Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розрахунок підсилювача НЧ з ємнісним навантаженням.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра РЕПС
Інформація про роботу
Рік:
2004
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Аналогові електронні пристрої
Група:
РТ-32
Варіант:
9
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
ІТРЕ
Кафедра РЕПС
Курсова робота
з дисципліни
“Аналогові електронні пристрої”
на тему:
”Розрахунок підсилювача НЧ з ємнісним навантаженням”
Варіант № 9
Виконав:
студент групи РТ-32
Прийняв:
викладач кафедри РЕПС
Шклярський В. І.
Львів 2004
Зміст
1.Вступ
2.Технічне завдання (ТЗ)
3.Ескізний розрахунок підсилювача та обґрунтування його структурної і принципової схем
4.Електричний розрахунок принципової схеми підсилювача .Розрахунок вихідного каскаду (RC-каскад)
5. Розрахунок проміжного каскаду
6. Розрахунок другого проміжного каскаду
Розрахунок емітерного повторювача
Реалізація схеми ПНЧ з використанням ОП
Розрахунок нестабільності робочої точки
Висновки
Список використаної літератури
Перелік елементів
1. Вступ
В даний час підсилювачі дуже широко поширені практично у всіх сферах людської діяльності: у промисловості, техніці, медицині, музиці, на транспорті тощо. Підсилювачі є необхідним елементом будь-яких систем зв'язку, радіомовлення, акустики, автоматики. Але перш, ніж підсилювач став таким розповсюдженим йому довелося пройти дуже довгий шлях.
Активним елементом перших підсилювачів була електронна лампа. Такі підсилювачі були громіздкі, споживали багато енергії і швидко виходили з ладу. Тільки в середині ХХ сторіччя після довгих наполегливих пошуків і праць нарешті удалося вперше створити підсилювальний напівпровідниковий прилад, що заміняє електронну лампу. Це важливе відкриття зробило великий переворот у радіоелектроніці. Габарити транзисторних підсилювачів стали в кілька разів менше лампових, а споживана потужність – зменшилась в десятки разів. До того ж значно збільшилася надійність.
Але науково-технічний прогрес на цьому не зупинився. З'явилася перша мікросхема. Зараз широко застосовуються підсилювачі, цілком зібрані на мікросхемах і мікрозбірках. Практично єдина проблема на сьогоднішній день - це відвід тепла. Тому що потужні підсилювачі розсіюють велику кількість тепла, необхідно інтенсивно відводити це тепло, що не дозволяє мініатюризувати потужні підсилювачі.
Наступним етапом розвитку є технологія поверхневого монтажу кристалів. Технологія поверхневого монтажу кристалів забезпечує мініатюризацію радіоелектронної апаратури при збільшенні її функціональної складності. Навісні компоненти набагато менше, ніж ті, що монтуються в отвори, що забезпечує більш високу щільність монтажу і зменшує масогабаритні показники. Поряд з цим для більшої мініатюризації застосовують мікрозбірки і гібридні інтегральні схеми.
В даний час багато підсилювачів виконуються на друкованих платах. Застосування друкованих плат дало можливість, у порівнянні з об'ємними конструкціями, збільшити щільність монтажу, надійність, ремонтоздатність, зменшити масу конструкції, розкид параметрів і так далі.
В даній курсовій роботі при проектуванні схеми підсилювача доцільно розпочати з вихідного каскаду. В залежності від величини навантаження необхідно вибрати схему вихідного каскаду. Вхідні каскади підсилення будуються за класичними схемами. На вході ставимо диференційний каскад.
Відомо, що p-n перехід при зміні температури на 1 (С змінює свій струм на 0,6-1,3 %. Тому в залежності від заданої в ТЗ нестабільності колекторного струму (Ік вводимо емітерну стабілізацію, базові подільники, а при потребі і електронний опір. Електронний опір використовується в тому випадку, коли значення (Ік є дуже мале.
Також в схемі підсилювача звукової частоти (ПЗЧ) при потребі використовується емітерний повторювач, який виконує функцію узгодження опорів (коли вихідний опір попереднього каскаду є доволі високий, а вхідний опір наступного каскаду є порівняно низький). 2. Технічне завдання
Вхідна напруга , [мВ]................................................................................5
Вихідна напруга , [В]................................................................................8
Нижня гранична частота зрізу , [Гц]...................................................60
Верхня гранична частота зрізу , [кГц]................................................200
Внутрішній опір джерела сигналу , [кОм].............................................15
Опір навантаження , [кОм]......................................................................0,8
Ємність навантаження , [пФ]...................................................................80
Температурна нестабільність колекторного струму , [%]..................2
3. Ескізний розрахунок підсилювача та обґрунтування його структурної і принципової схем
3.1. Визначення коефіцієнта підсилення напруги підсилювача
Обчислимо загальний коефіцієнт підсилення підсилювача, що розробляється, за відомою формулою:
.
3.2. Вибір значення та типу вихідного каскаду підсилювача:
;
;
.
Отже, враховуючи отримані результати, в якості вихідного каскаду вибираємо RC-каскад на біполярному транзисторі (БТ).
3.3. Вибір значення підсилювача та схеми вхідного каскаду:
;
;
.
Для вхідного каскаду вибираємо диференційний каскад (ДК) на біполярному транзисторі (БТ).
3.4. Вибір числа n підсилювальних каскадів
Оскільки коефіцієнт підсилення проектованого підсилювача () є досить високим, забезпечити його можна використовуючи проміжні каскади.
Вибираєм 2 проміжних каскади.
Рис.1. Структурна схема підсилювача.
4. Електричний розрахунок принципової схеми підсилювача
4.1 Розрахунок вихідного каскаду (RC-каскад)
1.Вибір напруги живлення:
Еж >2*(1.1~1.2)*UH;
Еж= + 24В
2.Вибираєм тип транзистора за Іmax ,U max ,P max і частотними параметрами.
Ідоп=UH/RH=8/1600=5 мА
КТ315Б
Ск=7пФ Ікmax=100мА
Uке=35В
Pк=150 мВт
3.Вибираєм тип режиму «АВ»
4. Вибираємо для вибору початкового зміщення схему параметричного стабілізатора при транзисторі VT3 типу КТ315Б.
5.Розподіляєм частотні спотворення в області низьких частот Мнвих=1.5дб
Частотні спотворення вносять конденсатори С1 і С3
МнС1=0.9дб= 1.109 МнС3=0.6дб=1.072
6.Розраховуєм максимальний струм у навантажені
7.Визначаєм амлітуду вхідного струму
8. Визначаєм амлітуду сигналу на базі транзистора.
UбVT1=Uн+UбеVT1=8+0.6=8.6 B
9.Розраховуємо величину опору базового зміщення
Вибираєм із стандартного ряду R3=R5=33 кОм
10.Розрахунок R4.
Вибираєм R4=6,8кОм
11. R1 потрібен для плавного регулювання режиму
R1= R4=6,8кОм
12. Розраховуємо величину ємності розділювальних конденсаторів.
Rвх=R3||R5||Rвх mах
Rвх=33||33||86=14 кОм
Вибираєм із стандартного ряду С1=С2=0.24 мкФ
Вибираєм С3=3,6 мкФ.
13.Розраховуємо верхні частоти
Секв=СкбVT1
Rекв=Rвх
Гц
Гц
Сн=80 пФ
Rн=1200 Ом
Розраховуєм частотні спотворення для вихідного каскаду
M=0.05дб
Розраховуєм частотні спотворення для навантаження
Mв=0.05дб
5.Розрахунок проміжного каскаду
Вхідні дані
Еж= + 22В
Uвих=Uн =8.6 В
Mн=0.6 дб
Iн = 0.61 мА
Fн= 0 Гц
Fв= 130 кГц
Rн = 14 кОм
1.Розрахунок за постійною складовою
5.1Вибираєм тип транзистора
КТ315Б
Ск=7пФ Ікmax=100мА
Uке=35В
5.2Вибираєм режим роботи : однозначно клас «А» оскільки робоча точка знаходиться посередині прямої навантаження.тому струм який протікає через транзистор в статичному режимі
Вибираєм Iко=1.5 мА
5.3 Розраховуємо величину опору колекторного навантаження R3
Вибираєм із стандартного ряду R3= 6.2 кОм
5.4 Розраховуємо величину опору емітерної стабілізації R4
Вибираєм із стандартного ряду R4= 2.7 кОм
5.5 Визначаєм потенціал бази транзистора в статичному режимі:
5.6 Розраховуємо вхідний струм бази тобто струм,який втікає в транзистор:
5.7 Вибираєм струм дільника базового зміщення:
Вибираєм
5.8 Розраховуємо значення опорів дільника базового зміщення
Вибираєм R1=100 кОм
5.9
Вибираєм R2=30 кОм
5.10 Розраховуємо вхідний опір транзистора:
5.11 Розраховуємо крутизну підсилення транзистора:
5.12 Розраховуємо еквівалентний опір навантаження попереднього каскаду:
Rн екв=R3 || Rн=6.2 кОм || 14 кОм=4.29 кОм
5.13 Розраховуємо коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:
K=S*Rн екв=0.05*4.29*1000=214.5
Для корекції коефіцієнта підсилення після емітера ставим додатковий опір R=150 Ом тоді коефіцієнт підсилення понизиться в 10 разів.
