Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Радіотехніка
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2005
Тип роботи:
Методичні вказівки до курсової роботи
Предмет:
Аналогові електронні пристрої
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
ПРОЕКТУВАННЯ ПІДСИЛЮВАЧІВ НИЗЬКОЇ ЧАСТОТИ
методичні вказівки
до курсової роботи з дисципліни
"Аналогові електронні пристрої”
для студентів базового напрямку
6.0907 – “Радіотехніка”
Затверджено
на засіданні кафедри
радіоелектронних пристроїв та систем
Протокол № 12 від 12 травня 2005 р.
Львів, 2005
Проектування підсилювачів низької частоти. - Методичні вказівки до курсової роботи з дисципліни "Аналогові електронні пристрої" для студентів базового напрямку 6.0907 - “ Радіотехніка”, / Уклали: І.І. Блажкевич, В.І. Шклярський. - Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2005. - 106 с.
Укладачі: І.І. Блажкевич, канд. техн. наук, доц.
В.І. Шклярський, канд. техн. наук, доц.
Відповідальний за випуск: З.Д. Грицьків, д-р техн. наук, проф.
Рецензенти: М.В. Мелень, канд. техн. наук, доц. каф. ТРР,
Р.В. Проць, канд. техн. наук, доц. Каф. РЕПС.
Зміст
Перелік основних умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів ........
5
Вступ ………………………………………………………………………….....................
7
1. Загальні вказівки щодо виконання роботи ....................................................................
8
1.1. Зміст курсової роботи ...................................................................................................
8
1.2. Зміст пояснювальної записки ......................................................................................
8
1.3. Порядок захисту курсової роботи …………………………………………………...
8
2. Основні характеристики та параметри транзисторів ....................................................
8
2.1. Вхідні та вихідні характеристики біполярних транзисторів ....................................
8
2.2. Основні параметри біполярних транзисторів ............................................................
12
2.3. Прохідні та вихідні характеристики польових транзисторів ...................................
12
2.4. Основні параметри польових транзисторів ................................................................
14
3. Основні схеми ввімкнення транзисторів та їх властивості ..........................................
15
3.1. Ввімкнення біполярного транзистора за схемою зі спільним емітером ..................
15
3.2. Ввімкнення біполярного транзистора за схемою зі спільною базою ......................
16
3.3. Ввімкнення біполярного транзистора за схемою зі спільним колектором (емітерний повторювач) ............................................................................................
16
3.4. Ввімкнення польового транзистора за схемою зі спільним витоком .....................
17
3.5. Ввімкнення польового транзистора за схемою зі спільним заслоном .....................
18
3.6. Ввімкнення польового транзистора за схемою зі спільним стоком (витіковий повторювач) ....................................................................................................................
18
3.7. Основні схеми ввімкнення підсилювачів з використанням загального зворотного зв’язку ..........................................................................................................
19
4. Розрахунок та побудова амплітудно-частотної характеристики підсилювача .........
22
5. Розрахунок структурної схеми підсилювача низької частоти та вибір принципових схем окремих каскадів і повної схеми підсилювача ...........................
29
6. Розрахунок окремих каскадів підсилювача низької частоти .......................................
37
6.1. Розрахунок вхідного емітерного повторювача ..........................................................
37
6.2. Розрахунок вхідного витікового повторювача ...........................................................
39
6.3. Розрахунок вхідного диференційного каскаду на біполярних транзисторах .........
41
6.4. Розрахунок вихідного емітерного повторювача ........................................................
43
6.5. Розрахунок схеми зі спільним емітером .....................................................................
44
6.6. Розрахунок схеми зі спільним витоком ......................................................................
45
6.7. Розрахунок схеми зі спільною базою ..........................................................................
47
6.8. Розрахунок каскадної схеми ........................................................................................
48
6.9. Розрахунок вихідного каскаду підсилювача низької частоти великої потужності
7. Розрахунок нестабільності положення робочої точки у транзисторному каскаді ....
50
55
8. Проектування підсилювача низької частоти з використанням операційних підсилювачів ................................................................................................................
59
9. Регулювання в підсилювачах низької частоти ..............................................................
9.1. Регулювання підсилення в підсилювачах низької частоти .......................................
9.2. Регулювання тембру в підсилювачах низької частоти ..............................................
10. Високоякісні попередні підсилювачі низької частот .................................................
11. Підсилювачі низької частоти великої потужності .....................................................
12. Приклади розрахунку підсилювачів низької частоти ................................................
12.1 Приклад розрахунку підсилювача низької частоти на біполярних транзисторах з однополярним живленням ..........................................................................................
12.2. Приклад розрахунку підсилювача низької частоти з диференційним каскадом на вході та двополярним живленням ...........................................................................
63
63
65
69
72
79
79
87
12.3. Приклад розрахунку підсилювача низької частоти, виконаного за схемою підсилювача постійного струму ...................................................................................
12.4. Приклад розрахунку нестабільності положення робочої точки ............................
92
97
12.5. Приклад розрахунку підсилювача низької частоти з використанням операційного підсилювача ............................................................................................
Список літератури, використаної при складанні методичних вказівок та рекомендованої до застосування при виконанні курсової роботи …………………
98
101
Додаток 1. Основні параметри рекомендованих біполярних транзисторів для підсилювачів низької частоти ......................................................................................
Додаток 2 Основні параметри рекомендованих польових транзисторів для підсилювачів низької частоти .......................................................................................
102
102
Додаток 3. Основні параметри рекомендованих операційних підсилювачів для підсилювачів низької частоти .......................................................................................
103
Додаток 4. Переведення частотних спотворень у відносних одиницях у децибели ....
103
Додаток 5 Переведення частотних спотворень у децибелах у відносні одиниці ........
Додаток 6. Стандартні ряди для вибору номінальних величин опорів резисторів та ємностей конденсаторів ................................................................................................
103
104
Додаток 7. Приклад оформлення переліку розрахованих елементів .............................
104
Додаток 8. Приклад оформлення титульної сторінки до курсової роботи ....................
105
Перелік основних умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів
АЧХ –амплітудно-частотна характеристика;
БТ – біполярний транзистор;
ВЗЗ – від’ємний зворотний зв’язок;
ВП – витіковий повторював;
ДК – диференційний каскад;
ЕП – емітерний повторював;
ОП – операційний підсилювач;
ПНЧ – підсилювач низької частоти;
ПТ – польовий транзистор;
СБ – спільна база;
СВ – спільний витік;
СЕ – спільний емітер;
СЗ – спільний заслін;
СС – спільний стік;
ТК – температурний коефіцієнт;
СВХ – вхідна ємність каскаду;
СЕ – ємність емітерного переходу;
СК – ємність колекторного переходу;
СМ – ємність монтажу;
СН – ємність навантаження;
ЕБ – напруга на базі транзистора відносно загальної шини;
ЕЕ – напруга на емітері транзистора відносно загальної шини;
ЕЖ – напруга живлення;
ЕК – напруга на колекторі транзистора відносно загальної шини;
FВ – верхня гранична частота підсилення підсилювача;
FГР – гранична частота підсилення транзистора;
FН – нижня гранична частота підсилення підсилювача;
h11Е – вхідний опір транзистора, ввімкненого за схемою зі спільним емітером;
h21Е – коефіцієнт підсилення транзистора за струмом;
ІБ0 – струм бази біполярного транзистора в статичному режимі;
ІКБ0 – зворотний струм переходу база-колектор біполярного транзистора;
ІКД – максимально допустимий струм колектора біполярного транзистора;
ІК0 – струм колектора біполярного транзистора в статичному режимі;
ІC0– струм стоку польового транзистора в статичному режимі;
МВ – допустимі частотні спотворення на верхній граничній частоті у відносних одиницях;
МВДБ– допустимі частотні спотворення на верхній граничній частоті у децибелах;
МН – допустимі частотні спотворення на нижній граничній частоті у відносних одиницях;
МНДБ – допустимі частотні спотворення на нижній граничній частоті у децибелах;
РК – потужність, яка розсіюється на колекторі біполярного транзистора;
РКД – максимально допустима потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора;
Р0– потужність, яка споживається від джерела живлення;
RДЖ – внутрішній опір джерела сигналу;
RВИХ – вихідний опір каскаду;
RВХ – вхідний опір каскаду;
RН – опір зовнішнього навантаження;
UБЕО – напруга між базою та емітером в статичному режимі;
UВИХ – амплітуда напруги вихідного сигналу;
UВХ – амплітуда напруги вхідного сигналу;
UДЖ – амплітуда напруги джерела сигналу;
UКЕ0 – напруга між колектором та емітером в статичному режимі;
UКД – максимально допустима напруга переходу колектор - емітер біполярного транзистора;
UКН – напруга між колектором та емітером в режимі насичення;
UН – напруга сигналу на навантаженні;
А – ампер;
В – вольт;
Гц – герц;
кГц – кілогерц, 1 кГц = 103 Гц;
кОм – кілоом, 1 кОм = 103 Ом;
мА – міліампер, 1 мА = 10-3 А;
мВ – мілівольт, 1 мВ = 10-3 В;
мкА – мікроампер, 1 мкА = 10-6 А;
мкВ – мікровольт, 1 мкВ = 10-6 В;
мкФ – мікрофарада, 1 мкФ = 10-6 Ф;
МГц – мегагерц, 1 МГц = 106 Гц;
МОм – мегаом, 1 МОм = 106 Ом;
нФ – нанофарада, 1 нФ = 10-9 Ф;
пФ – пікофарада, 1 пФ = 10-12 Ф;
Ф – фарада;
( - коефіцієнт підсилення транзистора за струмом в схемі зі спільною базою;
( - коефіцієнт передачі сигналу в петлі зворотного зв’язку;
( - стала часу зворотного зв’язку транзистора.
Вступ
Курсова робота з дисципліни “Аналогові електронні пристрої” виконується студентом під час вивчення теоретичного курсу та проходження практичних занять. Широке використання підсилювачів та їх різноманітність визначили зміст курсової роботи.
Під час виконання курсової роботи студент вчиться вибирати та обґрунтовувати структурну та принципову схеми підсилювача, розраховувати основні параметри структурної схеми, вибирати підсилювальні елементи та їх статичні режими, розраховувати режимозадаючі та термостабілізуючі ланки, визначати динамічні показники та частотні характеристики, вибирати операційні підсилювачі у відповідності з заданими параметрами підсилювача низької частоти. Разом з тим, студент вчиться користуватися технічною та довідковою літературою, правильно вибирати сучасні радіотехнічні елементи та вузли.
У методичних вказівках надаються загальні рекомендації щодо порядку та суті роботи, користуючись якими студент більш глибоко засвоює значне коло питань, пов’язаних з проектуванням підсилювачів низької частоти. Під час виконання курсової роботи можуть бути використані першоджерела, перелік яких наведений у даному посібнику, а також інші методичні вказівки та джерела, які стосуються проектування підсилювачів низької частоти (ПНЧ).
Для визначення смуги пропускання студент повинен засвоїти принцип побудови та застосування амплітудно-частотної характеристики. Для перевірки відповідності частотної характеристики розрахованого ПНЧ заданим параметрам, студент виконує комп’ютерний аналіз амплітудно-частотної характеристики ПНЧ, користуючись відомою методикою [1].
Для більшої наочності в методичних вказівках наведені приклади розрахунку окремих каскадів ПНЧ, структурної схеми ПНЧ та його повної принципової схеми. Наведено також можливі варіанти повних принципових схем ПНЧ.
1. Загальні вимоги щодо виконання курсової роботи
1.1. Зміст курсової роботи
Курсова робота складається з розрахунково-теоретичної та графічної частини і виконується студентом у відповідності із виданим викладачем технічним завданням.
Розрахунково-теоретична частина оформляється у вигляді пояснювальної записки обсягом 20 – 30 сторінок тексту, графічна частина – це креслення принципової схеми розробленого підсилювача (формат 11 або 12). Рисунки та графіки в тексті пояснювальної записки повинні бути виконані у відповідності з вимогами ЄСКД. Позначення елементів на рисунках, графіках та кресленнях принципової схеми повинні відповідати тексту пояснювальної записки.
1.2. Зміст пояснювальної записки
До складу пояснювальної записки входять:
титульний аркуш у відповідності з додатком 7;
зміст (перелік розділів пояснювальної записки);
технічне завдання;
вступ;
ескізний розрахунок структурної схеми;
електричний розрахунок принципової схеми;
розрахунок динамічних показників, амплітудно-частотної характеристики (АЧХ);
перевірка температурної нестабільності каскаду ПНЧ на відповідність технічному завданню;
результати комп’ютерного аналізу частотної характеристики ПНЧ;
розрахунок ПНЧ з використанням операційного підсилювача;
список використаної літератури;
принципова схема розробленого ПНЧ;
перелік елементів до принципової схеми ПНЧ.
1.3. Порядок захисту курсової роботи
Курсова робота віддається на перевірку викладачеві у вказаний термін. У випадку позитивної попередньої оцінки роботи вона допускається до захисту, у протилежному випадку робота повертається для дороблення та виправлення помилок. Захист курсової роботи відбувається у призначений термін, до початку екзаменаційної сесії.
2. Основні характеристики та параметри транзисторів
2.1. Вхідні та вихідні характеристики біполярних транзисторів
Вхідна статична характеристика біполярного транзистора показує залежність струму бази транзистора ІБ від напруги, прикладеної між базою та емітером UБЕ, при постійній напрузі між колектором та емітером UКЕ. Типовою для біполярних транзисторів є вхідна характеристика при напрузі UКЕ = 3 В. Така вхідна статична характеристика біполярного транзистора наведена на рис. 2.1. Якщо в довіднику вхідних характеристик декілька, то робочу точку транзистора слід вибирати на характеристиці, яка відповідає UКЕ = 3 В. При подальшому збільшенні напруги UКЕ положення статичної вхідної характеристики залишається практично без зміни. Робочій точці А відповідає початкове зміщення UБЕ0 та базовий струм ІБ0. Для кремнієвих транзисторів при розрахунках доцільно вибирати UБЕ0 в
межах 0,6....0,65 В, а для германієвих – в межах 0,15...0,2 В. За робочою вхідною характеристикою визначають вхідний динамічний опір транзистора для схеми ввімкнення транзистора зі спільним емітером (СЕ). Для цього через робочу точку А проводять дотичну до вхідної характеристики, а вхідний динамічний опір транзистора знаходять як
, (2.1)
де (UБ та (ІБ – проекції відрізка дотичної відповідно на осі UБЕ та ІБ.
Вихідні статичні характеристики біполярного транзистора показують залежність струму колектора транзистора ІК від напруги, прикладеної між колектором та емітером UКЕ при постійному струмі бази ІБ. Типові вихідні статичні характеристики біполярного транзистора, ввімкненого за схемою зі СЕ, наведені на рис. 2.2. Положення робочої точки А на вихідних характеристиках визначається струмом спокою ІК0 та напругою UКЕ0. Через робочу точку транзистора А проходить навантажувальна пряма за постійним струмом 1-2-А-3-4 та навантажувальна пряма за змінним струмом 1(-2(-А-3(-4(. Навантажувальна пряма за постійним струмом проходить через точки, які відповідають напрузі живлення каскаду ЕЖ та максимальному струму колектора ІКМ, що може протікати через транзистор і визначається у відповідності з виразом
, (2.2)
де RН= - опір навантаження вихідного кола транзистора постійному струму, який враховує опір резисторів у колекторному та емітерному колах транзистора.
Робоча точка А на навантажувальній характеристиці за постійним струмом отримується як точка перетину навантажувальної характеристики зі статичною характеристикою транзистора, яка відповідає базовому струму ІБ0. Необхідно зазначити, що при зміні R= змінюється нахил характеристики, а при зміні ЕЖ характеристика зміщується вправо або вліво без зміни нахилу. Напруга між вихідними електродами транзистора UКЕ визначається рівнянням:
. (2.3)
Вираз (2.3) є рівнянням навантажувальної характеристики за постійним струмом.
Положення навантажувальної лінії змінному струму визначається опором вихідного кола транзистора змінному струму . Значення опору ~ знаходять з виразу:
, (2.4)
де - опір резистора в колекторі транзистора, - опір навантаження каскаду.
Цю навантажувальну характеристику використовують при розрахунку каскадів потужного підсилення для графічного визначення потужності, яка віддається в навантаження каскадом, а також струму та напруги сигналу і споживаної потужності від джерела живлення.
Опір вихідного кола каскаду Z змінному струму для смуги частот підсилюваного сигналу відрізняється від опору постійному струму і має активну R та реактивну Х складові, тобто опір вихідного кола змінному струму може бути активним, реактивним або комплексним. У більшості випадків опір цього кола в смузі робочих частот практично активний, тому навантажувальну лінію змінному струму будують для активного опору навантаження вихідного кола змінному струму R~.
Якщо на базу транзистора крім зміщення UБЕ0 подати і сигнал UБЕМ, струм у вихідному колі зміниться і його миттєве значення іВИХ буде дорівнювати сумі , де - миттєве значення струму сигналу у вихідному колі.
Напруга між вихідними електродами транзистора в цьому випадку буде:
. (2.5)
Вираз (2.5) називається рівнянням навантажувальної прямої за змінним струмом. Для її побудови на горизонтальній осі сімейства вихідних характеристик (рис. 2.2), при іВИХ = 0 та (іВИХ = ІК0 відмічають точку О(, в якій , де R~ - опір навантаження вихідної ланки змінному струму. Оскільки в момент проходження сигналу через нуль робоча точка транзистора знаходиться в точці А, то навантажувальна пряма за змінним струмом проходить через точки А та O( (рис. 2.2).
Важливою при проектуванні підсилювачів є прохідна динамічна характеристика, яка показує залежність вихідного струму транзисторного каскаду від е.р.с. джерела сигналу вхідного кола при наявності опору джерела RДЖ. Цю характеристику використовують для розрахунку нелінійних спотворень каскаду. Оскільки в транзисторних каскадах нелінійні спотворення виникають як у вхідному, так і у вихідному колах, то прохідна характеристика дає можливість визначити нелінійні спотворення, які вносяться спільним впливом вхідного та вихідного кола транзистора у відповідності з методикою, наведеною в [12].
Для побудови прохідної динамічної характеристики використовують навантажувальну пряму за змінним струмом (рис. 2.2) та вхідну характеристику транзистора (рис. 2.1). Для кожної точки перетину навантажувальної прямої зі статичними вихідними характеристиками знаходять значення вихідного струму іК (іК1, іК2, іКА, іК3, іК4), а для відповідних їм точок статичної вхідної характеристики транзистора – необхідне зміщення транзистора UБЕ (UБЕ1, UБЕ2, UБЕА, UБЕ4, UБЕ5) та відповідний йому струм бази іБ (іБ1, іБ2, іБА, іБ3, іБ4). Потім для кожної з цих точок розраховують е.р.с. джерела сигналу за формулою:
, (2.6)
де RДЖ - внутрішній опір джерела сигналу змінному струму у випадку першого каскаду, або вихідний опір змінному струму попереднього каскаду з урахуванням кіл зміщення та стабілізації робочої точки. Точки із знайденими таким способом значеннями іК та еДЖ наносять на графік в координатах іК, еДЖ і з’єднують лінією, при цьому отримують прохідну динамічну характеристику за змінним струмом для конкретного значення RДЖ (рис. 2.3).
\
2.2. Основні параметри біполярних транзисторів
Основними параметрами біполярних транзисторів, які необхідно мати при виконанні курсової роботи, є:
максимально допустимий струм колекторного переходу транзистора ІКД;
максимально допустима постійна напруга колектор-емітер UКД;
максимально допустима потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора РКД;
максимальний зворотний струм переходу колектор-база ІКБО;
вхідний опір транзистора для схеми включення зі СЕ h11Е;
коефіцієнт передачі транзистора за струмом в ділянці нижніх частот для схеми зі СЕ h21Е;
ємність конденсаторно-базового переходу СК;
стала часу зворотного зв’язку (;
гранична частота передачі струму в схемі зі СЕ FГР (при цьому коефіцієнт підсилення транзистора за струмом дорівнює одиниці);
верхня частота підсилення струму в схемі зі СЕ FВТ;
опір базового переходу транзистора rБ;
опір емітерного переходу транзистора rЕ.
Деякі параметри транзисторів при їх відсутності у довіднику можна визначити наступним чином:
, (2.7)
, (2.8)
, (2.9)
. (2.10)
2.3. Прохідні та вихідні характеристики польових транзисторів
В польових транзисторах використовується механізм керування струмом за допомогою електричного поля (а не струмом, як в біполярних транзисторах). Польові транзистори мають дві основні різновидності. Перша з них базується на використанні поля в p-n – переході, друга – на використанні поля в діелектрику, розташованому між пластиною напівпровідника та металевою плівкою. Перші транзистори називають польовими транзисторами з заслоном на основі p-n – переходу, а другі – зі структурою “метал-діелектрик-напіпровідник” – МДН – транзисторами.
Прохідні характеристики польового транзистора показують залежність струму стоку ІС від напруги на заслоні U3 при різних напругах на стоку транзистора UС. Типові прохідні характеристики польового транзистора з р-n- переходом наведені на рис. 2.4. Положення робочої точки A на кривій, яка відповідає напрузі на стоку по відношенню до витоку UС3, визначається зміщенням на заслоні UЗВ0. Типові прохідні характеристики польового транзистора з n-каналом наведені на рис. 2.5. Положення робочої точки А на кривій, яка відповідає напрузі на стоку по відношенню до витоку UС2 визначається зміщенням на заслоні UЗВ0.
Вихідні статичні характеристики польового транзистора показують залежність струму стоку транзистора ІС від напруги, прикладеної між стоком та витоком UСВ при постійній напрузі на заслоні UЗ. Типові вихідні статичні характеристики польового транзистора, ввімкненого зі схемою зі СВ, наведені на рис. 2.6. Положення робочої точки А на вихідних характеристиках визначається напругою UЗ0. Через робочу точку А проходить навантажувальна пряма за постійним струмом 1-2-А-3-4 та навантажувальна пряма за змінним струмом 1(-2(-А-3(-4(. Навантажувальна пряма за постійним струмом проходить через точки, які відповідають напрузі живлення каскаду ЕЖ та максимальному струму стоку ІСМ, який може протікати через транзистор і визначається у відповідності з виразом:
,
де R= - опір навантаження вихідного кола польового транзистора постійному струму. Робоча точка А на навантажувальній характеристиці за постійним струмом отримується як точка перетину навантажувальної характеристики зі статичною характеристикою транзистора, яка відповідає напрузі на заслоні UЗ0.
Положення навантажувальної лінії за змінним струмом визначається опором вихідного кола змінному струму R(, який визначається у відповідності з виразом (2.4). Максимальний розмах вихідного сигналу у відповідності з рис. 2.6 визначається наступним чином:
. (2.11)
де UC4 та UC1 – напруги між стоком та витоком транзистора для точок 4 та 1 характеристики.
2.4. Основні параметри польових транзисторів
Основними параметрами польових транзисторів, які необхідно мати при виконанні курсової роботи, є:
- максимально допустимий струм стоку транзистора ІСД;
- максимально допустима напруга переходу стік-витік UСД;
максимально допустима потужність, яка розсіюється на стоку транзистора РСД;
- максимальний зворотний струм переходу стік-заслін ІСЗО;
крутизна характеристики польового транзистора S;
вхідна ємність польового транзистора С11В;
вихідна ємність польового транзистора С22В;
прохідна ємність польового транзистора С12В;
початковий струм стоку при UЗВ =0 ІСПОЧ;
гранична частота підсилення польового транзистора FГР (коефіцієнт підсилення рівний одиниці).
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора