Розрахунок і проектування двокаскадного підсилювача низької частоти
Сутність підсилювачей електричних сигналів, які застосовуються в областях сучасної науки й техніки. Підсилювачі гармонійних і імпульсних сигналів. Шляхи розрахунку низькочастотного підсилювача. Амплітудно-частотна характеристика модельованого підсилювача.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 19.04.2011 |
| Размер файла | 2,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Зміст
Вступ
1. Теоретичні дослідження в області підсилювачів низької частоти
1.1 Загальні відомості
1.2 Типи підсилювачів
1.3 Коефіцієнти підсилення
1.4 Частотні й фазові характеристики
1.5 Перехідна характеристика
1.6 Нелінійні перекручування
1.7 Амплітудна характеристика, динамічний діапазон і КПД підсилювача
1.8 Види зворотного зв'язку та їх характеристика
2. Розрахунок низькочастотного підсилювача
2.1 Попередній розрахунок
2.2 Розрахунок двокаскадного підсилювача низької частоти
Висновки
Вступ
У сучасній техніці широко використовується принцип керування енергією, що дозволяє за допомогою витрати невеликої кількості енергії управляти енергією, але в багато разів більшою. Форма як керованої, так і керуючої енергії може бути: механічною, електричною, світловою, тепловою і т.д.
Окремий випадок керування енергією, при якому процес керування є плавним й однозначним і керованим потужність перевищує керуючу, зветься посилення потужності або просто посилення; пристрій, що здійснює таке керування, називають підсилювачем.
Дуже широке застосування в сучасній техніці мають підсилювачі, у яких як керуюча, так і керована енергія являє собою електричну енергію. Такі підсилювачі називають підсилювачами електричних сигналів.
Керуюче джерело електричної енергії, від якого посилювані електричні коливання надходять на підсилювач, називають джерелом сигналу, а ланцюг підсилювача, у яку ці коливання вводяться, - вхідним ланцюгом або входом підсилювача. Джерело, від якого підсилювач одержує енергію, перетворену їм у посилені електричні коливання, назвемо основним джерелом живлення. Крім нього, підсилювач може мати й інші джерела живлення, енергія яких не перетвориться в електричні коливання. Пристрій, що є споживачем посилених електричних коливань, називають навантаженням підсилювача або просто навантаженням; ланцюг підсилювача, до якого підключається навантаження, називають вихідним ланцюгом або виходом підсилювача.
Підсилювачі електричних сигналів, застосовуються в багатьох областях сучасної науки й техніки. Особливо широке застосування підсилювачі мають у радіозв'язку й радіомовленні, радіолокації, радіонавігації, радіопеленгації, телебаченні, звуковому кіно, далекому дротовому зв'язку, техніці радіовимірювань, де вони є основою побудови всієї апаратури. [1]
1. Теоретичні дослідження в області підсилювачів низької частоти
1.1 Загальні відомості
Посилення сигналу звичайно супроводжується деякою зміною його форми. Відхилення форми посиленого вихідного сигналу від форми вхідного називається перекручуванням. Необхідні відомості про підсилювач повинні включати не тільки кількісну оцінку самого ефекту посилення, але й міру перекручувань посилюваних коливань. Суму відомостей, що характеризують основні властивості підсилювача, називають його показниками.
До основних показників підсилювача ставляться: коефіцієнт підсилення, амплітудна, частотна, фазова й перехідна характеристики підсилювача, припустимий рівень лінійних і нелінійних перекручувань, рівень власних шумів пристрою, його коефіцієнт корисної дії, необхідний рівень вихідного сигналу на заданому навантаженні, динамічний діапазон зміни вхідного й вихідного сигналів.[2]
1.2 Типи підсилювачів
По роду посилюваних електричних сигналів підсилювачі можна розділити на дві групи:
1.Підсилювачі гармонійних сигналів (або гармонійні підсилювачі), призначені для посилення квазіперіодичних сигналів різної величини й форми, тобто сигналів, гармонійні складові яких змінюються багато повільніше тривалості процесів, що встановлюються, у ланцюгах підсилювача. До гармонійних підсилювачів ставляться: мікрофонні й магнітофонні підсилювачі, підсилювачі відтворення грамзапису, звукового кіно, багато вимірювальних підсилювачів і т.д.
2.Підсилювачі імпульсних сигналів (або імпульсні підсилювачі), призначені для посилення імпульсних сигналів різної величини й форми. процеси, Що Встановлюються, у ланцюгах цих підсилювачів повинні протікати з такою швидкістю, щоб не спотворювати неприпустимим образом форму посилюваних імпульсів. До імпульсних підсилювачів ставляться підсилювачі імпульсних систем зв'язку, імпульсних радіолокаційних і радіонавігаційних пристроїв, багато підсилювачів систем регулювання й керування, підсилювачі лічильно-вирішальних пристроїв, телевізійні відео-підсилювачі й т. д.
