close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Очет

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)"
(СГАУ)
Кафедра радиотехники
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по курсовой работе по дисциплине
Схемотехника аналоговых устройств
Выполнил: Иван Иваныч
Проверил: Днищенко В.А.
Самара 2013
Задание № 33 на курсовой проект студенту Иван Иванычу гр. 531
1. Содержание задания
1.1 Спроектировать усилитель низкой частоты.
1.2 Смоделировать процесс настройки усилителя на ЭВМ.
1.3 Оформить ПЗ и графическую часть курсового проекта.
2. Исходные данные для проектирования:
2.1 Нижняя частота полосы пропускания, fн - 20 Гц
2.2 Верхняя частота полосы пропускания, fв - 10 кГц
2.3 Допустимые искажения на нижней частоте, Мн - 2 дБ
2.4 Допустимые искажения на верхней частоте, Mв - 1 дБ
2.5 Активное сопротивление нагрузки, Rн - 4 Ом
2.6 Сопротивление источника сигнала, Rист - 1 кОм
2.7 Номинальная амплитуда входного сигнала, Uвх.m - 0,3 В
2.8 Выходная мощность усилителя , Рвых - 6 Вт
2.9 Допустимый коэффициент гармоник при номинальной амплитуде
выходного сигнала, Кг - 0,5%
2.10 Диапазон рабочих температур - (+20;+60)ºС 3. Перечень и объем графических и текстовых документов.
3.1 Пояснительная записка - 30...40л.А4
РЕФЕРАТ
Курсовой проект.
Пояснительная записка: 41 с., 10 рис., 11 табл., 8 источников.
УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ, ЭСКИЗНЫЙ РАСЧЕТ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ, МОДЕЛИРОВАНИЕ НАСТРОЙКИ НА ЭВМ, АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Произведены выбор функциональной и принципиальной схем усилителя низкой частоты. Выполнены эскизный и электрический расчеты усилителя в соответствии с заданными параметрами. Произведено моделирование настройки усилителя на ЭВМ. Проанализированы влияние разброса параметров элементов и изменения температуры.
СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ1
ВВЕДЕНИЕ3
1 ЭСКИЗНЫЙ РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ4
1.1 Выбор функциональной схемы4
1.2 Выбор и описание принципиальной схемы усилителя и назначение элементов5
1.3 Распределение заданных параметров усилителя по отдельным каскадам8
1.4 Распределение коэффициентов усиления по отдельным каскадам9
1.5 Распределение частотных искажений по отдельным каскадам10
2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ12
2.1.1 Расчет по постоянному току для упрощенного варианта схемы усилителя.13
2.1.2 Расчет дополнительных элементов по постоянному току18
2.2.1 Расчет для средних частот21
2.2.2 Расчет для нижних частот23
2.2.3 Расчет для верхних частот.23
2.3 Построение графика АЧХ.24
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ НАСТРОЙКИ УСИЛИТЕЛЯ НА ЭВМ27
3.1 Настройка усилителя по постоянным составляющим токов и напряжений28
3.2 Настройка усилителя по переменным составляющим для средних частот, настройка полосы пропускания32
3.3 Анализ влияния разброса элементов и температуры33
4. Подготовка требований к источнику питания и определение габаритов радиаторов.35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ36
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ37
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ38
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ39
ВВЕДЕНИЕ
Усилительные устройства являются важной частью радиотехнических аналоговых электронных устройств.
Они применяются в передающей и приемной радиоаппаратуре, а так же во вспомогательных устройствах преобразования сигналов и электропитания. Современные усилители строятся по схемам, близким к схемам операционных усилителей.
В курсовом проекте производится проектирование современного усилителя низкой частоты и моделирование его настройки с помощью ЭВМ. Курсовой проект является завершающей частью изучения дисциплины "Схемотехника аналоговых устройств". В процессе выполнения курсового проекта приобретаются практические навыки по расчету и настройке многокаскадного усилителя.
