Усилитель переменного тока с обратной связью

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЕП=2UКЭА=2*3=6[B]

Сопротивление RK находим как:

Сопротивление RЭ вычисляется:

Построим линию нагрузки

Уравнение новой линии нагрузки:

.

С учетом этого рабочая точка сместиться в точку А.Так как сопротивление Rэ мало то смещение рабочей точки также будет мало, т.е. им можно пренебречь

Считаем, что на вход подается какой-либо переменный сигнал, тогда для переменного сигнала параллельно RK включается RH . Для переменного сигнала 1к(Uкэ) будет идти динамической линией нагрузки.

Получим точку А`, спроецировав точку А на новую линию нагрузки.

Через точку А` провёдём динамическую линию нагрузки под углом ц:

Из чертежа имеем: , поэтому увеличиваем напряжение питания: Еп2 = 6.3 (В). Проводим новую линию нагрузки с уравнением , проецируем на неё точку А (получаем точку А``). Через точку А`` проведём новую линию динамической нагрузки под углом ц=530.

Для Еп2 имеем , поэтому увеличиваем напряжение питания: Еп2 = 10 (В)

, поэтому окончательно принимаем Еп=10 (В).

Определим координаты рабочей точки:

1.2.2 Выбор транзистора

Выберем транзистор, удовлетворяющий следующим условиям:

а) Структура p-n-p;

б) Коэффициент единичного усиления

,

поэтому транзистор низкочастотный;

в) ;

г) ;

д)

Выберем p-n-p транзистор МП41 со следующими параметрами

Определим статический коэффициент передачи тока по выходной ВАХ

Найдём ток базы

По входной ВАХ

Ток эмиттера

Входное динамическое сопротивление транзистора определяется по входной ВАХ

1.2.3 Расчет элементов фиксации рабочей точки

Рассчитаем величину по следующему эмпирическому соотношению:

,

где - тепловой ток коллекторного перехода, заданный в справочнике при температуре t0 =200С;

А = 2 для германиевых транзисторов.

вычислим как

, выберем .

Определим значение N как

;

Вычислим R1 и R2 :

Корректность расчета оценим вычислением тока Iд, причем необходимо соблюдение неравенства . Вычислим Iд по формуле:

Полученное значение удовлетворяет соотношению

Найдем сопротивление резистивного делителя:

Найдем входное сопротивление данного каскада

.

1.2.4 Предварительный расчёт коэффициента усиления

1.3 Расчёт входного каскада (рис. 2)

Рис. 2. Схема усилительного каскада

Определим выходные параметры для промежуточного каскада:

1.3.1 Выбор рабочей точки

Определим параметры нагрузки:

Выбор рабочей точки А транзистора в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора IкА и напряжения UкэA в схеме рис. 1, в первоначальном предположении Rэ= 0. т.е. при заземленном эмиттере.

Точку покоя выберем исходя из заданных значений амплитуды напряжения на коллекторе Um и тока коллектора Im.

(при )

Еп=4

Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе:

Из предположения RЭ=0 найдем RK:

;

Построим линию нагрузки

Выберем

.

Уравнение новой линии нагрузки:

транзистор напряжение сопротивление сигнал

.

Через точку Р провёдём динамическую линию нагрузки под углом ц:

Из чертежа получаем:

.

Берем

Определим окончательные координаты рабочей точки:

1.3.2 Выбор транзистора

Выберем транзистор удовлетворяющий следующим условиям:

а) Структура p-n-p;

б) Коэффициент единичного усиления

,

поэтому транзистор низкочастотный;

в) ;

г) ;

д)

Выберем p-n-p транзистор ГТ109А со следующими параметрами

Определим статический коэффициент передачи тока по выходной ВАХ

Найдём ток базы

По входной ВАХ

Ток эмиттера

Входное динамическое сопротивление транзистора определяется по входной ВАХ

1.3.3 Расчет элементов фиксации рабочей точки

Рассчитаем величину по следующему эмпирическому соотношению:

,

где - тепловой ток коллекторного перехода, заданный в справочнике при температуре t0 =200С;

А = 2 для германиевых транзисторов.

вычислим как

,

выберем .

Определим значение N как

;

Вычислим R1 и R2 :

Корректность расчета оценим вычислением тока Iд, причем необходимо соблюдение неравенства

.

Вычислим Iд по формуле:

Полученное значение удовлетворяет соотношению

Найдем сопротивление резистивного делителя:

Найдем входное сопротивление данного каскада

.

1.3.4 Расчёт коэффициентов усиления

Коэффициент усиления входного каскада

Уточним коэффициент усиления выходного каскада

Определим коэффициент усиления напряжения для рассчитанного усилителя

Значение удовлетворяет условию

1.4 Расчет емкостных элементов усилителя

1.4.1 Емкостные элементы выходного каскада

Для выходного каскада на биполярном транзисторе (рис.1) значение емкостей конденсаторов C1, C2, CЭ рассчитаем по следующим формулам:

;

;

.

1.4.2 Емкостные элементы входного каскада

Для входного каскада на биполярном транзисторе (рис. 2) значение емкостей конденсаторов C1, C2, CЭ рассчитаем по следующим формулам:

;

;

.

1.5 Расчёт цепи обратной связи

Коэффициент усиления усилителя с обратной связью

Из соотношения

найдем :

Так как усилитель состоит из двух каскадов, разобьём сопротивление на и так, что

+=.

= 168 (Ом)

Сопротивление обратной связи найдем из соотношения

.

1.6 Построение характеристики

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

Выражения для Mосв() и Mосн() одинаковы по виду, но для различных частотных диапазонов предполагают подстановку разных значений X, а именно: для области средних и верхних частот и для области нижних и средних частот.

Масштаб оси частот выбираем в десятичных логарифмах круговой частоты.

Рис. 3. Характеристика

2. Моделирование

Моделирование будем выполнять с помощью пакета схемотехнического моделирования Micro-Cap 7. 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.

2.1 Моделирование выходного каскада (рис. 4)

В процессе моделирования были скорректированы номиналы элементов каскада и по переходной характеристике (рис. 5 получены следующие параметры:

Амплитуда выходного сигнала ;

Амплитуда входного сигнала ;

Коэффициент усиления каскада .

Рис. 4 Выходной каскад

Рис. 5 Переходная характеристика выходного каскада

2.2 Моделирование входного каскада (рис. 6)

В процессе моделирования были скорректированы номиналы элементов каскада и по переходной характеристике (рис. 7 получены следующие параметры:

Амплитуда выходного сигнала ;

Амплитуда входного сигнала ;

Коэффициент усиления каскада .

Рис. 6 Входной каскад

Рис. 7. Переходная характеристика входного каскада

2.3 Моделирование усилителя с отрицательной обратной связью (рис.8)

В результате моделирования усилителя подобрано сопротивление так, чтобы обеспечить необходимый коэффициент усиления полученный из анализа технического задания. Из переходной характеристике усилителя (рис. 9) определены следующие параметры:

Амплитуда выходного сигнала ;

Амплитуда входного сигнала ;

Коэффициент усиления .

В результате частотного анализа усилителя (рис. 10) изменены номиналы емкостных элементов усилителя для обеспечения необходимой нижней частоты полосы пропускания и добавлена емкость обратной связи для обеспечения верхней частоты полосы пропускания. Определены следующие параметры усилителя:

Рис. 8. Усилитель с ООС

Рис. 9. Переходная характеристика усилителя с ООС

Рис. 10. Частотная характеристика усилителя с ООС

2.4 Моделирование усилителя без отрицательной обратной связи (рис.11)

В результате моделирования номиналы элементов схемы не изменились. Для обеспечения необходимой амплитуды выходного сигнала нужно уменьшить амплитуду входного. По переходной характеристике (рис. 12) определены следующие параметры усилителя:

Амплитуда выходного сигнала ;

Амплитуда входного сигнала ;

Коэффициент усиления .

Рис. 11. Усилитель без ООС

Рис. 12. Переходная характеристика усилителя без ООС

По АЧХ и ФЧХ усилителя (рис. 13) определены следующие параметры:

Рис. 13. Частотная характеристика усилителя без ООС

Замечание:

Заключение

В результате выполнения данной курсовой работы были изучены методы проектирования и разработки электронных устройств в соответствии с данными технического задания. Был произведён расчёт 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 Micro-Cap 7. В ходе курсового проектирования было проведено моделирование усилителя в частотной и временной областях.

Библиографический список

1.Баскакова И.В., Перепёлкин А.И. Усилительные устройства: Методические указания к курсовой работе.-Рязань,РГРТА,1997.36с.

2.Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник. К.М.Брежнева,Е.И.Гантман,Т.И Давыдова и др. Под ред. Б.Л.Перельмана.-М.:Радио и связь,1982.656с.

3.Транзисторы.Справочник.Издание 3-е. Под редакцией И.Ф.Николаевского.-М.:Связь,1969.624 с.

4.Анализ электронных схем. Методические указания к лабораторным и практическим занятиям. Баскакова И.В., Перепёлкин А.И. Р.:2000,32 с.

Перечень элементов.

Размещено на Allbest.ru