По ширині смуги й абсолютних значень посилюваних частот підсилювачі ділять на наступні типи:
Підсилювачі постійного струму (точніше, підсилювачі повільно мінливих напруг і струмів), призначені для посилення електричних коливань будь-якої частоти в межах від нижчої робочої частоти fн=0 до вищої робочої частоти fв, тобто підсилювачі, що підсилюють як змінні складового сигналу, так і його постійну складову.
Підсилювачі змінного струму, призначені для посилення електричних коливань будь-якої частоти в межах від fн>0 до fв, але нездатні підсилювати постійну складову сигналу.
Підсилювачі високої частоти (ПВЧ), призначені для посилення електричних коливань несучої частоти (як модульованої, так і немодульованої), наприклад прийнятих прийомною антеною радіоприймального пристрою. ПВЧ можна підрозділити на підсилювачі радіочастоти, що підсилюють електричні коливання несучої частоти, і підсилювачі проміжної частоти, що підсилюють електричні коливання перетвореної частоти. ПВЧ характеризуються відношенням вищої робочої частоти до нижчого, близьким до одиниці (fв/fн<1,1), тому що спектральні складові модульованого коливання тісно групуються поблизу несучої або проміжної частоти.
Підсилювачі низької частоти (ПНЧ), призначені для посилення гармонійного складового неперетвореного переданого або прийнятого повідомлення. Таку назву цей тип підсилювачів одержав на початку розвитку радіотехніки, коли по радіо передавалися тільки мова, музика й телеграфні сигнали невисокої швидкості, і гармонійного складового неперетвореного сигналу дійсно мали низьку частоту, що не перевищує десятка кілогерців.
Підсилювачі низької частоти характеризуються більшим відношенням вищої робочої частоти до нижчого, лежачим у межах 10…500для підсилювачів звукових частот і перевищує 105 для деяких типів відео-підсилювачів. Підсилювачі з вищою робочою частотою порядку сотень кілогерц і вище, що одночасно мають велике відношення вищої робочої частоти до нижчого, звичайно називають широкополосними підсилювачами.
Крім того, підсилювачі розділяються на підсилювачі прямого посилення, у яких підвідні електричні коливання підсилюються безпосередньо, без перетворення частоти цих коливань, і підсилювачі з перетворенням, у яких спектр частот посилюваних коливань перетвориться.
Вибірні підсилювачі підсилюють електричні сигнали у вузькій смузі частот; їхнє посилення різко падає на частотах як вище, так і нижче середньої частоти. Вибірні підсилювачі підрозділяють на резонансні, посилення яких зі зміною частоти міняється за законом, пов'язаному із законом зміни повного опору паралельного резонансного контуру, і вузькополосні, посилення яких майже постійно у вузькій смузі частот і різко падає за її межами.
По призначенню підсилювачі ділять на телевізійні, радіолокаційні, широкомовні, магнітофонні, вимірювальні й т.д.
По роду застосовуваних підсилювальних елементів підсилювачі підрозділяються на лампові, транзисторні, магнітні, надпровідні(кіотронні) і ін.; дві перші групи звичайно називають електронними підсилювачами.[3]
1.3 Коефіцієнти підсилення
Коефіцієнт підсилення -- один з найважливіших показників підсилювача. Він показує, у скільки разів корисний ефект у заданому навантаженні на виході підсилювача більше ефекту, створюваного джерелом сигналів на його вході. Корисний ефект на виході може визначатися напругою, струмом або потужністю. Відповідно до цього підсилювач характеризують його коефіцієнтами підсилення напруги КU, струму Ki або потужності Kp. Вони визначаються в сталому режимі при синусоїдальному вхідному сигналі. Коефіцієнтом підсилення потужності Кр називають число, що показує, у скільки разів потужність Р2, що віддається підсилювачем у його завершене навантаження Zн, більше потужності Р1, яка підводиться до його вхідних затискачів:
(1.1)
Звичайно інтерес представляють активна потужність Р2, що віддається підсилювачем у навантаження, і активна потужність Р1, що забирається їм при цьому від джерела посилюваних сигналів. У цьому випадку Кр визначається дійсним числом.
Коефіцієнтом підсилення напруги (струму) підсилювача називають відношення його вихідної напруги U2 (струму I2) до вхідної напруги U1 (току I1):
(1.2)
(1.3)
Наявність у схемі підсилювача і його навантаженню реактивних елементів приводить до залежності коефіцієнтів підсилення від частоти. Особливий інтерес при розрахунку підсилювачів мають значення коефіцієнтів підсилення в області середніх частот, у межах якої вони практично не залежать від частоти. Звичайно їх називають номінальними коефіцієнтами підсилення й приписують їм додатковий індекс - «нуль». Таким чином,
,
представляють номінальні коефіцієнти підсилення в області середніх частот і характеризуються дійсними числами.
Для оцінки відносини двох величин однакової розмірності широке застосування в підсилювальній техніці знаходить спеціальна логарифмічна одиниця-децибелів. Для вираження коефіцієнтів підсилення в децибелах користуються співвідношеннями:
(1.4)
Активний елемент (лампа, транзистор) спільно з усіма допоміжними елементами, що забезпечують його нормальну роботу в лінійному режимі, утворять пристрій, називаний підсилювальним каскадом.
Рисунок 1.1 - Послідовне включення декількох каскадів
Коли посилення, створюване таким пристроєм, виявляється недостатнім, застосовують послідовне включення декількох каскадів (рис.1.1). Результуюче посилення напруги такого підсилювача рівняється добутку коефіцієнтів підсилення вхідних у нього каскадів, тобто
Аналогічний результат має місце, якщо розглядати результуючий коефіцієнт підсилення струму або потужності. Таким чином, у загальному випадку
(1.5)
де К(j) -- коефіцієнт підсилення j-го каскаду по напрузі, струму або потужності, n -- число каскадів, Кn -- результуючий коефіцієнт підсилення по напрузі, струму або потужності відповідно.
Дуже великий вхідний опір електронних ламп приводить до того, що лампові підсилювачі практично не споживають токи від джерела посилюваних коливань (I1 = 0). Природно, що використання коефіцієнтів підсилення струму й потужності для оцінки властивостей таких підсилювачів втрачає змісту. Тому їхні підсилювальні властивості характеризують тільки коефіцієнтом підсилення напруги КU.
Транзисторні підсилювачі, на відміну від лампових, мають порівняно малий вхідний опір і споживають від джерела сигналів помітний струм. Тому для транзисторних підсилювачів мають сенс всі три коефіцієнти підсилення.[4]
1.4 Частотні й фазові характеристики
Форма складного коливання на виході лінійного підсилювача може відрізнятися від форми сигналу на його вході у двох випадках:
1) коли окремі гармонійні складові вхідного сигналу підсилюються неоднаково;
2) коли фазові зрушення, які здобувають гармонійні складові сигналу, пройшовши через підсилювач, змінюють їхнє взаємне зрушення в часі.
Перекручування форми сигналу в лінійній системі, викликані цими причинами, називаються лінійними перекручуваннями.
Характер і величину лінійних перекручувань можна розглянути по частотній і фазовій характеристиках.
Частотною характеристикою підсилювача називається залежність модуля коефіцієнта підсилення К(щ) від частоти. Зразковий вид частотної характеристики зображений на рис 1.2, а. Для осі ординат використовують звичайно лінійний масштаб, для осі абсцис - логарифмічний. Необхідність в останньому викликається широким частотним діапазоном сучасних підсилювачів.
Граничними частотами щн і щу називають частоти, на яких посилення зменшується до заданої (припустимої) величини, щодо посилення ДО0. область частот від щн до щв, рівна Дщ, називається смугою пропущення підсилювача.
Весь діапазон частот, посилюваний підсилювачем, умовно розбивають на область середніх частот, у межах якої посилення практично не залежить від частоти, і області нижчих і вищих частот (рис. 1.2, б), у межах яких посилення істотно міняється із частотою. Значення К0 в області середніх частот визначає номінальний коефіцієнт підсилення. Зміна із частотою коефіцієнта підсилення в області нижчих і вищих частот характеризує частотні перекручування посилюваного сигналу.[5]
Рисунок 1.2 - Частотна характеристика підсилювача
Фазова характеристика підсилювача ?(щ) показує залежність від частоти фазового зрушення вихідного гармонійного коливання щодо вхідного. Ця залежність визначається аргументом комплексного коефіцієнта підсилення. Типовий вид фазової характеристики показаний на рис. 1.3,а. По осі ординат відкладений фазовий кут у градусах або радіанах у лінійному масштабі, по осі абсцис - частота в лінійному масштабі. На рис. 1.3,б та ж фазова характеристика зображена при логарифмічному масштабі осі частот.
Рисунок 1.3 - Фазова характеристика підсилювача
Фазова характеристика, що не створює перекручувань форми посилюваних коливань, характеризується лінійною залежністю фазового кута від частоти:
ц(щ) = - tзщ (1.6)
Залежність (1.6) визначає вид ідеальної фазової характеристики підсилювача. Вона являє собою пряму, що виходить із початку координат. Тангенс кута нахилу цій прямій
визначає час запізнювання tз.
При оцінці перекручувань, створюваних фазовими зрушеннями в підсилювачі, інтерес представляє не сама величина фазового зрушення, а характер його зміни із частотою. Якщо забезпечується сталість tз, тобто ц(щ) лінійно змінюється із частотою, то перекручування форми сигналу відсутні. У противному випадку виникають перекручування. Таким чином, перекручування форми сигналу викликано відхиленням реальної фазової характеристики від ідеальної й зобов'язано нелінійності фазової характеристики.
Мірою фазових перекручувань може служить як величина Д?, так і відхилення Дtз від tз0 = const. Для оцінки Дц і tз ідеальна фазова характеристика проводиться з початку координат, як дотична до реальної характеристики (рис. 1.4, а). Запізнювання звичайно оцінюється по миттєвому запізнюванню кожного компонента посилюваного спектра (рис. 1.4, б).[6]
Рисунок 1.4 - Ідеальна фазова характеристика
1.5 Перехідна характеристика
Перехідною характеристикою підсилювача називають залежність миттєвого значення вихідної напруги (струму) U2(t) від часу при зміні вхідної напруги (струму) U1(t) стрибком (рис. 1.5, а). Перехідна характеристика визначає процес переходу підсилювача з одного стаціонарного стану в інше, коли вхідний вплив стрибком змінилося на деяку величину, умовно прийняту за одиницю.
Для практичного використання зручні нормовані перехідні характеристики h(t), у яких по осі ординат відкладається відношення U2(t) до коефіцієнта підсилення К0.
Цим прийомом вихідна напруга приводиться до рівня вхідного сигналу, що дозволяє легко порівнювати вплив з ефектом, що воно створює на виході підсилювача (рис. 1.5, б).
Характер перехідного процесу залежить від реактивних і активних елементів підсилювальних схем. Перешкоджаючи миттєвій зміні струму (індуктивності) або напруги (ємності), вони обумовлюють залежність вихідної напруги від часу при стрибкоподібному вхідному впливі. У результаті форма вихідного сигналу відрізняється від вхідного, тобто мають місце перекручування, називані перехідними перекручуваннями. Вони ставляться до розряду лінійних перекручувань, тому що викликані наявністю в схемі лінійних елементів (L, C, R).[7]
Рисунок1.5 - Перехідна характеристика
1.6 Нелінійні перекручування
Нелінійними перекручуваннями називаються перекручування форми вихідного сигналу, викликані наявністю в схемі підсилювача нелінійних елементів. Активні елементи підсилювальних схем при роботі із сигналами великої величини мають помітну нелінійність і звичайно є основною причиною появи в підсилювачах нелінійних перекручувань. У каскадах, що містить трансформатори, нелінійність характеристик намагнічування сердечників також може привести до утворення помітних нелінійних перекручувань. Отже, при подачі на вхід підсилювача синусоїдального сигналу вихідний струм може помітно відрізнятися від синусоїдального, тобто містити вищі гармоніки. Поява на виході додаткових компонентів, відсутніх у спектрі вхідного сигналу, є характерною рисою нелінійних систем.[8]
1.7 Амплітудна характеристика, динамічний діапазон і КПД підсилювача
Амплітудною характеристикою підсилювача називається залежність сталого значення вихідної напруги від подаваного на вхід напруги
U2 = ц(U1)
Знімаються амплітудні характеристики при синусоїдальному вхідному сигналі для однієї із частот, що лежать у діапазоні, де посилення практично не залежить від частоти (середні частоти). Типовий вид амплітудної характеристики показаний на рис. 1.6.
Реальні амплітудні характеристики (суцільна лінія) помітно відрізняються від ідеальної (пунктир). Наявність на виході напруги перешкод Uп навіть при вхідному сигналі, рівному нулю, приводить до того, що характеристика починається не з нуля. При більших амплітудах сигналу помітно позначається нелінійність характеристик ламп і транзисторів. Вона викликає падіння їхньої середньої крутості, а отже, і зменшення посилення. При подальшому зростанні сигналу наступає різке обмеження вихідної напруги завдяки виникненню відсічення струму у вхідному або вихідному ланцюгах ламп і транзисторів.
Рисунок 1.6 - Амплітудна характеристика
У більшості випадків величина ЕРС посилюваного сигналу Uг не залишається постійним, а змінюється від деякої мінімальної величини Uгмин до Uг макс. Відношення Uг макс/Uг хв = Dг називається динамічним діапазоном сигналу й може бути виражене як у лінійній мері, так і в логарифмічних одиницях:
(1.7)
Наявність на виході підсилювача напруги власних шумів або тла, а також нелінійність його амплітудної характеристики приводять до того, що в межах її лінійної частини припустима зміна вхідної напруги (U1макс, U1хв) може відрізнятися від Dг. Відношення U1макс/U1хв = Dу представляє динамічний діапазон підсилювача.
Коефіцієнт корисної дії (КПД) підсилювача або його окремого каскаду визначається відношенням
з = Р/Р0
де Р - корисна потужність, що розвивається в навантаженні підсилювача (каскаду);
Р0 - потужність, споживана підсилювачем (каскадом) від джерел живлення.
Величина ? грає особливо істотну роль при живленні підсилювача від сухих батарей або акумуляторів, коли вартість електроенергії висока й витрата струму має велике значення. Ця величина також істотна для оцінки експлуатаційних властивостей потужних підсилювачів, що споживають від джерел живлення більшу потужність.[9]
1.8 Види зворотного зв'язку та їх характеристика
Зворотній зв'язок ЗЗ в підсилювачах.
Між вхідним та вихідним ланцюгами підсилювача завжди існує зв'язок, який має або істотний характер (паразитний зв'язок), або утворюється спеціально для зміни характеристик підсилювача в потрібну сторону. Розглянемо основні поняття, характеризуючи підсилювач, коли ланцюг ЗЗ вводиться в схему підсилювача спеціально (Мал.1.8.1):
Мал.1.8.1 [8]
На Мал.1.2.1 односторонній підсилювач, тобто такий, у якого відсутній зв'язок між його входом та виходом, доповнений ланцюгом зворотнього зв'язку. Його коефіцієнт підсилення (наприклад по напрузі):
З Мал.1.2.1 слідує, що
Представимо відношення у вигляді:
=.
Відношення представляє собою коефіцієнт підсилення одностороннього підсилення, тобто підсилення без ЗЗ (так як ):
=.
Відношення:
- називають коефіцієнтом зворотного зв'язку, а відношення:
- підсиленням по петлі ЗЗ або петльовим підсиленням.
З урахуванням введених понять для напруги маємо:
,
а для коефіцієнта підсилення підсилювача з ЗЗ:
.
Вираз [] ще називають зворотною різницею, а модуль зворотної різниці, який кількісно оцінює степінь ЗЗ називають глибиною ЗЗ
і позначають :
.
Ще декілька важливих понять:
1. Якщо коефіцієнт ЗЗ - дійсне число, то ЗЗ називають частотно-незалежним.
2. Якщо петлеве підсилення не залежить від частоти, то ЗЗ називають дійсним.
3. Якщо модуль зворотної різниці , то ЗЗ називають від'ємним, а при - додатнім.
При на багато більше одиниці ЗЗ називають глибоким. Далі роздивимося лише види негативного ЗЗ (НЗЗ) та його вплив на основні характеристики та параметри підсилювача.
По способу підключення ланцюга НЗЗ до виходу підсилювача розрізняють НЗЗ по напрузі та по току, а до входу підсилювача - послідовну та паралельну. Визначити вигляд НЗЗ можливо по наступному простому правилу:
- якщо напруга ЗЗ зникає при короткому замиканні вихідних клем підсилювача , то НЗЗ - по напрузі, а якщо при їхньому розмиканні (холостому ході ) - то НЗЗ по току:
- якщо напруга НЗЗ зникає на вході підсилювача при короткому замиканні його клем - то зв'язок паралельний, а якщо при їхньому холостому ході - то послідовний.
Не вдаючись у кількісний аналіз роздивимося з фізичних міркувань вплив різноманітних видів НЗЗ на основні параметри та характеристики, такі як коефіцієнт підсилення, вхідний та вихідний опори, величина частотних та нелінійних спотворень.
НЗЗ паралельний по напрузі (Мал.1.8.2) (Y - зв'язок)
Мал.1.8.2 [8]
1) Не змінює величину , а тому і коефіцієнт підсилення напруги:
.
2) Зменшує коефіцієнт підсилення току у разів:
3)
.
4) Зменшує вхідний та вихідний опір підсилювача. Так як опір ланцюга ЗЗ ввімкнено паралельно та .
5) Зменшує лінійне та нелінійне спотворення.
НЗЗ послідовний по напрузі (Мал.1.8.3) (H - зв'язок).
Мал.1.2.3 [8]
1) Збільшує напругу на вхідних клемах підсилювача, а отже зменшує у разів.
2) Не змінює величину вхідного току, а отже і .
3) Збільшує (за рахунок послідовного з'єднання та ) величину вхідного опору та зменшує (за рахунок паралельного з'єднання та ) величину вихідного опору підсилювача.
НЗЗ послідовний по току (Мал.1.8.4) (Z - зв'язок).
Мал.1.2.4 [8]
Порівняно зі схемою послідовного по напрузі НЗЗ змінює лише величину вихідного опору, збільшуючи його. Інші властивості ті ж самі.
НЗЗ паралельний по току (Мал.1.8.5) (К - зв'язок).
Мал.1.8.5 [8]
Властивості ті ж самі, що й схеми паралельного по напрузі НЗЗ за винятком вихідного опору, який збільшується.
2. Розрахунок низькочастотного підсилювача
Початкові дані для розрахунку приведені в таблиці 1
Таблиця 1. - Початкові дані для розрахунку підсилювача.
|
Найменування параметра |
Величина |
|
|
Напруга живлення |
10В |
|
|
Опір джерела сигналу |
150 Ом |
|
|
Опір в ланцюзі колектора |
0,1ч2 кОм |
|
|
Опір навантаження підсилювача |
0,1ч12 кОм |
|
|
Ємність навантаження підсилювача |
20пФ |
|
|
Робочий діапазон температури |
-30 ч +50єС |
|
|
Нижня гранична частота |
80Гц |
|
|
Використовуваний транзистор |
КТ611 |
|
|
Коефіцієнт підсилення КU, не менш |
550 |
Основні параметри транзистора КТ611 приведені в таблиці 2
Таблиця 2. - Основні параметри транзистора КТ611.
|
Найменування параметра |
Величина |
|
|
Зворотний струм колектора, мкА не більше |
100 |
|
|
Зворотний струм емітера, мкА не більше |
100 |
|
|
Напруга насичення колектор - емітер, В не більше |
0,8 |
|
|
Напруга насичення база - емітер, В не більше |
3 |
|
|
Коефіцієнт посилення по струму в схемі з ОЕ |
40 |
|
|
Ємність колекторного переходу, пФ, не більше |
5 |
|
|
Максимальний постійний струм колектора, мА, не більше |
100 |
|
|
Максимальний імпульсний струм колектора, мА, не більше |
||
|
Максимальна постійна напруга емітер бази, В, не більше |
4 |
|
|
Максимальна постійна напруга емітер колектора, В, не більше |
180 |
|
|
Максимальна постійна потужність, що розсіюється на колекторі, Вт, не більше |
3 |
|
|
Діапазон робочих температур |
-40 ч +100єС |
2.1 Попередній розрахунок
З урахуванням того, що в точці спокою потужність, що розсіюється на колекторі транзистора проектованого каскаду, не повинна перевищувати максимально допустимих значень визначаємо величину резистора (R9) в колекторному ланцюзі
=119Ом(2.1)
где - Е- напряжение источника питания усилителя, - коэффициент использования транзистора по мощности (равен 0,7), - максимальна постійна потужність, що розсіюється на колекторі (довідкові дані).
В якості резистора R9 використаємо резистор С2-23-0,25Вт-120Ом±10%
Проводимо побудову прямої, навантаження підсилювального каскаду. Для чого визначаємо дві характерні її крапки. При закритому транзисторі характерна точка прямої, навантаження, має параметри Iк=0 і Uк=Еп. При відкритому транзисторі характерна точка прямої, навантаження, має параметри Uк=Uн і
Iк==18,4мА.(2.2)
Вольт-амперні характеристики транзистора КТ611 приведені на рис.2.1
Рис
Рисунок II.1 - Вихідні та вхідні характеристики транзистора КТ611
Визначаємо параметри робочої крапки для транзистора VT2. Струм колектора (Iк) рівний 9,5мА, напруга колектора (Uк) рівне 5В.
Розраховуємо струм в ланцюзі бази (IБ) транзистора в робочий крапці
вСР = (2.3)
IБ= Iк/вСР = 9,5мА/25 =0,38мА (2.4)
Розрах овуємо потужність яка розсіюється на колекторі транзистора в робочій крапці
РК = Uк·Iк = 5В·9,5мА = 47мВт(2.5)
Потужність яка розсіюється на колекторі транзистора не перевищує максимально-допустиму для цього транзистора.
Розраховуємо потужність яка розсіюється на резисторі в колекторному ланцюзі (R9) в робочій крапці
РR9 = I2к·R9 = (9,5мА)2·119Ом = 107мВт(2.6)
Визначаємо величину резистора (R8) в ланцюзі емітера транзистора VT2.
210Ом.(2.7)
Розрахуємо потужність розсіювань резистора R8
190мВт(2.8)
В якості резистора R8 застосуємо резистор С2-23-0,125-220Ом±10%.
Визначимо величину диференціального опору база-емітер транзистора VT2 у робочій крапці
10кОм(2.9)
Визначимо величину ємності конденсатора блокіровки (С6) в ланцюзі емітера транзистора VT2
100мF(2.10)
В якості конденсатора С6 застосуємо конденсатор К50-33-6,3В-240мкФ. Розрахуємо величину резистора (R7) дільника в ланцюзі для зсуву робочої точки транзистора VT2
5,25кОм(2.11)
Розрахуємо потужність розсіювань резистора R7
2,5мВт(2.12)
В якості резистора R7 застосуємо резистор С2-23-0,125-5,5кОм±10%.
Розрахуємо величину резистора (R6) дільника в ланцюзі для зсуву робочої точки транзистора VT2
17,5кОм (2.13)
Розрахуємо потужність розсіювань резистора R6
22мВт(2.14)
В якості резистора R6 застосуємо резистор С2-23-0,125-19кОм±10%.
Для розрахунку величини коефіцієнта підсилення каскаду виконаного на транзисторі VT2 необхідно розрахувати величну опору навантаження RН
= 10=10=10·119Ом = 1190Ом(2.15)
Розрахуємо опір навантаження каскаду на змінному струмі
108Ом(2.16)
Розрахуємо вхідний опір каскаду по змінному струму
1,5кОм.(2.17)
Розрахуємо величину коефіцієнта підсилення каскаду виконаного на транзисторі VT2
18,8 =24дБ(2.18)
Визначимо величину ємності розділового конденсатора (С5) в ланцюзі навантаження
16мF(2.19)
В якості конденсатор С5 застосуємо конденсатор К50-33-25В-22мкФ.
Визначимо величину ємності розділового конденсатора (С4) у вхідному ланцюзі
12мF(2.20)
В якості конденсатор С4 застосуємо конденсатор К50-33-25В-22мкФ.
Для підтвердження правильності виконаних розрахунків проводимо моделювання і визначення основних параметрів розрахованого каскаду в середовищі Electronic Workbench.
Принципова схема моделі каскаду приведена на рис. 2.2.
Рисунок II.2 - Схема електрична принципова моделі каскаду
Амплітудно-частотна характеристика модельованого каскаду приведена на рис. 2.3. Згідно приведеного рисунка коефіцієнт підсилення каскаду складає 24 рази, нижня межа смуги пропускання рівна 84 Гц, а верхня межа смуги пропускання складає 10 МГц.
Рисунок II.3 - Амплітудно-частотна характеристика модельованого каскаду.
Розрахуємо розмах вихідної напруги підсилювача
8,4В(2.21)
Розрахуємо розмах вхідної напруги підсилювального каскаду
0,5В(2.22)
2.2 Розрахунок другого каскаду підсилювача низької частоти
Розрахуємо величину напруги живлення (Еп1) підсилювального каскаду виконаного на транзисторі VT1.
1,3В (2.23)
Приймемо величину напруги живлення каскаду на транзисторі VT1 рівною 10В.
Розрахуємо величину резистора (R4) в цепи коллектора транзистора VT1
Ом(2.24)
В якості резистора R4 застосуємо резистор С2-23-0,125-120 Ом±10%.
Проводимо побудову прямої, навантаження підсилювального каскаду. Для чого визначаємо дві характерні її крапки. При закритому транзисторі характерна точка прямої, навантаження, має параметри Iк=0 і Uк=Еп1. При відкритому транзисторі характерна точка прямої, навантаження, має параметри Uк=Uн і
Iк==12,5мА.(2.25)
Визначаємо параметри робочої крапки для транзистора VT1. Струм колектора (Iк) рівний 6мА, напруга колектора (Uк) рівне 4,5В, сила струму в ланцюзі бази транзистора (Iб) дорівнює 0,24 мА, напруга на переході база-емітер (Uбе) складає 0,8В.
Визначаємо величину резистора (R3) в ланцюзі емітера транзистора VT1.
333Ом.(2.26)
Розрахуємо потужність розсіювань резистора R3
12мВт(2.27)
В якості резистора R3 застосуємо резистор С2-23-0,125-360Ом±10%.
Визначимо величину ємності конденсатора блокіровки (С2) в ланцюзі емітера транзистора VT1
60мF(2.28)
В якості конденсатора С2 застосуємо конденсатор К50-33-6,3В-240мкФ. Розрахуємо величину резистора (R2) дільника в ланцюзі для зсуву робочої точки транзистора VT1
27кОм(2.29)
Розрахуємо потужність розсіювань резистора R2
1,3мВт(2.30)
В якості резистора R2 застосуємо резистор С2-23-0,125-27кОм±10%.
Розрахуємо величину резистора (R1) дільника в ланцюзі для зсуву робочої точки транзистора VT1
3,8кОм(2.31)
Розрахуємо потужність розсіювань резистора R1
2мВт(2.32)
В якості резистора R1 застосуємо резистор С2-23-0,125-5кОм±10%.
Розрахуємо опір навантаження каскаду на змінному струмі
80Ом(2.33)
Розрахуємо вхідний опір каскаду по змінному струму
0,8кОм.(2.34)
Розрахуємо величину коефіцієнта підсилення каскаду виконаного на транзисторі VT2
20,5 = 28дБ(2.35)
Визначимо величину ємності розділового конденсатора (С1) у вхідному ланцюзі
24мF(2.36)
В якості конденсатор С1 застосуємо конденсатор К50-33-25В-22мкФ.
Визначимо величину резистора фільтру (R5)
0,8кОм(2.37)
Визначимо величину ємності конденсатора фільтра (С3)
17мF(2.38)
В якості конденсатор С3 застосуємо конденсатор К50-33-25В-22мкФ.
Визначимо загальній коефіцієнт підсилення
= 385(2.39)
Для підтвердження правильності виконаних розрахунків проводимо моделювання і визначення основних параметрів розрахованого каскаду в середовищі Electronic Workbench.
Принципова схема моделі двокаскадного підсилювача приведена на рис.2.4.
Рисунок II.4 - Принципова схема моделі двокаскадного підсилювача
сигнал імпульсний підсилювач частота
Амплітудно-частотна характеристика модельованого підсилювача приведена на рис.2.5. Згідно приведеного рисунка коефіцієнт підсилення каскаду складає 390 разів, нижня межа смуги пропускання рівна 80Гц, а верхня межа смуги пропускання складає 7,5МГц.
Рис
Розрахований підсилювач схема якого промодельована в середовищі Electronic Workbench повністю задовольняє параметри і характеристики наведені в завданні.
Висновки та рекомендації
За результатами розрахунків та моделювань проведених в даній роботі можна зробити наступні висновки:
– розрахунки проведені на високому технічному рівні з використанням вольт-амперних характеристик використовуваних транзисторів,
– проведені в процесі розробки моделювання підтвердило правильність проведених розрахунків,
– було вірно розраховані параметри підсилювача низької частоти - однокаскадного й двукаскадного підсилювачів на основі транзистора КТ611 - ємність розділового каскаду, опір емітера, опір RC-Фільтра в колекторному ланцюзі, ємність фільтра в ланцюзі колектора, ємність емітера, опору бази один і два. На основі розрахованих даних і даних, наведених в умові, були побудовані схеми однокаскадного й двукаскадного підсилювачів низької частоти, амплітудно-частотні характеристики цих схем і були знайдені параметри підсилювачів - коефіцієнти підсилення, верхні й нижні частоти підсилювальних каскадів:, а при розрахунку двукаскадного підсилювача низької частоти
Загальний коефіцієнт підсилення склав 390 раз.
Для підтвердження електричних параметрів розрахованої схеми в різних кліматичних умовах рекомендується:
– виготовити дослідний зразок розрахованого підсилювача та провести вимірювання його електричних параметрів в умовах камер тепла та холоду та камерах які імітують інші кліматичні умови якщо це необхідно.
електричний сигнал імпульсний підсилювач
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Підсилення та обробка електричних інформаційних сигналів. Проектування операційного підсилювача, генератора низької частоти, підсилювача низької частоти, компаратора, вибіркового підсилювача, емітерного повторювача, детектора рівня, діодного обмежувача.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 20.04.2012Розробка схеми підсилювача змінного струму, який має п'ять каскадів підсилення. Визначення типів транзисторів. Вибір і розрахунок інтегрального стабілізатору напруги для живлення підсилювача низької частоти та однофазного випрямляча малої потужності.
курсовая работа [478,8 K], добавлен 20.09.2011Проектування підсилювача низької частоти з диференційним вхідним каскадом: розробка структурної схеми, розрахунок напруги джерела електроживлення, коефіцієнта загальних гармонійних спотворень, елементів кіл зміщення і стабілізації режиму транзисторів.
курсовая работа [342,4 K], добавлен 16.03.2011Функціональна та принципова схеми пристрою обробки електричних сигналів, виводи операційного підсилювача. Розрахунок автогенератора гармонійних коливань, вибір номіналів опорів та конденсаторів. Схема ємнісного диференціюючого кола генерування імпульсів.
курсовая работа [525,3 K], добавлен 23.01.2011Розрахунки двоканального підсилювача електричних сигналів, звукового каналу, диференційного підсилювача та фільтра, теоретичні основи роботи підсилювачів. Розробка структурної схеми, вибір елементної бази. Функціональні вузли та принципова схема.
курсовая работа [169,8 K], добавлен 28.09.2011Підсилення електричних сигналів як один з видів перетворення електромагнітної енергії. Основні технічні показники підсилювача потужності. Розробка методики розрахунку для двотактного трансформатора. Розрахунок мультивібратора в автоколивальному режимі.
курсовая работа [606,6 K], добавлен 29.12.2014Ознайомлення із процесом розробки структурної схеми радіоприймального пристрою. Проведення попереднього розрахунку смуги пропускання сигналу, чутливості пристрою та коефіцієнта підсилення. Визначення принципової схеми підсилювача проміжної частоти.
курсовая работа [469,0 K], добавлен 21.05.2014Аналіз елементної бази та вимір елементів принципової схеми резонансного підсилювача. Порядок розрахунку підсилювача проміжної частоти. Методика визначення транзисторних підсилювачів одноконтурного настроєного та з фільтром зосередженої вибірковості.
реферат [46,0 K], добавлен 14.10.2010Розрахнок підсилювача імпульсних сигналів на транзисторах. Вибрані транзистори і прийнята схема забезпечують отримання заданих параметрів без застосування високочастотної корекції. Кількість підсилювальних каскадів є оптимальною з технічних міркувань.
реферат [666,1 K], добавлен 18.01.2011Опис принципу роботи операційного та інвертуючого підсилювача. Структурна схема інвертуючого підсилювача на операційних підсилювачах. Розрахунок та вибір елементів електричної принципової схеми інвертуючого підсилювача. Розрахунок блоку живлення.
курсовая работа [466,6 K], добавлен 15.05.2012
