ток покоя коллектора транзистора будет достаточно невелик.

I_к = (Е — U_ко) / R₅

Ёмкость конденсатора С₃ должна быть выбрана такой, чтобы обеспечивалась передача сигнала с f_гр.н с коллектора транзистора на сопротивление нагрузки. Из эквивалентной схемы видно, что перезаряд этого конденсатора происходит через последовательное соединение R₅ и R_н. Следовательно, постоянная времени перезаряда С₃ составит:

Т_нч = (R_{5 +} R_н) С₃ ³ 1/ 2p f_гр.н.

Дата добавления: 2015-07-17