К=21.45
5.14 Розрахунок за змінною складовою.
5.15 Розподіляєм частотні спотворення в області низьких частот Мнвих=1.5дб
Частотні спотворення вносять конденсатори С1 і С3
МнС1=0.2дб= 1.023 МнС2=0.2дб= 1.023 МнС3=0.2дб=1.023
5.16 Розраховуємо номінальні значення ємності розділювального конденсатора.
Rвх каскад=R1||R2||Rв_VT1= 100кОм||30кОм||0.955кОм=0.917 кОм
Вибираєм із стандартного ряду С1=20 мкФ
5.17 Розраховуємо значення блокуючого конденсатора в колі емітера
Вибираєм із стандартного ряду С2=1000 мкФ
5.18 Розраховуємо значення роздільного конденсатора на виході:
Вибираєм із стандартного ряду С3=0.6 мкФ
5.19 Уточнюємо частотні спотворення в ділянці верхніх частот
Секв=СкбVT1*(1+К)
Rекв=Rвх каскад=0.917 кОм
Fв=200 кГц
6.Розрахунок другого проміжного каскаду
Вхідні дані
Еж= + 20В
Uн =8.6/21.7=0.39 В
Mн=0.6 дб
Fн= 60 Гц
Fв= 200 кГц
Rн = 917 Ом
1.Розрахунок за постійною складовою
6.1Вибираєм тип транзистора
КТ315Б
Ск=7пФ Ікmax=100мА
Uке=35В
6.2Вибираєм режим роботи : однозначно клас «А» оскільки робоча точка знаходиться посередині прямої навантаження.тому струм який протікає через транзистор в статичному режимі
Вибираєм Iко=1 мА
6.3 Розраховуємо величину опору колекторного навантаження R3
Вибираєм із стандартного ряду R3= 8.2 кОм
6.4 Розраховуємо величину опору емітерної стабілізації R4
Вибираєм із стандартного ряду R4= 3.3 кОм
6.5 Визначаєм потенціал бази транзистора в статичному режимі:
6.6 Розраховуємо вхідний струм бази тобто струм,який втікає в транзистор:
6.7 Вибираєм струм дільника базового зміщення:
Вибираєм
6.8 Розраховуємо значення опорів дільника базового зміщення
Вибираєм R1=100 кОм
6.9
Вибираєм R2=30 кОм
6.10 Розраховуємо вхідний опір транзистора:
RвхVT1=1.4 кОм
6.11 Розраховуємо крутизну підсилення транзистора:
6.12 Розраховуємо еквівалентний опір навантаження попереднього каскаду:
Rн екв=R3 || Rн=8.2 кОм || 0.917 кОм=0.824 кОм
6.13 Розраховуємо коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:
K=S*Rн екв=0.03*824=24.7
6.14 Розрахунок за змінною складовою.
6.15 Розподіляєм частотні спотворення в області низьких частот Мнвих=1.5дб
Частотні спотворення вносять конденсатори С1 і С3
МнС1=0.6дб= 1.072
6.16 Розраховуємо номінальні значення ємності розділювального конденсатора.
6.17 Розраховуємо значення блокуючого конденсатора в колі емітера
Вибираєм із стандартного ряду С1=500 мкФ
6.18 Розраховуємо значення роздільного конденсатора на виході:
Вибираєм із стандартного ряду С3=0.6 мкФ
6.19 Уточнюємо частотні спотворення в ділянці верхніх частот
Секв=СкбVT1*(1+К)
Rекв=Rвх каскад=1.4 кОм
Fв=200 кГц
7. Розрахунок емітерного повторювача.
Вхідні дані
Еж= +18В
Uн =0.014В=14мВ
Mн=0.3 дб
Fн= 60 Гц
Fв= 200 кГц
Rн = 1.4 кОм
Rг = 15 кОм
7.1 Розраховуємо опір R1
Вибираєм R1=150 кОм
7.2 Eж=18 В(з урахуванням спаду на розв”язках між каскадами).
7.3 Вибираєм Iк0 =1 мА
7.4
Вибираєм Rе =9.1 кОм
7.5
7.6
Вибираєм Iд =0.05мА
7.7
7.8
Вибираєм Rб1 =150 кОм
7.9
Згідно ряду приймаємо Rб2=300 кОм
7.10 Визначаємо вхідний опір каскаду
7.11 Розрахунок конденсаторів
Визначаємо ємності конденсаторів
МнС1= МнС2=0.15дб= 1.017
7.12 Уточнюємо частотні спотворення в ділянці верхніх частот
Секв=СкбVT1
Rекв=Rвх || Rг=15 кОм||84.8 кОм=12.74 кОм
Fв=200 кГц
7.13 Розраховуємо загальні частотні спотворення в ділянці верхніх частот
Mв∑=Мвн+Мв вих+Мв пром .кас.1+ Мв пром .кас.2+ Мв еп
Mв∑=0.05+0.05+0.1+0.35+0.05=0.6дб
8.Реалізація схеми ПНЧ з використанням ОП.
Для розрахунку вибираємо ОП:
Ku=1600
підсилення першого каскаду: К1=80;
підсилення другого каскаду: К2=20.
R1=R5=10Rг=10∙15 кОм=150 кОм,
згідно стандартизованого ряду вибираємо R1=R5=150 кОм.
Резистори R2, R5 згідно рекомендацій вибираємо:
R2=R6=10 кОм.
Опори резисторів R4, R8 в колах зворотніх зв’язків вибираєм в межах 100кОм ÷ 1МОм: R4=R8=100 кОм.
Номінали резисторів R3, R6 визначаємо виходячи з відповідних коефіцієнтів передачі каскадів:
К1=(1+ R4/R3) => R3= R4/К1=100 / 80=1,25 кОм,
згідно стандартизованого ряду вибираємо R3=1,2 кОм.
К2=(1+ R8/R6) => R6= R8/К2=100 / 20=5 кОм,
згідно стандартизованого ряду вибираємо R6=4,7 кОм.
Розподіляємо частотні спотворення між конденсаторами:
МС1=МС2= МС3=МС4=0,5 дБ.
Розраховуємо ємність конденсатора С1=С3:
Згідно стандартного ряду вибираємо: С1=С3=500 мкФ.
Розраховуємо ємність конденсатора С2:
Згідно стандартного ряду вибираємо: С2=33 мкФ.
Розраховуємо ємність конденсатора С4:
Згідно стандартного ряду вибираємо: С4=10 мкФ.
9. Розрахунок нестабільності робочої точки.
Визначаємо потужність розсіювання на транзисторі:
Рк=ІкUке=0,7 мА∙10=7 мВт.
Uке ≈10 В.
Визначаємо мінімальну температуру колекторного переходу:
tп мін=Tс мін+RпсР к=10+0,7∙7=14,9.
Визначаємо максимальну температуру колекторного переходу:
tп макс=Tс максн+RпсР к=50+0,7∙7=54,9.
Середнє значення коефіцієнта підсилення за струмом:
==132.
Визначаємо допоміжні параметри β`, β``, Δβ:
β`= (0,8βмін +0,2βмакс)(1 - (25- tп мін)/500)=
=(0,8∙50+0,2∙350)(1- (25- 14,9)/500)=107,7;
β``=(0,2βмін +0,8βмакс)(1 + (tп макс -25)/275)=
=(0,2∙50+0,8∙350)(1+ (54,9-25)/275)=321,5.
Δβ = β`` - β` = 321,5– 107,7 =213,8.
Розраховуємо приріст зворотнього струму колектора:
ΔІок=Іок∙100,025(tп макс-25)= 1∙100,025(54,9-25)=5,49 мкА.
Зміна струму бази:
ΔІбо= ΔІок+ (Δβ∙Іок) /βсер2 =
=5,49 мкА +(213,8∙1 мкА)/1322=5,5 мкА.
Розраховуємо зміну напруги базового зміщення:
ΔUбео=2,2∙10-3(Tс максн -Tс мін)= 2,2∙10-3(50 – 10)=0,088 В.
Розраховуємо зміну струму колектора:
=
Rб=R1||R2=100 кОм || 30 кОм =23.07 кОм
Rе=R4=3.3 кОм
Rвх=Rвхvt || R1 || R2=1.31 кОм
Нестабільність струму колектора:
ΔІк/Ік=(4,5мкА/ 0,7мА)100=0,64%.
10. Висновки
В даній роботі був розрахований широкосмуговий підсилювач на двох каскадах. Були проведені розрахунки за постійним і за змінним струмом. Також був розрахований аналог цього підсилювача на операційному підсилювачі.
Результати виконання роботи показують, що даний підсилювач повністю задовольняє вимогам, наведеним в ТЗ.
11. Список використаної літератури
1. Сніцарук Л. А., Волошанська Н. Г. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни „Аналогові електронні пристрої” Львів: ДУ „ЛП”, 1994.
2. Горюнов Н. Н. Справочник „Полупроводниковые приборы: транзисторы” – М.: Энергоатомиздат, 1985.
3. Терещук Р. М., Терещук К. М., Седов С. А. „Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя” – К.: Наукова думка, 1981.
4. Маркировка электронных компонентов – М.: ДОДЭКА, 2000.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора