Расчет параметров электронного усилителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации

Департамент кадровой политики и образования

ФГБОУ ВО Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Кафедра: "Энергообеспечение сельского хозяйства"

Контрольная работа

Тема: "Расчет параметров электронного усилителя"

Тюмень 2018

Введение

Развитие усилителей неразрывно связано с появлением и совершенствованием усилительных элементов - сначала ламп, затем транзисторов, интегральных схем и других электронных приборов, усиливающих электрические сигналы.

Ламповая усилительная техника стала развиваться в результате появления в 1904г. вакуумного диода, изобретенного американским инженером Флемингом, и в особенности после изобретения Ли де Форестом в 1907г. вакуумного триода.

В развитие теории и техники усилителей внесли свой вклад и отечественные специалисты. Так, в 1910г. В.И. Коваленков создает усилитель на триоде, а в 1915г. демонстрирует на всероссийском съезде инженеров - электриков первые в мире макеты телефонных усилителей для международной связи, которые оказались лучшими среди аналогичных усилителей, предложенных специалистами из других стран. Усилители, разработанные В.И. Коваленковым, были использованы в 1922г. на телефонной линии между Москвой и Ленинградом, а в 1931г. - между Москвой и Кузбассом.

В 1918г. была основана Нижегородская радиолаборатория, руководимая М.А. Бонч-Брускевичем, которая освоила выпуск маломощных приемо-усилительных, а также маломощных генераторных ламп, используемых, соответственно в радиоприемной и радиопередающей аппаратуре. Молодой сотрудник радиолаборатории О.В. Лосев открыл в 1922г. свойство кристаллического детектора усиливать и генерировать электрический колебания. Работы О.В. Лосева, несомненно способствовали изобретению в будущем транзистора. В 1925г. А.И. Берг разработал теорию линеаризации ламповых характеристик, создал основы методики инженерного расчета усилителей. В первой крупной монографии А.И. Берга "Основы радиотехнических расчетов усилителей" подробно анализировал все известные в то время ламповые каскады. Дальнейшее развитие теории и расчета усилителей было отражено в работе М.Т. Марка "Усилители низкой и высокой частоты (расчет и проектирование)" и "Усилители низкой частоты".

Резкий скачек в улучшении показателей усилителей произошел в результате применения в них отрицательной обратной связи, предложенной в 1927г. американским инженером Х. Блеком.

Во второй половине 30-х годов начинают создаваться широкополосные усилители гармонических и импульсных сигналов, предназначенные для телевидения, радиолокации и т.д. Значительное место в Разработке таких усилителей занимают работы Г.В. Брауде, а также О.Б. Лурье, предложившего проведение их анализа и расчета на основе использования переходных характеристик. усилительный транзистор электронный

Транзисторная усилительная техника получила возможность своего развития после изобретения в 1948г. американскими учеными Дж. Бардин, У. Браттейном и У. Шокли трех электродного полупроводникового усилительного элемента - транзистора, ставшего быстро вытеснять электронную лампу из радиотехнических устройств. Большой вклад в развитие теории усилителей внесли такие ученые. Как Х. Найквест, а также Р. Борде, перу которого принадлежит известная монография "Теория цепей и проектирование усилительных устройств с обратной связью".

Определенную роль в развитии теории и практики усилителей сыграли работы отечественных ученых Г.С. Цыпкина, Г.В. Войжвилло, С.Н. Кризе, Н.Л. Безладкова, А.Г. Муродяна и другие.

60-е годы нынешнего столетия ознаменовались созданием лауреатами Нобелевской премии академиками Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым квантовых усилителей, способных работать как в оптическим, так и в радиодиапазоне. Эти усилители стали применять в оптических системах, системах связи, космических системах радиолокации, медицинской технике и т.д. В этот же период были продолжены (начатые еще в 1945г.) работы по созданию более совершенной аппаратуры для систем передачи с использованием кабельных линий. Вслед за разработанной (в период 1945-1960гг.) аппаратурой на 24 и 60 телефонных каналов к 1960г. было разработано и внедрено оборудование более сложной системы К-1920 (на 1920 каналов), позволяющим передавать наряду с телефонными сигналами и телепрограммы. Эта система имела спектр передаваемых частот 312 - 8524 кГц по однополосному способу. В дальнейшем был создан усовершенствованный вариант этой системы К-1920У.

В аппаратуре систем передачи немаловажная роль отводится линейным усилителям, входящих в ее состав, а так же устройствам автоматического регулирования усиления и амплитудно-частотной коррекции.

Впоследствии была создана система К-3600 (на 3600 каналов), работающая в диапазоне частот 0.8 .. 18 МГц. В свое время была разработана аппаратура системы К-5400 с полосой частот до 30МГц и система К-10800(на 10800 каналов).

Стремление к дальнейшему совершенствованию усилительной техники, улучшению ее показателей, привело в конце 60-х гг. к созданию усилителей на основе интегрально (планарной) технологии. Усилители, выполненные с помощью этой технологии, имеют малые габариты и энергопотребление, обладают высокой надежностью, хорошими экономическими и качественными показателями. В разработку методов анализа и расчета усилителей с использованием интегральных микросхем внесли значительный вклад работы таких ученых, как Л. Хьюлсман, Дж. Греш, Р. Видлар, Дж. Ленк, И. Достал. Из отечественных специалистов в этой области можно отметить работы В.А. Шило, А.Г. Алексеенко, Е.А. Калобеа, А.Г. Остапенко, Д.Е. Полынникова.

В последние годы быстрыми темпами развивается оптоэлектроника, представляющая радел науки и техники, объединяющий как оптические, так и электронные явления, с созданием на этой основе различных приборов, схем и систем. В частности, все шире используется волоконно-оптические системы связи, в состав которых входят и усилительные устройства. Заметную роль в развитии технического прогресса вообще и усилительной техники в частности сыграло создание ЭВМ. Машинное проектирование электронных схем, в том числе и электронных усилителей, представляет собой сравнительно новую область науки и техники - схемотехническое проектирование.

Первоначально ЭВМ использовали для нахождения оптимальных результатов работы усилительных элементов, основных параметров и характеристик, в частности аплитудо - частотных характеристик и фазо - частотных характеристик. Впоследствии с помощью ЭВМ стали решаться задач синтеза, в том числе и корректирующих LCR - элементов в цепях межкаскадных связей, в цепях обратной связи, а также в частотноформирующих цепях на входе и выходе усилителя.

С широким применением интегральных схем машинное проектирование микроэлектронных устройств приняло форму системы автоматизированного проектирования.

Задача 1.

Известно, что усиление по напряжению трехкаскадного усилителя равно 1000. Определить усиление второго каскада, если усиление первого каскада составляет 25 дБ, а третьего -10 дБ.

Решение

Коэффициент усиления по напряжению, выраженный в децибелах,

, (1)

Кu = 20*lg1000 = 20*3 = 60дБ,

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя

(2)

К 2дб = Кдб - К 1дб - К 3дб,

К 2дб = 60 - 25 - 10 = 25дБ

Ответ: усиление второго каскада равно К 2дб = 25дБ.

Задача 2.

Коэффициент усиления лампового усилительного каскада на триоде К 0=55. Определить крутизну лампового триода, если его внутреннее сопротивление = 6 кОм, а сопротивление анодной нагрузки Rа=20 кОм.

Решение

Коэффициент усиления лампового каскада на средних частотах (рис. 1)

(2)

где -- статический коэффициент усиления электронной лампы; Ri --внутреннее сопротивление электронной лампы переменному току, Ом;

Rм - сопротивление анодной нагрузки, Ом

55=20/(20+6)

=55(20+6)/20

=66

Ответ: крутизна лампового триода =66

Задача 3.

Можно ли определить режим работы усилителя, пользуясь выходными характеристиками усилительного элемента?

Решение

Режим работы усилителя определяется начальным положением рабочей точки на сквозной динамической характеристике усилительного элемента, то есть на характеристике зависимости выходного тока усилительного элемента от ЭДС входного сигнала.

Различают три основных режима работы - режимы А, В, С.

В режиме А рабочая точка О выбирается на середине прямолинейного участка сквозной динамической характеристики. Выходной сигнал практически повторяет форму входного сигнала при относительно небольшой величине последнего. Нелинейные искажения при этом минимальны. Ток в выходной цепи существует в течение всего периода входного сигнала. При этом среднее значение выходного тока велико по сравнению амплитудой его переменной составляющей. Поэтому КПД каскада невысок - 20-30%.

В режиме В рабочая точка выбирается так, чтобы ток через усилительный элемент протекал только в течении половины периода входного сигнала.

Усилительный элемент работает с так называемой отсечкой. Ток покоя из-за нижнего изгиба сквозной характеристики оказывается не равным нулю, и форма выходного тока искажается относительно входного. В кривой тока появляются высшие гармоники, что приводит к увеличению нелинейных искажений по сравнению с режимом А. Среднее значение выходного тока уменьшается, в результате чего КПД каскада достигает 60-70%.

Существует еще промежуточный режим АВ, когда рабочая точка выбирается на сквозной характеристике ниже, чем точка А и выше, чем в режиме В.

Поэтому и показатели этого режима имеют промежуточное значение между режимами А и В - КПД 40-50% при невысоком уровне нелинейных искажений.

Список литературы

1. Березкина Т.Ф., Гусев Н.Г., Масленников, В. В.. Задачник по общей электротехнике с основами электроники: Учеб. Пособие для неэлектротехнических специальностей техникумов -М.: Высш. Школа, 1983.-368 с., ил.

2. А.С. Касаткин, М.В. Немцов. Электротехника. М.: АКАДЕМА, 2003.

3. В.А. Прянишников, Е.А. Петров, Ю.М. Осипов. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах. С-Пб., 2003.

4. Электрификация и автоматизация сельского хозяйства. Стандарт специальности (СТС). Проекты и работы курсовые и выпускные квалификационные. Общие требования к оформлению. Тюмень: ТГСХА, 2005.

Размещено на Allbest.ru