close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Usilitel s OOS Kolyagina1410щрд

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки
Рязанский Государственный Радиотехнический Университет
Кафедра САПР ВС
ПОЯСНИТЕЛЬНА ЗАПИСКА
к курсовой работе по курсу:
"Схемо и системотехника"
На тему:
"Проектирование усилительных устройств"
Подготовил:
студентка гр.1410
Колягина П.Э.
Проверил:
доц.каф.САПР ВС
Перепелкин Д.А.
Рязань, 2013 г
Введение.........................................................................................................................
Задание...............................................................................................................
1. Расчетная часть...................................................................................................
1.1. Расчет коэффициента усиления напряжения усилителя.............................................
1.2. Расчет элементов выходного каскада.....................................................................
1.2.1. Выбор рабочей точки транзистора.....................................................................
1.2.2. Выбор сопротивлений коллектора и эмиттера.......................................................
1.2.3. Выбор транзистора и расчет эмиттерного повторителя...........................................
1.2.4. Расчет элементов фиксации рабочей точки...........................................................
1.2.5. Предварительный расчет коэффициента усиления..................................................
1.3. Расчет элементов входного каскада.....................................................................
1.3.1. Выбор рабочей точки транзистора.....................................................................
1.3.2. Выбор сопротивлений коллектора и эмиттера.......................................................
1.3.3. Выбор транзистора.........................................................................................
1.3.4. Расчет элементов фиксации рабочей точки...........................................................
1.3.5. Расчёт коэффициента усиления входного каскада..................................................
1.3.5. Расчет емкостных элементов............................................................................
2. Расчёт достигнутого коэффициента усиления............................................................
3. Расчет элементов цепи ООС..................................................................................
4. Моделирование...................................................................................................
4.1 Схема входного каскада......................................................................................
4.2 Схема выходного каскада....................................................................................
4.3. Схема усилителя без оос.....................................................................................
4.4. Схема усилителя с оос.......................................................................................
4.5 Построение характеристики Moc...........................................................................
5 Спецификация....................................................................................................
6. Заключение.......................................................................................................
7. Список литературы.............................................................................................
3
4
5
5
7
7
8
10
13
14
14
14
15
16
19
20
20
21
21
22
22
23
24
25
28
29
30
31
Введение.
В данной курсовой работе проводится проектирование многокаскадного усилителя переменного тока с обратной отрицательной связью. При проектировании рассчитываются статические и динамические параметры усилителя, а затем проводится его моделирование с использованием пакета схемотехнического моделирования Micro-Ca9.
Усилителем называют устройство, предназначенное для повышения входного сигнала по мощности. Основными параметрами усилителя являются коэффициент усиления, входное и выходное сопротивление усилителя и частотные характеристики: АЧХ и ФЧХ.
Усилитель может содержать несколько каскадов, соединенных между собой последовательно через цепи связи. Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала.
№ вариантаТип проводимости транзистораUВХm, мВRГ, ОмIН, мАPН,
ВтRН,
Омt°макс, °CfН, ГцfВ, кГцMосН(ωН)MосВ(ωВ)39n-p-n28040-0,1400+3070800,870,87Задание
1. Расчетная часть
1.1 Расчет коэффициента усиления напряжения усилителя.
По исходным данным, вычисляем действующий на нагрузки ток и напряжение.
Амплитудные значения на нагрузке вычисляем по вычисленным действующим значениям:
Найдем коэффициент передачи усилителя с ООС:
Определим число каскадов n:
1) Пусть n=1, тогда:
Коэффициент передачи усилителя без ООС:
Так как условие K≤10 не выполнено, то n≠1.
2) Пусть n=2, тогда:
Коэффициент передачи усилителя без ООС:
Условие 10≤K≤100 выполняется, то число каскадов n=2. Расчет числа каскадов закончен.
1.2 Расчет элементов выходного каскада.
Схема усилительного каскада:
1.2.1 Выбор рабочей точки транзистора
Выбор рабочей точки А в транзисторе в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора IкА и напряжения UкА.
Точка покоя выбирается исходя из заданных значений амплитуды напряжения на коллекторе и тока коллектора .
Рабочую точку находим по формулам:
де - коэффициент запаса
Отсюда:
Предварительно оцениваем мощность транзистора:
Так как Pк=0.197 Вт, то имеем транзистор малой мощности.
Для маломощных транзисторов Получаем рабочую точку А(31мА;11В)
Определяем .
Выбираем Eп` ближайшее большее число их стандартного ряда: 5.6; 6.3; 10; 12.6; 24; 27; 36; 40; 50; 60; ...
Выбираем EпА`=24 В. Наносим полученную рабочую точку и точку EпА`=24 В на семейство выходных ВАХ (Рис1). Через две точки EпА и А проводим линию нагрузки, которая показывает возможную зависимость 1.2.2. Выбор сопротивлений коллектора и эмиттера
Находим Rк:
Для хорошей термостабилизации каскада с общим эмиттером значение сопротивления выбираем из соотношения
Положение линии нагрузки после фиксации значений и может быть определено следующий образом:
Проецируем точку А на новую линию нагрузки с учетом и получаем новую точку (31мА;9В). Через точку проводим динамическую линию нагрузки под углом . -коэффициент масштаба.
Проверяем условие UкэА`max>Uнм.
UкэА`max-максимальное переменное напряжение, в нашем случае: UкэА`max=6.2B
Так как условие не выполняется (6.28.94), то выбираем следующее из ряда напряжений.
Выбираем =27 В и повторяем построение. Получаем новую рабочую точку (34.5 мА,10.2 В)
Теперь UкэА`max=6.4B,но условие все равно не выполняется.
Так как условие не выполняется (78.94), то выбираем следующее из ряда напряжений.
Выбираем =36 В и повторяем построение. Получаем новую рабочую точку (45 мА,14 В)
Теперь UкэА`max=8.8, условие все равно не выполняется.
Необходимо поставить на выход эмиттерный повторитель, т.к. условие
UкэАmax>Uнм не выполняется после двух перемещений Eп. Поэтому за рабочую точку принимаем: P (45мА; 14 В)
1.2.3 Выбор транзистора и расчет эмиттерного повторителя.
В качестве транзистора для выходного каскада выбираем биполярный транзистор 2SC2383 (Т.к он подходит по параметрам и присутствует в базе транзисторов ППП Micro-Cap9)
Рассчитанные значения Предельно допустимые значения
(из справочника) n-p-n n-p-n На семейство выходных ВАХ наносится гипербола максимально рассеиваемой мощности Pкдоп. Определяем Iк= Pкдоп/Uкэ. Точки для построения гиперболы:
№ 1 2 3 4 5 6 7 8 10 15 20 25 30 35 36 40 90 60 45 36 30 26 25 22 Гипербола находится выше линий нагрузок, отсюда транзистор выбран правильно.
На выходной Вах на линии Uкэр=const отмечаем точки А и В, они соответствуют и (а также и на оси Iк)
Находим коэффициент усиления по току для схемы с ОЭ:
На входной ВАХ отмечаем точки и находим Определяем входное сопротивление транзистора для схемы с ОЭ: Полагаем, что =Rн. Теперь Rн для транзистора VT1 будет транзистора VT2. После включения эмиттерного повторителя новая динамическая линия нагрузки будет проходить через рабочую точку под углом Так как , то , т.е. схема с ОК увеличивает в
раза.
Рис.1 Выбор рабочей точки транзистора
Рис.2 Выходная ВАХ транзистора 2sc2383
Рис.3 Входная ВАХ транзистора 2sc2383
1.2.4. Расчет элементов фиксации рабочей точки
Из справочника для выбранного транзистора находим , будем использовать тепловой ток коллекторного перехода . В справочнике . Возьмем Определим :
A(Si)=2.5 для кремниевых транзисторов.
Найдем изменение тока от температуры:
Коэффициент температурной нестабильности:
Изменение температуры незначительно влияет на работу каскада, так как коэффициент находится в интервале .
По вычисленным значениям рассчитываем R2, а затем R1:
Условие выполняется. Ток делителя Iд находится как:
Условие Iд>(5÷10)Iбавыполняется(0.0115>0.0024).
1.2.5. Предварительный расчет коэффициента усиления:
Так как предыдущий каскад не рассчитан, то выходного каскада приравниваем к этого же каскада:
Результаты расчета выходного каскада:
=Ом;=60 Ом;
= Ом;= Ом;
=Ом;
= -22.
