Усилитель с обратной связью (работа 1)

Министерство образования Российской Федерации

Рязанская государственная радиотехническая академия

Кафедра САПР ВС

УСИЛИТЕЛЬ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Электроника и электротехника»

Рязань 2002

Содержание

Введение

1. Расчетная часть

1.1 Расчет коэффициента усиления напряжения и числа каскадов

1.2 Расчет статического режима

1.2.1 Выбор рабочей точки

1.2.2 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера

1.2.3 Расчет элементов фиксации рабочей точки

1.2.4 Расчет элементов повторителя

1.2.5 Расчет предыдущего каскада

1.2.6 Выбор рабочей точки

1.2.7 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера

1.2.8 Расчет элементов фиксации рабочей точки

1.2.9 Расчет элементов повторителя

1.3 Расчет емкостных элементов

1.4 Расчет элементов обратной связи

1.5 Расчет реально достигнутого в схеме коэффициента усиления K разомкнутого усилителя в области средних частот

1.6 Построение характеристики Moc()

2. Моделирование

2.1 Основные параметры, выставляемые в библиотеке

2.1.1 Параметры транзисторов

2.1.2 Параметры генератора синусоидального напряжения

2.2 Основные параметры, выставляемые в лимитах

2.3 Корректировка значений элементов схемы

2.4 Результаты моделирования

2.4.1 Переходная характеристика входного каскада

2.4.2 Переходная характеристика выходного каскада

2.4.3 Переходная характеристика усилителя без ООС

2.4.4 Переходная характеристика усилителя в целом

2.4.5 Частотные характеристики усилителя

2.4.6 Схема усилителя

Заключение

Приложение

Библиографический список

Введение

Усилителями называются электронные устройства, предназначенные для усиления сигнала по мощности.

Основными параметрами усилителя являются коэффициент усиления, входное и выходное сопротивление усилителя и частотные характеристики: АЧХ и ФЧХ.

В данной курсовой работе проводится проектирование многокаскадного усилителя переменного тока с обратной связью. При проектировании рассчитываются статические и динамические параметры усилителя, а затем проводится его моделирование на ЭВМ с использованием программного продукта Microcap3. При моделировании усилителя производится корректировка его параметров.

1. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Расчет коэффициента усиления напряжения и числа каскадов

Найдем коэффициент усиления усилителя по напряжению:

Предположим, что усилитель состоит из одного каскада, тогда из уравнения

можно найти К, решая его как квадратное, причем нас интересует только отрицательный вещественный корень уравнения: К=-0.0681.

Тогда К=Кос(1—К)=221.0681=23.5>10, следовательно, усилитель нельзя построить на одном каскаде.

Усилитель на двух каскадах описывается формулой:

Отсюда К=-0.506. K=22(1 — К)=221.506=33.123<100

Следовательно, усилитель можно построить на двух каскадах.

1.2 Расчет статического режима

1.2.1. Выбор рабочей точки

Рабочую точку выбираем по формулам:

мА.

Uк_>А>=Um_>н>+Umin= В

Pк_>А>=Uк_>А>Iк_>А>=100 мВт

Выбираем транзистор с параметрами: Iк_>max>=22 мА, Uк_>max>=18 В, P_>max>=400 мВт.

Таким транзистором может быть КТ339А.

Этой рабочей точке соответствует ток базы 275 мкА, и напряжение Uэб=0.68 В

1.2.2 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера

Выбираем напряжения питания: 36 В.

Ом Rэ=0.1Rк=245 Ом

1.2.3 Расчет элементов фиксации рабочей точки

N= = Iко

=0.003IкаN=

R2=Rэ(N—1)=2451.4=343 Ом.

1.2.4 Расчет элементов повторителя

Ом.

1.2.5 Расчет предыдущего каскада

Входное сопротивление оконечного каскада рассчитывается по формуле:

Rвх=R1||R2||h11э, где h11э — входное сопротивление транзистора, вычисляемое по входной характеристике в окрестности рабочей точки, и равно 500 Ом.

Rвх=1/(1/3218+1/343+1/500)=190 Ом.

Назначим коэффициент усиления оконечного каскада Квых=5, тогда Квх=4.5.

Тогда Uвх_>m>=Uвых_>m>/Квых=5.6 /5=1.581.6, Iвх_>m>=Uвх_>m>/Rвх=8.3 мА.

Рассчитываем входной каскад аналогично оконечному, с параметрами Uвых=1.6 В, Iвых=8.3 мА.

1.2.6 Выбор рабочей точки

мА.

Uка=Umн+Umin В

Pка=UкаIка=40 мВт

Выбираем транзистор с параметрами: Iк.max=20 мА, Uк.max=8 В, Pmax=160 мВт.

Таким транзистором может быть КТ315Б.

Этой рабочей точке соответствует ток базы Iб_>А>=130 мкА, и напряжение Uбэ_>А>=0.5 В

1.2.7 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера

Ом Rэ=0.1Rк=310 Ом

1.2.8 Расчет элементов фиксации рабочей точки

N= = Iко

=0.0033Iка N=

R2=Rэ(N—1)=3101.4=434 Ом.

Входное сопротивление входного каскада: Rвх=R1||R2||h11э, где h11э — входное сопротивление транзистора, вычисляемое по входной характеристике в окрестности рабочей точки, и равно 600 Ом.

Rвх=3846||434||600=1/(1/3846+1/434+1/600)=236 Ом.

1.2.9 Расчет элементов повторителя

Ом.

1.3 Расчет емкостных элементов

Расчет разделительных емкостей рассчитывается по формуле:

где R_>г> — выходное сопротивление предыдущего каскада (или внутреннее сопротивление генератора), R_>н> — входное сопротивление следующего каскада (или сопротивление нагрузки), а _>н> =2f_>н>.

Пренебрегая выходным сопротивлением повторителей, получаем:

С_>1>=4 мкФ. С_>2>=6 мкФ. С_>3>=1.5 мкФ.

Емкости в цепи эмиттера рассчитывается по формуле:

С_>э>=,

где h_>11э> и h_>21э> — соответственно входное сопротивление транзистора и , рассчитываемые по входной и выходной ВАХ в окрестности рабочей точки. Для КТ339А h_>11э>=500 Ом, h_>21э>=50, а для КТ315Б h_>11э>=600 Ом, h_>21э>=80.

Сэ_>вых>=340 мкФ Сэ_>вых>=450 мкФ

1.4 Расчет элементов обратной связи

Для усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению выполняется соотношение:

где составляет 5—10 Ом и отделяется от Rэ_>1>.

 вычислим по известным K и K, рассчитанным в 2.1: =K/K=-0.506/33.1=-0.0153

Назначим =10 Ом. Тогда Rос= /  — =10/0.0153—10640 Ом.

В области средних частот реально развиваемый коэффициент усиления одного каскада определяется формулой:

где

Rг — выходное сопротивление предыдущего каскада или внутреннее сопротивление генератора,

R_>1> и R_>2> — сопротивления делителя,

Rн — сопротивление нагрузки или входное сопротивление последующего каскада, если каскад не имеет повторителя, или входное сопротивление повторителя, равное (1+)(R||Rн)

Пренебрегая выходным сопротивлением повторителя, получаем:

=220

=26

K=KвыхKвх=5720>33.123, следовательно расчет усилителя окончен.

1.6 Построение характеристики Moc()

Характеристика Moc() для двухкаскадного усилителя с отрицательной обратной связью описывается выражением:

Оно имеет одинаковый вид для нижних и верхних частот, но предполагает подстановку разных значений x: x=_>н>/ для области нижних и средних частот, x=/_>в> для средних и верхних частот.

усилитель электронный ток моделирование

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ

Моделирование выполняется с помощью пакета схемотехнического моделирования MicroCap III. В результате моделирования получим переходные и частотные характеристики как отдельных каскадов усилителя, так и всей структуры в целом. Целью моделирования является установление корректности расчета и степени соответствия расчетных параметров требованиям технического задания. В процессе моделирования при необходимости корректируются значения элементов схемы.

2.1 Основные параметры, выставляемые в библиотеке

2.1.1 Параметры транзисторов

Название параметра в библиотеке	Параметр	КТ399А (Q0)	КТ315Б (Q1)
BF	Коэффициент 	50	80
CJC	Емкость перехода база-коллектор, Ф	2Е-12	7Е-12
CJE	Емкость перехода база-эмитер, Ф	2Е-12	7Е-12
RB	Сопротивление тела базы, Ом	1	1
RC	Сопротивление тела коллектора, Ом	1	1
VJE	Напряжение база-эмитер, В	0.68	0.5
TF	Время включения, с	2.5Е-11	5Е-10

2.1.2 Параметры генератора синусоидального напряжения

Название параметра в библиотеке	Параметр	Значение
F	Частота, Гц	10000
A	Амплитуда, В	0.36
RS	Внутреннее сопротивление, Ом	60

2.2 Основные параметры, выставляемые в лимитах

Simultation time	1E-4
Display time	1E-4
Maximum change	1
Temperature	50

2.3 Корректировка значений элементов схемы

При моделировании была произведена корректировка значений элементов схемы: скорректированы значения сопротивления обратной связи для обеспечения необходимого коэффициента усиления, и значения разделительных емкостей для выполнения условия Moc(_>н>)=0.73. Кроме того, значения емкостей и сопротивлений приведены к ряду стандартных значений Е24 согласно ГОСТ 10318—80. Этот ряд включает 24 значения: 1; 1.1; 1.2; 1.3; 1.5; 1.6; 1.8; 2; 2.2; 2.4; 2.7; 3; 3.3; 3.6; 3.9; 4.3; 4.7; 5.1; 5.6; 6.2; 6.8; 7.5; 8.2; 9.1, которые можно умножать на любой порядок. Полученные после корректировки значения приведены в спецификации (см. Приложения).

2.4 Результаты моделирования

2.4.1 Переходная характеристика входного каскада

2.4.2 Переходная характеристика выходного каскада

2.4.3 Переходная характеристика усилителя без ООС

(примечание: вследствие большого коэффициента усиления усилителя без ООС, на выход подается не 0.36, а 0.1 В).

2.4.4 Переходная характеристика усилителя в целом

2.4.5 Частотные характеристики усилителя

2.4.6 Схема усилителя

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения данной курсовой работы были изучены методы проектирования и разработки электронных устройств в соответствии с данными технического задания. Был произведен расчет статических и динамических параметров электронных устройств. А также было изучено практическое применение ЭВМ для схемотехнического проектирования электронных устройств. Для моделирования был использован пакет схемотехнического моделирования MicroCap III. В ходе курсового проектирования было проведено моделирование многокаскадного усилителя с отрицательной обратной связью в соответствии с техническим заданием.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Перепелкин А.И., Баскакова И.В. Усилительные устройства: Методические указания к курсовой работе. - Рязань. : РГРТА, 1997. 36 с.

2. Справочник по полупроводниковым приборам. В.Ю. Лавриненко. Техника, 1980. 464 с.

3. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др. Под редакцией Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981. – 656 с., ил.

4. Н.А. Кажакин, А.В. Захаров. Машинный анализ линейных схем: Методические указания к практическим занятиям. - Рязань.: РРТИ, 1993. 28 с.