1 ЭСКИЗНЫЙ РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ
1.1 Выбор функциональной схемы
Решая вопрос об использовании ООС необходимо учитывать, что применение ООС уменьшает коэффициент усиления, но при этом расширяет полосу пропускания (связи типа H и Y), повышает стабильность коэффициента усиления (в том числе и термостабильность), уменьшает нелинейные искажения. В тех случаях, когда положительное действие ООС имеет существенное значение, принимают решение об использовании ООС.
При использовании ООС, её глубину определим исходя из требуемого уменьшения нелинейных искажений по формуле:
С учетом ООС следует выбирать общий расчетный коэффициент усиления (при разомкнутой ООС) по формуле:
Для Pнагр. зад >0,2 Вт на выходе усилителя используем комплементарный повторитель, обладающий высоким коэффициентом полезного действия. Его коэффициент усиления приблизительно равен единице. Так как Kрасчетн >50, функциональная схема усилителя, должна содержать следующие каскады:
1-й каскад (входной) - дифференциальный,
2-й каскад (предвыходной) - с общим эмиттером,
3-й каскад (выходной) - комплементарный.
Функциональная схема усилителя показана на рисунке 1
Рисунок 1 - Функциональная схема усилителя
1.2 Выбор и описание принципиальной схемы усилителя и назначение элементов
Определив количество и типы каскадов разрабатываемого усилителя, следует конкретизировать их внутреннюю структуру (рисунок 2). Первый (дифференциальный) каскад выполнен с использованием источника тока, что значительно повышает коэффициент ослабления синфазного сигнала, а значит улучшает качество усилителя. Источник тока в эмиттерной цепи выполнен по схеме токового зеркала для уменьшения температурной нестабильности. Так как не требуется большой коэффициент усиления, то в коллекторной цепи используется один коллекторный резистор. Второй каскад выполняется по схеме с общим эмиттером. В его коллекторной цепи должен находиться источник напряжения смещения для выходного комплементарного каскада. Источник смещения выполнен из последовательно соединенных диодов, включенных в прямом направлении. Второй каскад должен выполняться с местной ООС. Это необходимо потому, что на его вход поступает выходное напряжение первого каскада, которое усилено по сравнению со входным сигналом усилителя. Если не применять во втором каскаде местную ООС, то нелинейные искажения в этом каскаде будут недопустимо велики. Здесь можно использовать ООС типа Z, так как ООС типа Z обеспечивает большое входное сопротивление и легко согласуется с выходным сопротивлением первого каскада. В качестве коллекторного сопротивления второго каскада использован резистор, что позволяет расширить полосу пропускания.
Третий каскад выполнен по схеме комплементарного повторителя, т.к. заданная мощность в нагрузке позволяет подобрать комплементарную пару транзисторов. В данном курсовом проекте нелинейные искажения ограничиваются на достаточно низком уровне. Поэтому в выходном каскаде должно быть предусмотрено напряжение смещения между плечами комплементарного каскада, которое обеспечит минимальные искажения у выходных транзисторов. При этом велика опасность самоуничтожения комплементарного каскада. Поэтому в выходном каскаде предусмотрены статические транзисторные цепи защиты выходных транзисторов от перегрузки.
При использовании входного дифференциального каскада внешнюю ООС удобно реализовать по типу H.
С учетом изложенного электрическая схема проектируемого усилителя низкой частоты имеет вид, показанный на рисунке 2.
Рисунок 2 - Электрическая схема усилителя низкой частоты
Работа усилителя происходит следующим образом. Входной сигнал поступает на транзистор VT1, где усиливается и инвертируется. Усиленный и инвертированный сигнал поступает на транзистор VT5, где еще раз усиливается и инвертируется. Сигнал с коллектора VT5 поступает на выход усилителя через комплементарный повторитель на транзисторах VT9...12. С выхода усилителя через делитель цепи ООС (Rос.1, Rос.2, Cос.1, Cос.2) часть выходного сигнала поступает на второй вход дифференциального каскада (VT2). Транзистор VT2 повторяет сигнал обратной связи на эмиттере VT1, чем и реализуется ООС типа H. Назначение вспомогательных фрагментов схемы усилителя следующее:
Для задания эмиттерного тока в дифференциальном каскаде используется источник стабильного тока на транзисторах VT3 и VT4, собранный по схеме токового зеркала.