1.3. Расчет элементов входного каскада
1.3.1. Выбор рабочей точки транзистора
Необходимые параметры для расчета входного каскада:
2) 3) Расчет входного каскада будем проводить аналогично выходному.
Отсюда: Оценим мощность усилителя: Так как Pк<0.3 Вт, то имеем транзистор малой мощности
Для маломощных транзисторов Получаем рабочую точку А(7мА;2.9В) (Рис.4).
Выбираем EпА` ближайшее большее число их стандартного ряда: 5.6; 6.3; 10; 12.6; 24; 27; 36; 40; 50; 60; ...
Выбираем EпА`=6,3 В.
1.3.2. Выбор сопротивлений коллектора и эмиттера
Находим Rк:
Для хорошей термостабилизации выбираем
Уравнение линии нагрузки имеет вид:
Проецируем точку А на новую линию нагрузки с учетом и получаем новую точку (7мА;2.38В)
Через точку проводим динамическую линию нагрузки под углом . -коэффициент масштаба.
Проверяем условие UкэА`max>Uнм. . Так как условие не выполняется (0.370.41), то выбираем следующее из ряда напряжений.
Выбираем =10 В и повторяем построение. Получаем новую рабочую точку (10.6мА,4 В). Проверяем условие UкэА`max>Uнм, (0.550.41), следовательно за рабочую точку принимаем: P (10.6мА; 4 В). 1.3.3 Выбор транзистора
В качестве транзистора для выходного каскада выбираем биполярный транзистор 2N3393 Рассчитанные значения Справочные значения n-p-n n-p-n На семейство выходных ВАХ наносится гипербола максимально рассеиваемой мощности Pкдоп. Определяем Iк= Pкдоп/Uкэ.
Точки для построения гиперболы:
№ 1 2 3 4 5 6 4 5 6 7 10 16 50 40 33.3 28.6 20 12.5 Гипербола находится выше линий нагрузок, отсюда транзистор выбран правильно.
На выходной Вах на линии Uкэр=const отмечаем точки А и В, они соответствуют и (а также и на оси Iк)
Находим коэффициент усиления по току для схемы с ОЭ:
На входной ВАХ отмечаем точки и находим Определяем входное сопротивление транзистора для схемы с ОЭ: Рис.4 Выбор рабочей точки транзистора
Рис.5 Выходная ВАХ транзистора 2n3393
Рис.6 Входная ВАХ транзистора 2n3393
1.3.4. Расчет элементов фиксации рабочей точки
Из справочника для выбранного транзистора находим , будем использовать тепловой ток коллекторного перехода . В справочнике . Возьмем Определим :
A(Si)=2.5 для кремниевых транзисторов.
Найдем изменение тока от температуры:
Коэффициент температурной нестабильности:
Изменение температуры незначительно влияет на работу каскада, так как коэффициент находится в интервале .
По вычисленным значениям рассчитываем R2, а затем R1:
Условие выполняется. Ток делителя Iд находится как:
Условие Iд>(5÷10)Iба выполняется(0.0205>0.00078).
1.3.5. Расчет коэффициента усиления:
Результаты расчета входного каскада:
=Ом;=70 Ом;
= Ом;= Ом;
=Ом;
= -14.
Уточним коэффициент усиления по напряжению выходного каскада:
Уточним . Условие UкэА`max>Uнм, (0.550.45) выполняется.
1.3.6. Расчет емкостных элементов.
1) Для выходного каскада:
2) Для входного каскада:
2.Расчет коэффициента усиления многокаскадного усилителя.
Общий коэффициент усиления:
Условие выполняется(>60,61).
3. Расчет цепей обратной связи.
С учетом, что число каскадовn=2,цепь обратной связи заводится в часть входного каскада .В этом случае разбивается на две части и 4. Моделирование.
4.1. Схема выходного каскада.
Рис. 7. Схема выходного каскада
Числовые характеристики каскада, полученные при моделировании:
Амплитуда входного сигнала, мВ0.44Амплитуда выходного сигнала, В8.91Коэффициент усиления20.2Коэффициент усиления, дБ60Рис. 8 Переходная характеристика выходного каскада
Начальные значения схемыИзмененные значения схемы , Ом486, Ом486, Ом1192, Ом473, Ом122, Ом61, Ом419, Ом419, Ом60, Ом60, КОм40,2, КОм40,2, Ф4Е-5, Ф4Е-5,Ф2.98Е-5,Ф2.98Е-5,Ф4.5,ф4.5, В36, В36 .2. Схема входного каскада.
Рис. 9 Схема входного каскада
Амплитуда входного сигнала, мВ0.031Амплитуда выходного сигнала, В0.44Коэффициент усиления14.2Коэффициент усиления, дБ53 Рис. 10 Переходная характеристика входного каскада
Начальные значения схемыИзмененные значения схемы , Ом40, Ом40, Ом417, Ом2980, Ом71, Ом977, Ом486, Ом486, Ом70, Ом70, Ом81, Ом81, Ф17Е-6, Ф17Е-6,Ф4Е-6,Ф4Е-6,Ф2Е-3,ф2Е-3, В10, В10 4.3.Схема усилителя без ООС.
Рис. 11 Схема усилителя без ООС.
Рис.12 Переходная характеристика усилительного каскада без ООС
Рис. 13 АЧХ и ФЧХ усилителя без ООС
4.4 .Схема усилителя с ООС..
Рис. 14 Усилитель с ООС
Для выполнения условия увеличиваем c 243Ом до 409 Ом.
Переходная характеристика усилительного каскада с ООС имеет вид:
Рис.15 Переходная характеристика усилителя с ООС
Рис. 16 АЧХ и ФЧХ усилителя с ООС
Амплитуда входного сигналаАмплитуда выходного сигналаРасчетный коэффициент усиленияПолученный коэффициент усиленияВыходной каскад0.448.912020.25Входной каскад0.0310.441414.2с ООС0.28В8,9 В31.9(69,дБ)31.78(69,дБ)без ООС0.027В8.9В64( 83 ,дБ)333( 116 ,дБ) 4.5. Построение характеристики .
Рис. 17 Частотная зависимость
6. Спецификация.
6. Заключение.
В результате данной работы был получен двухкаскадный усилитель, работающий на низких частотах в пределах от 70 Гц до 80кГц. При моделировании усилителя производилась корректировка его параметров. Сопротивления резисторов R1 и R2 менялись в целях подбора рабочей точки. Т.к транзисторы более высокочастотные, чем необходимо по заданию, я уменьшала путем добавления дополнительных конденсаторов с ООС по верхним частотам. Конденсаторы были введены в каждый каскад. Для корректировки изменялись емкостные элементы С1 и С2. Данные, полученные при моделировании, имеют небольшие расхождения с расчетными данными. А именно амплитуды выходного сигнала и коэффициенты усиления. Отклонения от расчетных данных могли произойти по следующим причинам. Т.к. в схеме выходного каскада присутствует эмиттерный повторитель, свобода выбора рабочей точки значительно увеличивается из-за возможности выбрать практически любую точку, ограниченную лишь параболой максимально рассеиваемой мощности и значениями тока и напряжения, характеризующими местоположение этой точки. Справочные данных о транзисторах были взяты из зарубежных справочников, они могут иметь различия с данными, приведенными в базе транзисторов Micro-Cap.Также неточности могли произойти при построении ВАХ транзисторов.
Изменение величин емкостных элементов и сопротивления обратной связи каскадов является приемлемым при проектировании усилителя.
В заключение необходимо сказать, что спроектированный и смоделированный усилитель все же выполняет свою главную функцию , а именно усиливает сигнал по мощности в необходимое количество раз.
Данный курсовой проект, в полной мере позволил изучить методы проектирования и разработки усилителей в соответствии с техническим заданием. Так же был получен наглядный пример использования пакета прикладных программ Micro-Cap9 для моделирования электронного устройства.
7. Список литературы.
1. Амелин С.А, Амелина М.А "Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap. Версия 9, 10. Электронное издание, 2012
2. Перепелкин Д.А. "Схемотехника усилительных устройств."- М.: Горячая линия -телеком, 2013..
2
2
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
37
Размер файла
8 348 Кб
Теги
kolyagina1410щрд, usilitel, oos
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа