Усилитель с обратной связью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

Рязанская государственная радиотехническая академия

Кафедра САПР ВС

Усилитель с обратной связью.

Пояснительная записка

К курсовой работе по курсу

«Электротехника и электроника».

Рязань 2008

Задание

Спроектировать структуру многокаскадного усилительного устройства переменного тока с обратной связью.

Таблица данных:

№	Тип проводимости транзистора	, мВ	, Ом	, Вт	, Ом	, мА	, °с	Дf	MOCH(щH)	MOCB(щB)
								,Гц	,кГц
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
29 и 39	n-p-n, n-канал	150	10	0,18	400	---	+30	70	80	0,87	0,87

Содержание

Введение

1. Расчетная часть

1.1 Расчет коэффициента усиления напряжения и числа каскадов

1.2 Статический режим работы усилительных каскадов

1.2.1 Выбор рабочей точки

1.2.2 Выбор сопротивлений R_к и R_э

1.2.3 Расчет элементов фиксации рабочей точки

1.2.4 Расчет элементов повторителя

1.3 Расчет емкостных элементов усилительных каскадов

1.4 Расчет элементов цепи ООС

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

1.6 Построение характеристики Moc()

1.7 Листинг программы расчета каскадов в среде MathCad 8.0

2. Моделирование схемы на ЭВМ

2.1 Результаты моделирования

2.1.1 Схема усилителя

2.1.2 Схема входного каскада

2.1.3 Схема промежуточного каскада

2.1.4 Схема выходного каскада

2.1.5 Переходная характеристика входного каскада

2.1.6 Переходная характеристика промежуточного каскада

2.1.7 Переходная характеристика выходного каскада

2.1.8 Переходная характеристика усилителя без ООС

2.1.9 Переходная характеристика усилителя в целом

2.1.10 Частотные характеристики усилителя

Приложение 1. Перечень элементов

Заключение

Список литературы

Введение

Электронные приборы - устройства принцип действия которых основан на использовании явлений связанных с движущимися потоками заряженных частиц. В зависимости от того как происходит управление, электронные приборы делят на вакуумные, газоразрядные, полупроводниковые. В настоящее время трудно назвать такую отрасль, в которой в той или иной степени не применялась бы электроника. Космические и авиационные летательный аппараты, техника, все виды транспорта, медицина, атомная физика, машиностроение используют электронику во все нарастающих масштабах. Достижения электроники используют все телевизионные передатчики и приемники, аппараты для приема радиовещания, телеграфная аппаратура и квазиэлектронные АТС, аппаратура для междугородней связи.

Одним из наиболее важных применений электронных приборов является усиление электрических сигналов, т.е. увеличение их мощности, амплитуды тока или напряжения до заданной величины. В настоящее время усилительные устройства развиваются во многих направлениях, расширяется диапазон усиливаемых частот, выходная мощность. В развитии усилительных устройств широкие перспективы открывает применение интегральных микросхем.

В данной курсовой работе проводится проектирование 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 Microcap 3. При моделировании усилителя производится корректировка его параметров.

1. Расчетная часть

1.1 Расчет коэффициента усиления напряжения усилителя

Структурная схема n-каскадного усилителя с цепями межкаскадной связи ЦС и цепью общей обратной связи в показана на рис.1.

n	MOC(щ)
1
2
3

При заданных значениях M_OCH(щ_H) и M_OCB(щ_B), т.е. при x=1, уравнения являются квадратными относительно kв и могут быть разрешены, причем для усилителей с ООС реализуемым полагается отрицательный вещественный корень этих уравнений.

Коэффициент усиления разомкнутого усилителя K определяется как:

K=K_OC*(1-kв), где

K_OC=U_Hm/U_BXm U_Hm=v2 U_H,

причем напряжение U_H вычисляется по исходным данным.

Предположим, что число каскадов n=1.

P_H=I_H²R_H I_H=v?(P_H/R_H)= 21 мА = 0,021 А

M_OCH(щ_H)=M_OCB(щ_B)=0,87, x=1

1- kв=0.87[(1- kв)²+1]^0.5

1-2kв+(kв)²=0.7569[1-2kв+(kв)²]+0.7569

0.2431(kв)²-0.4862kв-0.5138=0

D=0,23639044+4*0.2431*0.5138=0,23639044+0,49961912=0.73600956

(kв)₁=[(0.4862-0.8579)/(2*0.2431)]= -0.7645

U_H=I_H*R_H= 8.485 В U_Hm=v2U_H = 12 В U_BXm= 0.150 В

K=11.88(1+0.7645)/0.15 ? 139.8

Поскольку K не соответствует условию K ‹ 10, следовательно наше предположение о числе каскадов не верно.

Тогда предположим, что число каскадов n=2.

1-2kв+(kв)²=0.7569[1-2kв+(kв)²]+ 1.5138(1+kв)+0.7569

1-2kв+(kв)²=3.0276+0.7569(kв)²+kв(1.5138-1.5138)

0.2431(kв)²-2kв-2.0276=0

D=4+4*0.2431*2.0276=4+1.971638=5.97163824

(kв)₁=[(2-2.4436935)/(2*0.2431)]= -0.912574

K=11.88(1+0.912574)/0.15 ? 151.5

Поскольку K не соответствует условию K‹100, следовательно наше предположение о числе каскадов не верно.

Тогда число каскадов n=3.

1-2kв+(kв)²=0.7569[1-2kв+(kв)²]+2.2707(1+2kв)+ 3.0276

1-2kв+(kв)²=0.7569(kв)²+kв(4.5414-1.5138)+3.0276+2.2707+0.7569

1-2kв+(kв)²=0.7569(kв)²+3.0276kв+6.0552

0.2431(kв)²-5.0276kв-5.0552=0

D=25.27676+4*0.2431*5.0552=25.27676+4.91567648=30.19243648

(kв)₁=[(5.0276-5.49476)/(2*0.2431)]= -0.960839

K=11.88(1+0,960839)/0.15 ? 155,3

Т.о. коэффициент усиления напряжения усилителя без ООС равен 155,3.

1.2 Статический режим работы усилительных каскадов

Расчет статического режима усилителя начинается с оконечного каскада, выходные параметры которого определены требованиями технического задания.

1.2.1 Выбор рабочей точки транзистора

Выбор рабочей точки А транзистора в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора I_КА и напряжения U_КЭА в схеме на рисунке.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Схема усилительного каскада.

U_m=v2U_H I_m=v2I_H

Координаты рабочей точки должны удовлетворять неравенствам:

|U_КЭА| ? U_m+|U_КЭмин| I_КА ? I_m/К_з К_з = 0,7 - 0,95

Для транзисторов малой мощности |U_Кэмин|=1 В

Для транзисторов средней и большой мощности |U_Кэмин|=2 В

Для каскадов с ОЭ, работающих в классе А,

U_КЭА? E/2

Значение E округляется до ближайшего большего значения из ряда напряжений. E = 5,9,12,15,18,24,27,36.

Рассчитываются величины: I_Кэмакс=2I_КА U_Кэмакс=E P_Кмакс= I_КАU_КЭА

U_m=v2U_H=12 В |U_КЭА|?(12+2) В |U_КЭА|?14 В U_КЭА=15 В

I_Hm=v2I_H= 0.03 А I_КА ? 0,03/0,85 I_КА ? 0,035 А

E ? 2U_КЭА=30 В E = 36 В

I_Кэмакс=0,071 А U_Кэмакс=40 В P_Кмакс=0.529 Вт

1.2.2 Выбор сопротивлений R_к и R_э.

, где U_КА - потенциал коллектора, принимается равным значению |U_КЭА|.

R_Э=(0,1 - 0,3) R_К

По этому выражению на семейство выходных ВАХ наносится линия нагрузки I_К=f(U_КЭ) и при значении I_К=I_КА уточняется положение рабочей точки А.Через нее отмечается характеристика с параметром I_бА и для нее считывается новая координата U_КЭА.

R_К=595 Ом R_Э=0,1 R_К=59,5 Ом U_КЭА=12,9 В

1.2.3 Расчет элементов фиксации рабочей точки

Фиксация рабочей точки осуществляется резистивным делителем R₁, R₂.

ДI_К=3,529*10^-5 Ом I_КО=25*10^-6 Ом

ДI_КО=9,387*10^-6 N=5 R₂=238

I_ЭА=0,036 А I_бА=0,6*10^-3 А U_бЭА=0,985 В

1.2.4 Расчет элементов повторителя

R=337.6 Ом

1.3 Расчет емкостных элементов усилительных каскадов

1.4 Расчет элементов цепи ООС

По вычисленным значениям в п.2.1 значениям kв и K рассчитывается величина в.

Для усилителя с параллельной ООС по напряжению коэффициент определяется соотношением



откуда при заданном R_Г и рассчитанном значении в вычисляется R_ОС.

в=0.96084/155.3=0.006187 R_ОС=1606 Ом

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

Реально развиваемый n-каскадным усилителем коэффициент усиления напряжения K_реал находится как произведение:

1.6 Построение характеристики М_ос(щ)

Построим частотную зависимость Moc(щ). В данном случае выражением этой зависимости будет:

Выражения для M_OCH( щ_H ) и M_OCB( щ_B )одинаковы по виду, но для различных частотных диапазонов предполагают подстановку разных значений x, а именно:

x = щ_H/щ - для области нижних и средних частот.

x = щ/щ_В - для области средних и верхних частот.

Масштаб оси частот выбираем в десятичных логарифмах круговой частоты. На оси частот отметим точки щ_Н и щ_В.Расчеты проведены в среде MathCad 8.0.

многокаскадный усилитель обратная связь

1.7 Листинг программы расчета каскадов в среде MathCad 8.0

2. Моделирование схемы на ЭВМ

Моделирование будем выполнять с помощью пакета схемотехнического моделирования Micro-Cap 3. 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.

Для получения результатов, определяемых исходными данными, произведем корректировку значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов усилителя. Полученные после корректировки значения приведены в спецификации (см.Приложение 1).

По графикам АЧХ и ФЧХ, полученным в результате моделирования определим значение K_U[дБ], а также значения нижней и верхней частот и фазы соответствующие этим частотам.

Значением K_U будет значение на графике АЧХ в области средних частот, в данном случае - это значение равно 36,7[дБ]

Реально-достигнутый коэффициент K найдем из графика переходной характеристики:

а) для усилителя без обратной связи

K=U_ВЫХm/U_BXm=11.3/0.05=226

б) для усилителя с обратной связью

K_OC=U_ВЫХm/U_BXm=12/0.15=80

2.1 Результаты моделирования

2.1.1 Схема усилителя

Рис.2 Схема усилителя с ООС.

2.1.2 Схема входного каскада

Рис.3 Схема входного каскада.

2.1.3 Схема промежуточного каскада

Рис.4 Схема промежуточного каскада.

2.1.4 Схема выходного каскада

Рис.5 Схема выходного каскада.

2.1.5 Переходная характеристика входного каскада

Рис.6 Переходная характеристика входного каскада.

2.1.6 Переходная характеристика промежуточного каскада

Рис.7 Переходная характеристика промежуточного каскада.

2.1.7 Переходная характеристика выходного каскада

Рис.8 Переходная характеристика выходного каскада.

3.1.8. Переходная характеристика усилителя без ООС.

Рис.9 Переходная характеристика усилителя без ООС.

3.1.9. Переходная характеристика усилителя в целом.

Рис.10 Переходная характеристика усилителя с ООС.

2.1.10 Частотные характеристики усилителя

Рис.11 Анализ АС.

Приложение 1

Перечень Элементов

Поз. Обозначение	Наименование	Кол	Примечание
	Входной каскад на биполярном n-p-n транзисторе		Рис. 3
VTEST	Генератор входного сигнала	1
Q1	Транзистор КТ347A	2
	Резисторы
R1	10 Ом	1
R2	30,5 кОм	1
R3	3, 75кОм	1
R4	12,5 кОм	1
R5	1,25 кОм	1
R6	500 Ом	1
R7	200 Ом	1
	Конденсаторы
С1	2 мкФ	1
С2	1000 мкФ	1
С3	20 мкФ	1
	Промежуточный каскад на биполярном n-p-n транзисторе		Рис. 4
VTEST	Генератор входного сигнала	1
Q0	Транзистор ГТ404В	2
	Резисторы
R1	3,6 кОм	1
R2	360 Ом	1
R3	1800 Ом	1
R4	180 Ом	1
R5	310 Ом	1
R6	140 Ом	1
	Конденсаторы
C1	20 мкФ	1
C2	1 пФ	1
C3	30 мкФ	1
	Выходной каскад на биполярном n-p-n транзисторе		Рис. 5
VTEST	Генератор входного сигнала	1
Q0	Транзистор ГТ404В	2
	Резисторы
R1	2,4 кОм	1
R2	200 Ом	1
R3	600 Ом	1
R4	80 Ом	1
R5	150 Ом	1
R6	400 Ом	1
	Конденсаторы
C1	30 мкФ	1
C2	1 нФ	1
С3	2,5 мкФ	1
	Усилитель с обратной связью		Рис. 2
VTEST	Генератор входного сигнала	1
Q1	Транзистор КТ347A	2
Q2	Транзистор ГТ404В	4
	Резисторы
R1	10 Ом	1
R2	30,5 кОм	1
R3	3, 75кОм	1
R4	12,5 кОм	1
R5	1,25 кОм	1
R6	500 Ом	1
R7	3,6 кОм	1
R8	360 Ом	1
R9	1800 Ом	1
R10	180 Ом	1
R11	310 Ом	1
R12	2,4 кОм	1
R13	200 Ом	1
R14	600 Ом	1
R15	80 Ом	1
R16	150 Ом	1
R17	400 Ом	1
	Конденсаторы
С1	2 мкФ	1
С2	1 нФ	1
С3	20 мкФ	1
С4	1 пФ	1
С5	30 мкФ	1
С6	1 нФ	1
С7	2,5 мкФ	1

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 3. В ходе курсового проектирования было проведено моделирование многокаскадного усилителя с отрицательной обратной связью в соответствии с техническим заданием

Список литературы:

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

2. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Под общей редакцией Горюнова Н.Н. - М. : Энергия, 1979. 744 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. Справочник по полупроводниковым приборам. В.Ю. Лавриненко. Техника, 1980. 464 с.

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

Размещено на Allbest.ru