Для создания динамической нагрузки в коллекторной цепи VT5 используется источник стабильного тока на транзисторе VT6.
Для создания источника напряжения смещения используются диоды VD1...VD3 включенные в прямом направлении.
Для защиты выходного каскада от перегрузки по выходу используются цепи статической транзисторной защиты, включающие в себя транзисторы VT7 и VT8, а так же резисторы R13 и R14 и диоды VD4, VD5.
Цепь ООС типа H реализуется на элементах Rос.1, Rос.2, Cос.1, Cос.2.
Для согласования параметров дифференциального каскада с напряжением питания используются резисторы Rбал и R5. Для выравнивания сопротивлений во входных цепях транзисторов VT1 и VT2 предназначен резистор Rдоб.
1.3 Распределение заданных параметров усилителя по отдельным каскадам
На этом этапе заполняется таблица 1.
Общий коэффициент нелинейных искажений приблизительно равен сумме коэффициентов нелинейных искажений отдельных каскадов:
где К1г - коэффициент нелинейных искажений первого каскада; К2г - коэффициент нелинейных искажений второго каскада; К3г - коэффициент нелинейных искажений третьего каскада; Т.к. выбором напряжения смещения в комплементарном повторителе можно существенно уменьшить нелинейные искажения третьего каскада, а так же учитывая то, что второй каскад (с общим эмиттером) создает нелинейные искажения больше, чем первый, примем:
Тогда получаем рекомендацию по выбору K1г в виде следующей формулы:
Учитывая, что для первого (дифференциального) каскада:
,
можем определить значение амплитуды требуемого входного напряжения первого каскада /7/ следующим образом: Обеспечить требуемое значение входного напряжения можно при использовании общей ООС типа H со следующей глубиной:
1.4 Распределение коэффициентов усиления по отдельным каскадам
Распределение коэффициентов усиления по отдельным каскадам следует начинать с выходного каскада.
,
где Sвых.тр - общая крутизна коллекторного тока пар выходных транзисторов VT10, VT11 и VT12, VT13; - термопотенциал p-n-перехода.
,
где К3 - коэффициент усиления по напряжению выходного каскада.
Далее следует определить значение коэффициента передачи входной цепи. Для чего на этапе эскизного расчета положим: . Тогда:
Выбор значения сопротивления Rос1 производится на основании следующих критериев: во-первых, обязательно Rос.1  3 Rн = 34 = 12 Ом; во-вторых, обязательно Rос.1  R ист = 1 кОм; в-третьих, желательно выбрать минимальное значение Rдоб = Rос.1 - R ист для уменьшения шумов на выходе.
На основании этих критериев выбирается Rос.1 = 1 кОм.
Тогда коэффициент передачи входной цепи определится, исходя из выражения:
, где R_(вх.д.к)=2∙r_бэ∙R_н
Учитывая, что , и выбирая , определим значение коэффициента усиления первого каскада по формуле:
.
Для определения глубины местной ООС типа Z зададимся значением амплитуды требуемого выходного напряжения второго каскада /7/:
.
Тогда глубина местной ООС во втором каскаде определится как:
1.5 Распределение частотных искажений по отдельным каскадам
При распределении частотных искажений по отдельным каскадам необходимо учитывать, что для низких частот все частотные искажения обусловлены только элементом Сос.2 . Для верхних частот частотные искажения должны распределяться с учетом частотных свойств отдельных каскадов (наилучшими частотными свойствами обладает комплементарный повторитель, а наихудшими - каскад с общим эмиттером). С учетом вышеизложенного распределение частотных искажений по каскадам показано в таблице 1.
Таблица 1 - Эскизное распределение параметров усилителя по каскадам
Наименование и размерность
параметравходная цепьвходной
каскадпредвыходной
каскадвыходной
каскадвесь
усилителькоэффициент
усиления по
напряжению0.99220,461,20,97823,1
1212коэффициент
нелинейных
искажений, %-0,00170,003300,005глубина ООС--21,0945,41252,479Коэффициент
частотных искажений на верхних частотах, дБ0,2
0,3
0,4
0,1
1
Коэффициент
частотных искажений на верхних частотах, в абсолютных единицах1,0231,0351,0471,0121,122
2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ
Электрический расчет усилителя ведется от выхода к входу. На рисунке 3 представлена упрощенная электрическая схема, на основе которой удобно выполнять первый этап электрического расчета усилителя по постоянному току. Рисунок 3 - Упрощенная электрическая схема усилителя
2.1.1 Расчет по постоянному току для упрощенного варианта схемы усилителя.
а) Определение напряжения питания.
(1)
С учетом (1) получим:
Выбирается =12 В.
б) Выбор транзисторов VT11, VT12, VT9, VT10 производится по четырем параметрам: max Uкэ; max Iк.средн.; max Pтрз; f*верх, значения которых не должны превышать значений, приведенных в справочнике. ; .
Для транзисторов VT11, VT12:
здесь Мв.3 - коэффициент частотных искажений для третьего каскада в абсолютных единицах. Для выбранных транзисторов составлена таблица 2. Таблица 2 - Выбор транзистора VТ11, VТ12.
Наимено-вание
расчетного
параметраЗначение
расчетного
параметраНаимено-
вание
справочного
параметраЗначение
Справоч-ного
параме-траНаименование
выбранного транзистораПараметры C,пфR_(t°)℃/ВтmaxUкэ,В18,817Uкэ.доп, В45BD135 (n-p-n)
BD136 (p-n-p)1156010maxIк.сред, А0,551Iк.доп, А1,5 maxPтрз.д, Вт3,59Pтрз.доп, Вт12,5
С радиа-тором f*верх.,
кГц2,926кГцfт, МГц3 Для транзисторов VT9, VT10: Для выбранных транзисторов составлена таблица 3.
Таблица 3 - Выбор транзистора VТ9, VТ10.
Наимено-вание
расчетного
параметраЗначение
расчетного
параметраНаимено-
вание
справочного
параметраЗначение
справоч-ного
параме-траНаименование
выбранного транзистораПараметры Ск, пФ
maxUкэ,В18,817Uкэ.доп, В80
BC556 (p-n-p)
BC546 (n-p-n)
240610maxIк.сред, А0,0078Iк.доп, А0,100 maxPтрз.д, Вт0,093Pтрз.доп, Вт 0,5 f*верх.,
кГц2,926 fт, МГц 300 в) Определение сопротивления резисторов R11.. R14: R_13=R_14=0,6/(1,2∙I_(вых.макс.) )
Примечание: сопротивление резисторов R11,R12 может быть изменено при выполнении расчета для средних частот.
г) Выбор транзисторов VT5, VT6 производим с помощью следующих величин:
здесь Mв.2 - коэффициент частотных искажений для второго каскада (в абсолютных единицах); * - эскизное значение (*  100).
Выбор транзистора VT5, VT6 оформим в виде таблицы 4.
Таблица 4 - Выбор транзистора VT5, VT6
Наимено-вание
расчетного
параметраЗначение
расчетного
параметраНаимено-
вание
справочного
параметраЗначение
Справоч-ного
параме-траНаименование
выбранного транзистораПараметры Ск, пФ
maxUкэ,В18,817Uкэ.доп, В80
BC556 (p-n-p)
BC546 (n-p-n)
240610maxIк.сред, мА7,151Iк.доп, мА100 maxPтрз.д, мВт85Pтрз.доп, Вт 0,5 f*верх.,
кГц71,25 fт, МГц 300 д) Определение сопротивления резистора R8:
е) Определение электродвижущей силы смещения (Eсм.):
,
здесь Uбэ.пок.11=0,4В; Uбэ.пок.9=0,65В если VT9,10 одиночный транзистор и Uбэ.пок.9=1,3В, если VT9,10 составные транзисторы.
ж) Определение сопротивления резистора R*1:
з) Выбор транзисторов VT1, VT2 производим с помощью следующих величин:
где Мв.1 - коэффициент частотных искажений для первого каскада (в абсолютных единицах).
Выбор транзисторов VT1 и VT2 оформим в виде таблицы 5.
Таблица 5 - Выбор транзисторов VT1, VT2
Наимено-вание
расчетного
параметраЗначение
расчетного
параметраНаимено-
вание
справочного
параметраЗначение
Справоч-ного
параме-траНаименование
выбранного транзистораПараметры Ск, пФ
maxUкэ,В2Uкэ.доп, В80
BC556 (p-n-p)
BC546 (n-p-n)
240610maxIк.сред, мА2,384Iк.доп, мА100 maxPтрз.д, мВт13Pтрз.доп, Вт 0,5 f*верх.,
кГц87,78 fт, МГц 300 и)Определение силы тока Iэ.и.:
Iэ.и. = 2Iк.пок.1 = 2,384 мА
к) Определение сопротивления резистора Rдоб:
Rдоб = Rос.1 - Rист=1000-1000=0 Ом
На этом расчет упрощенной схемы по постоянному току закончен.
2.1.2 Расчет дополнительных элементов по постоянному току
а) Выбор транзисторов защиты VT7, VT8 производится с помощью следующих величин:
Выбор транзисторов VT7 и VT8 оформим в виде таблицы 6.
Таблица 6 - Выбор транзисторов VT7, VT8
Наимено-вание
расчетного
параметраЗначение
расчетного
параметраНаимено-
вание
справочного
параметраЗначение
Справоч-ного
параметраНаименование
выбранного транзистораПараметры C,пфR_(t°)℃/ВтmaxUкэ,В1,353Uкэ.доп, В45BD135 (n-p-n)
BD136 (p-n-p)1156010maxIк.сред, А0,133Iк.доп, А1,5 maxPтрз.д, Вт0,18Pтрз.доп, Вт1,25 f*верх.,
кГц-fт, МГц3 б) Выбор диодов VD1...VD5:
Диоды VD1...VD3 предназначены для формирования ЭДС смещения.
Требуемое напряжение смещения можно получить либо с помощью кремниевых диодов, либо светодиодов или стабилитронов. Выбор диодов VD1... VD3 следует производить по силе тока, т.е. Iдоп. должен быть не менее Iк.п.5. Выбираются диоды 1n4148 Iдоп=200 мА.
Выбор диодов VD4,5 производим по силе тока, которая не превышает maxIк.кз.7. Выбираются диоды 1n4148.
в) Выбор элементов источника тока на основе транзистора VT6: В качестве транзистора VT6 выбираем комплементарный с VT5.
г) Выбор элементов источника тока в эмиттерной цепи дифференциального каскада:
Для обеспечения глубокой ООС типа Z необходимо обеспечить
(27)
Затем выбираем транзисторы VT3 и VT4, для чего определяем следующие величины:
Выбор транзисторов VT3 и VT4 оформим в виде таблицы 7.
Таблица 7 - Выбор транзисторов VT3, VT4
Наимено-вание
расчетного
параметраЗначение
расчетного
параметраНаимено-
вание
справочного
параметраЗначение
Справоч-ного
параме-траНаименование
выбранного транзистораПараметры Ск, пФ
maxUкэ,В2Uкэ.доп, В80
BC556 (p-n-p)
BC546 (n-p-n)
240610maxIк.сред, мА2,384Iк.доп, мА100 maxPтрз.д, мВт13Pтрз.доп, Вт 0,5 f*верх.,
кГц87,78 fт, МГц 300 Далее определяем сопротивления резисторов R3 и R4: (28)
Определение сопротивления резистора R5:
UR5  Eп - Uбэ.1 - maxUкэ.3- Iэ.и.R2 =5,715 В; 2.2.1 Расчет для средних частот
а) Определение сопротивления резистора Rос.2:
б) Проверка значения коэффициента усиления первого каскада:
∆K_1=|K_1-K_1^* |=1,004≈K_1∙4,9%<K_1∙10% , отсюда K*1  K1.эскизн., значит можно перейти к рассмотрению второго каскада. в) Проверка значения коэффициента усиления второго каскада. Т.к. K1=61,205<K2*, то введем Rш для уменьшения усиления во втором каскаде:
R_ш=(R_(н.5)∙K_2)/(K_2^*-K_2 )=6,776 кОм
г) Определение коэффициента полезного действия усилителя.
2.2.2 Расчет для нижних частот
Емкость конденсатора Сос.2 определяется по формуле:
где Мн - заданные допустимые искажения на нижней частоте в абсолютных единицах.
2.2.3 Расчет для верхних частот.
а) Определение постоянной времени входной цепи :
r_(б.э.1)=β_1/S_диф =10,47 кОм
б) определение постоянной времени межкаскадного соединения первого и второго каскадов:
, где в) Определение постоянной времени межкаскадного соединения второго и третьего каскадов:
Так как для УНЧ емкость нагрузки не задана, то постоянную времени выходной цепи определять не следует.
г) Определение частот среза (по уровню -3дб), соответствующих постоянным времени межкаскадных соединений (без ООС).
Значения частот следует определять по формуле:
Результаты вычислений постоянных времени и соответствующих частот среза записать в таблицу 8.
Таблица 8 - Постоянные времени и частоты среза.
КаскадыВх. цепь1й-2й каскады2й-3й каскады0,2070,79233,96f, кГц7712014,6872.3 Построение графика АЧХ.
Асимптотический график АЧХ и расчетная АЧХ приведены на рисунке 4.
f#=216 кГц;
f_(нижн.М)=f_(нижн.3дб.)/√(M_(нижн.зад)^2-1)=20 Гц
;
Значит, следует ввести в схему усилителя конденсатор Сос.1 , значение емкости которого необходимо рассчитать по формуле:
Рисунок 4 - Асимптотическая и расчетная ЛАЧХ
На этом электрический расчет закончен. Его результаты представлены в таблице 8.
Таблица 9 - Результаты электрического расчета.
Обозначение
элемента на
схемеТип или
номинал
VT1,VT2, VT3,VT4,VT6,VT9
VT5,VT10
VT7,VT11
VT8,VT12BC546
BC556
BD135
BD136VD1...VD51N4148R1
R2
R3
R4
R5
R6 R7 R8
R10
R11,R12
R13,R141 кОм, 0,125Вт
220 Ом, 0,125Вт
13 кОм, 0,125Вт
1,3 кОм, 0,125Вт
1,2 кОм, 0,125Вт
8.2 кОм, 0,125Вт
1 кОм, 0,125Вт
75 Ом, 0,125Вт
68 Ом, 0,125Вт
150 Ом, 0,125Вт
0,3 Ом, 1 ВтRос1
Rос2
Rш1 кОм, 0,125Вт
43 Ом, 0,125 Вт
6,7 кОм 0,125 ВтCoc.1
Coc.28,2 нФ
240 мкФ Предварительный выбор параметров схемы закончен.
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ НАСТРОЙКИ УСИЛИТЕЛЯ НА ЭВМ На рисунке 5 представлена электрическая схема исследуемого усилителя выполненная в среде Micro-Cap 9.0.7.
Рисунок 5 -Электрическая схема усилителя для настройки на ЭВМ
Перейдем к анализу схемы.
3.1 Настройка усилителя по постоянным составляющим токов и напряжений
Вначале отделим каскады друг от друга и разомкнем общую ООС (типа H). Для этого надо базовый электрод транзистора VT5 "отключить" от коллектора VT1 и "соединить" с эмиттером VT5. Для размыкания цепи общей ООС следует "отключить" резистор Rос.1 от выхода усилителя и "подключить" к общей шине (общему узлу).
Далее запустим анализ по постоянному току и получим на экране монитора вид зависимости напряжения на коллекторе транзистора VT1 от входного постоянного напряжения.
При правильном выборе сопротивлений резисторов Rос.1 и Rдоб график зависимости Uк1 (Uвх) располагается симметрично относительно оси ординат (Uвых) и не требует смещения вправо или влево, представлен на рисунке 6.
Рисунок 6 - Коэффициент передачи 1-ого каскада
Коэффициент передачи входного каскада без учета влияния входной цепи находится по формуле:
Коэффициент передачи входного каскада с учетом влияния входной цепи рассчитывается по формуле:
что близко к эскизному расчету.
Далее подключим базу транзистора VT5 к коллектору VT1, осуществляя этим соединение первого и второго каскадов. При этом отключим второй каскад от комплементарного повторителя, для чего базовые выводы транзисторов VT9 и VT10 присоединим к своим эмиттерам. Одновременно отключим коллекторы транзисторов токовой защиты VT7 и VT8 от транзисторов VT5 и VT6 и соединим коллекторы VT7 и VT8 с базовыми выводами этих же транзисторов.
Затем пронаблюдаем на экране монитора вид зависимостей Uвых (Uвх) для двух каскадов, который показан на рисунке 7. Рисунок 7 - Коэффициент передачи двух каскадов
Здесь наклон графика зависимости Uк.5 (Uвх) на среднем участке на 37% превышает Красч (из-за использования сопротивлений из стандартного ряда E24).
Теперь подключим комплементарный повторитель и проверим зависимость выходного напряжения усилителя без ООС от постоянного входного напряжения. График этой зависимости должен быть аналогичным графикам зависимостей Uк.5 (Uвх) и Uк.6 (Uвх), но должен проходить через начало координат, представлен на рисунке 8. Коэффициент передачи усилителя без ООС.
Рисунок 8 - Коэффициент передачи усилителя без ООС
После наблюдения графика зависимости Uвых (Uвх) подключим общую ООС. Затем временно заменим конденсатор Сос.2 на независимый источник постоянного напряжения с напряжением равным Uб.п.2 и подключим резистор Rос.1 между базой транзистора VT2 и выходным узлом усилителя. После этого будем наблюдать на мониторе график зависимости Uвых (Uвх), который должен иметь вид прямой линии, проходящей через начало координат с наклоном, соответствующим заданному коэффициенту усиления всего усилителя. Коэффициент передачи усилителя c ООС изображен на рисунке 9:
Рисунок 9 - Коэффициент передачи усилителя c ООС
На этом моделирование настройки усилителя по постоянному току закончено.
3.2 Настройка усилителя по переменным составляющим для средних частот, настройка полосы пропускания
Восстановим подключение конденсатора Cос.2. Затем заменим источник постоянного входного напряжения на источник переменного напряжения, и проведем анализ по переменному току. Рисунок 10 - АЧХ усилителя
Кг=0,143% < Кг.зад, следовательно находится в допустимых пределах.
3.3 Анализ влияния разброса элементов и температуры
В таблице 10 и на рисунках 11-16 представлены постоянная составляющая выходного напряжения, сила тока, потребляемого от источника питания, коэффициент усиления, верхняя и нижняя границы полосы пропускания при изменении температуры от минус -50ºC до 50ºC. Таблица 10 - Температурная зависимость основных параметров усилителя.
ПараметрЗначение параметра при минимальной температуреЗначение параметра при максимальной температуреПостоянная составляющая выходного напряжения-77мВ-96мВСила тока, потребляемого от источника питания1,8291,822Коэффициент усиления23,7423,67Верхняя граница полосы пропускания, Гц11,23111,634Нижняя граница полосы пропускания, кГц26,09125,068 Данные отклонения ввиду изменения температуры считаются допустимыми, поскольку не превышают 10% от заданных значений этих параметров.
Проведем анализ по методу Монте - Карло зависимости от диапазона возможных отклонений сопротивлений резисторов следующих параметров:
- постоянной составляющей выходного напряжения; - коэффициента усиления; - верхней и нижней границы полосы пропускания. Результаты анализа записаны в таблицу 11.
Таблица 11 - Влияние разброса сопротивлений.
Параметр Разброс
сопротивлений 51020 Постоянная составляющая
выходного напряжениявходитвходитвходит Коэффициент усилениявходитне входитне входит Верхняя граница полосы пропусканиявходитне входитне входит Нижняя граница полосы пропусканиявходитне входитне входит По данным таблицы 8 делается выбор ряда сопротивлений Е24. На этом моделирование настройки усилителя по переменному току закончено.
4. Подготовка требований к источнику питания и определение габаритов радиаторов.
В требованиях к источнику питания должны быть указаны следующие величины:
напряжение холостого хода ;
максимальная сила тока ;
внутреннее сопротивление ;
амплитуда и частота пульсации напряжения ;
фазировка пульсаций для двух выходов источника питания.
Напряжение холостого хода источника питания :
Uxx = 12В Максимальная сила потребляемого тока:
Внутреннее сопротивление источника питания:
Допустимая амплитуда пульсации выходного напряжения источника питания может быть определена исхдя из заданного значения коэффициента нелинейных искажений:
Полученное значение Uпульс.m.доп может считаться справедливым только при условии противофазности пульсирующих составляющих напряжений для двух выходов источника питания.
Определение размеров радиатора.
Так как мощность, рассеиваемая в транзисторе превышает допустимое значение (указанное в справочнике) для мощности без радиатора, но меньше, чем мощность допустимая с радиатором, то следует определить площадь радиатора (в см2) по формуле: ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проделанной работы спроектирован усилитель низкой частоты, который удовлетворяет требованиям задания.
Электрический расчет позволил получить параметры элементов, значения которых были скорректированы, в процессе моделирования настройки на ЭВМ, не более чем на ±10%. Анализ влияния температуры показал, что разброс параметров усилителя незначителен. Анализ влияния разброса параметров показал, что допустимыми являются отклонения параметров элементов от номинальных значений в диапазоне ±10% , и при этом отклонения заданных параметров усилителя не превышают ±10%. Коэффициент полезного действия усилителя при номинальной нагрузке равен 44%, что близко к типовым значениям для современной аналоговой аппаратуры.
Для питания спроектированного усилителя требуется источник, вырабатывающий два постоянных напряжения ±12В при силе тока 1,8А. Внутреннее сопротивление источника питания не должно превышать 0,3 Ом.
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
УНЧ - усилитель низкой частоты
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика
ООС - отрицательная обратная связь
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Fн - нижняя частота полосы пропускания
Fв - верхняя частота полосы пропускания
Mн - коэффициент частотных искажений на нижней границе полосы пропускания
Mв - коэффициент частотных искажений на верхней границе полосы пропускания
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 109/ Сост. И. Н. Алексеева.- М.: Патриот, 1991.- 80 с.,ил.
Аксенов А. И. Нефедов А. В. Отечественные полупроводниковые приборы. Справочник. -М. СОЛОН - Пресс, 2005. -584 с.:ил..
Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие/ К.С. Петров. - СПб.:Питер, 2003. - 512 с.: ил.
Конструкция и обозначение в технической документации стандартных радиоэлементов. Резисторы: Метод. указаниея/ Куйбышев. авиац. ин-т; Сост. В.В. Волкова, Е. П. Веретельник. Куйбышев,1990 - 24 с.
Конструкция и обозначение в технической документации стандартных радиоэлементов. Конденсаторы: Метод. указаниея/ Куйбышев. авиац. ин-т; Сост. В.В. Волкова, Е. П. Веретельник. Куйбышев,1990 - 36 с.
Конструкция и обозначение в технической документации стандартных радиоэлементов. Диоды и транзисторы: Метод. указаниея/ Куйбышев. авиац. ин-т; Сост. В.В. Волкова, Е. П. Веретельник. Куйбышев,1990 - 35 с.
Проектирование усилителя низкой частоты с моделированием настройки на ЭВМ: Методические указания к курсовому проектированию/Самарский государственный аэрокосмический университет; Ю.С. Дмитриев. Самара, 2004 - 49с Справочник по полупроводниковым приборам. Москатов Е.А. - М. Журнал "Радио", 2005. - 208 с.,ил.
38
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
67
Размер файла
494 Кб
Теги
очет
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа