Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

Вступ

При вирішенні багатьох інженерних завдань, наприклад при вимірі електричних і неелектричних величин, контролі та автоматизації технологічних процесів, побудові радіотехнічних пристроїв та медичних приладів, виникає необхідність у посиленні електричних сигналів. Для цієї мети служать електронні підсилювачі - пристрої, що дозволяють збільшити потужність електричного сигналу без зміни його форми і частотного спектра. Збільшення потужності сигналу відбувається за рахунок енергії джерела живлення.

Як видно з визначення, суть процесу посилення електричних сигналів полягає в перетворенні енергії джерела живлення підсилювача в енергію вихідного сигналу за законом, який визначається вхідним керуючим впливом. Цей процес здійснюється за допомогою керованого нелінійного елемента.

Основою метою курсового проекту є розрахунок каскаду підсилювача низької частоти, його параметрів та характеристик. На їх основі робиться моделювання схеми електричної принципової моделі каскаду по розрахованим параметрам, по яким робиться висновок про правильність розрахунків та кількості обраних каскадів.

1. Розрахунок параметрів та характеристик підсилювача низької частоти

1.1 Розрахунок параметрів кінцевого каскаду

Початкові дані для розрахунку приведені в таблиці 1.1

Таблиця 1.1 - Початкові дані для розрахунку підсилювача

Найменування параметра	Величина
Коефіцієнт підсилення , не менш	57
Вихідна напруга	7 В
Опір навантаження підсилювача	1,2 кОм
Нижня границя частот	25 Гц
Верхня границя частот	70 кГц
Вхідний опір підсилювача	1 кОм
Ємність навантаження підсилювача	45 пФ
Робочий діапазон температури	С

Схема підсилювача з загальним емітером приведена на рисунку 1.1

Рисунок 1.1 - Схема підсилювача з загальним емітером

Визначаємо необхідну (мінімальну) кількість каскадів підсилювача низької частоти:



Приймається кількість каскадів рівне двом.

Розподіляємо величину частотних спотворень між каскадами вважаючи, що величина спотворень розподіляється між каскадами рівномірно:

Задамо орієнтовною величиною напруги насичення. Напругу джерела живлення обираємо рівною 30 вольт.

Задаємо опір у ланцюзі колектора:

*

Задаємо падіння напруги на :

Визначаємо напругу колектор-емітер в робочій точці:

Враховуємо для Uнеобхідний запас на термічну нестабільність (звичайно не більше 10-15%).

Приймається значення напруги яка рівна 9В.

Розраховуємо величину потужності розсічення на колекторі транзистора в точці спокою:



Розраховуємо розмах імпульсу струму навантаження:

Знаючи напругу живлення підсилювача і максимальний струм, що протікає через навантаження, вибираємо транзистор для вхідного каскаду за наступними умовами:

Для побудови кінцевого каскаду проектованого підсилювача низької частоти найбільш підходить за параметрами транзистор КТ3102Б, який має наступні параметри (табл. 1.2).

Таблиця 1.2 - Параметри транзистора КТ3102Б

Найменування параметра	Величина
Максимально допустима напруга колектор-емітер	50 В
Максимально допустимий постійний струм колектора	100 мА
Постійна потужність колектора	0,25 Вт
Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі із загальним емітером	200-500
Зворотній струм колектора	0,05 мА
Постійна часу ланцюга колектора,	100 пС
Постійна часу ланцюга колектора,	6 пФ
Максимальна температура переходу	125 С

Розраховуємо параметри вибраних транзисторів на основі довідкових даних:

Опір бази транзистора:



Опір емітера транзистора:

Коефіцієнт передачі струму транзистора в схемі з ОБ:

За параметрами еквівалентної схеми біполярного транзистора знаходимо його низькочастотне значення крутизни :

Знаходимо величину вхідної провідності транзистора:

1.2 Побудова характеристик та розрахунок параметрів робочої крапки

Вольт-амперні характеристики транзисторів з прямими навантаженнями приведені на рис. 1.2



Рисунок 1.2 - Вольт-амперні характеристики транзисторів з прямими навантаженнями.

По даним характеристик знаходимо робочу крапку за наступною формулою:

Для статичних параметрів:

Рисунок 1.3 - Вихідна характеристика транзистора КТ3102Б з робочою крапкою

Знайшовши робочу крапку на графіку та провівши дотичні до осі координат, знаходимо наступні параметри:

· напруга колектора

· струм колектора

· струм бази

· напруга база-емітер

Розраховуємо потужність яка розсіюється на колекторі транзистора в робочій крапці:

Потужність яка розсіюється на колекторі транзистора не перевищує максимально-допустиму для цього транзистора.

1.3 Розрахунок номіналів та побудова принципової схеми моделі каскаду

Розраховуємо потужність яка розсіюється на резисторі в колекторному ланцюзі (R9) в робочій крапці:

В якості резистора R9застосовуємо резистор C2-23-0,25-3000Ом10%.

Визначаємо величину резистора (R8) в ланцюзі емітера транзистора VT2:

Розраховуємо потужність розсіювання резистора R8:

В якості резистора R8 застосовуємо резистор C2-23-0,125-400Ом10%.

Визначимо величину опору резистора в ланцюзі емітера з урахуванням, що каскад буде працювати в заданому інтервалі температур і параметри робочої крапки не будуть змінюватися більше ніж на 10%:

З даного розрахунку можна зробити висновок, що номінал резистора в ланцюзі емітера обраний правильно і каскад буде нормально функціонувати в заданому інтервалі температур.

Розраховуємо потужність розсіювання резистора R7:

В якості резистора R7застосовуємо резистор C2-23-0,125-45кОм5%.

Розраховуємо величину резистора (R6)дільника в ланцюзі для зсуву робочої точки транзистора VT2:

Розраховуємо потужність розсіювання резистора R6:

В якості резистора R6застосовуємо резистор C2-23-0,125-175кОм5%.

Визначимо величину ємності конденсатора блокіровки (С6) в ланцюзі емітера транзистора VT2:



В якості конденсатора С6 застосовуємо конденсатор К50-33-6,3В-1000мкФ.

Визначимо величину ємності розділового конденсатора (С5) в ланцюзі навантаження:

В якості конденсатора С5 застосовуємо конденсатор К50-33-25В-10мкФ.

Для підтвердження правильності виконаних розрахунків проводимо моделювання і визначення основних параметрів розрахованого каскаду в середовищі ElectronicWorkbench.

Рисунок 1.4 - Схема електрична принципова моделі каскаду

Рисунок 1.5 - Амплітудно-частотна характеристика модельованого каскаду

Амплітудно-частотна характеристика модельованого пристрою приведена на рисунку 1.5. Згідно приведеного рисунка коефіцієнт підсилення каскаду складає 34,5 раз, нижня межа смуги пропускання рівна 38Гц, а верхня межа смуги пропускання складає 2МГц.

1.4 Розрахунок параметрів каскаду попереднього підсилення

Вибираємо величину напруги джерела живлення рівної 5 вольт.

Здається опором у ланцюзі колектора:

Приймаються опір резистора в ланцюзі колектора каскаду попереднього підсилення рівним 3кОм. В якості резистораR3 застосуємо резистор С2-26-0,125Вт-3,5кОм±10%.

Здається падінням напруги на Rе (або на Rе + Rос, якщо Rос присутній у схемі):

Розраховуємо величину потужності що розсіюється на колекторі транзистора в точці спокою:

Постійна потужність, що розсіюється на колекторі, не повинна перевищувати граничного значення, взятого з довідкових даних на транзистор.

Для побудови каскаду попереднього підсилення проектованого підсилювача низької частоти також найбільш підходить за параметрами транзистор КТ3102Б, параметри якого були визначені у розрахунку кінцевого каскаду.

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

Вольт-амперні характеристики транзистора КТ3102Б приведені на рис. 1.6згідно яких параметри робочої точки наступні:

напруга колектора U_к0=2,5В,

струм колектора I _к0=1,2мА,

струм базиI_б0=7,5мкА,

напруга база-емітер U_БЕ0=0,6В.

Рисунок 1.6 - Вихідна ВАХ транзистора КТ3102Б

Розраховуємо потужність яка розсіюється на колекторі транзистора в робочій крапці:

Потужність яка розсіюється на колекторі транзистора не перевищує максимально допустиму для цього транзистора.

Розраховуємо потужність яка розсіюється на резисторі в колекторному ланцюзі (R3) в робочій крапці:

В якості резистора R3 застосуємо резистор С2-23-0,125-3,5кОм±10%.

Визначаємо величину резистора (R4) в ланцюзі емітера транзистора VT2:

Розрахуємо потужність розсіювань резистораR4:

Визначимо величину опору резистора в ланцюзі емітера з урахуванням, що каскад буде працювати в заданому інтервалі температур і параметри робочої крапки (зокрема Iк0) не будуть змінюватися більш ніж на 10%.

де г=2,5мВ/єС, ?Т - інтервал робочих температур(45єС).

З даного розрахунку можна зробити висновок, що номінал резистора в ланцюзі емітера обраний неправильно і для нормальної роботи каскаду його необхідно збільшити.

В якості резистора R4 застосуємо резистор С2-23-0,125-1,5кОм±20%.

В якості резистора R2 застосуємо резистор С2-26-0,125-14кОм±10%.

Розрахуємо величину резистора (R1) дільника в ланцюзі для зсуву робочої точки транзистораVT2:

В якості резистора R1 застосуємо резистор С2-23-0,125-6,5кОм±5%.

Розподілимо величину частотних спотворень що приходяться на каскад попереднього підсилення на окремі його елементи (розділові і блокувальні конденсатори) припускаючи що дані спотворення розподіляються порівну між вказаними ланцюгами.

Визначимо величину ємності конденсатора блокіровки (С3) в ланцюзі емітера транзистораVT2:

В якості конденсатора С3 застосуємо конденсатор К50-33-25В-1000мкФ.

Визначимо величину ємності розділового конденсатора (С1) в ланцюзі навантаження:

В якості конденсатор С1 застосуємо конденсатор К50-33-25В-10мкФ.

Розрахуємо величину опору резистора R5 та ємність конденсатораC2 що утворюють ланку фільтру через яку живеться каскад попереднього підсилення:

В якості резистора R5 використаємо резистор С2-26-0,25Вт-15кОм±20%, та в якості конденсатора C2 використаємо конденсатор К50-33 - 25В-10мкФ.

Для підтвердження правильності виконаних розрахунків проводимо моделювання і визначення основних параметрів розрахованого каскаду в середовищіElectronicWorkbench.

Рисунок 1.7 - Схема електрична принципова моделі каскаду

Рисунок 1.8 - Амплітудно-частотна характеристика модельованого каскаду.

Амплітудно-частотна характеристика модельованого пристрою приведена на рисунку 1.5. Згідно приведеного рисунка коефіцієнт підсилення каскаду складає 842 раз, нижня межа смуги пропускання рівна 13,4Гц, а верхня межа смуги пропускання складає 1МГц.Результати моделювання підтверджують правильність виконаних розрахунків.

Висновок

підсилювач транзистор каскад

У даному курсовому проекті було розрахований каскад підсилювача низької частоти. Обравши найбільш підходящий транзистор (КТ3102Б), було розраховано значення кожного елемента схеми, та в середовищі ElectronicWorkbench була зібрана схема моделі каскаду. Порівнюючи розраховані дані та дані схеми з середовищі ElectronicWorkbench, робимо висновок, що дані збігаються з 5% погрішністю. Тобто, це підтверджує правильність розрахунків.

Список використаних джерел

1. Аналогова схемотехніка. Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок двокаскадного підсилювача низької частоти» для студентів ЗДІА напряму 6.050801 «Мікро- та наноелектроніка» / Укл.: Швець Є.Я., Юдачов А.В., Верьовкін Л.Л - Запоріжжя: 2011|. - 67 с.

2. Усатенко С.Т. Виконанняелектричних схем по ЕСКД: Довідник/ Степан Тарасович Усатенко. -- Видавництво стандартів, 1989. - 325 с.

3. Изюрова Г.І. Розрахунокелектронних схем. Приклади і задачі / Галина Іванівна Изюрова. -- М.: Высш. шк.,1987. - 325 с.; ил.

4. Манаєв Є.І. Основи радіоелектроніки / Євген Ілліч Манаєв. - М .; радіоі зв'язок, 1988 - 199 с: ил.

5. Кібакін В.М. Основи теорії та розробки транзисторних низькочастотних підсилювачів потужності/ Володимер Михайлович Кібакін. - М .: Радио и связь, 1988. 240 с.

6. Лавриненко В.Ю. Довідник по напівпровідникових приладів/ Владислав Юрівіч Лавриненко. - К .: Техніка, 1980. - 464 с .;

7. Зайцев А.А. Напівпровідникові прилади. Транзистори малої потужності. / А.А. Зайцев, А.В. Голомедова. - М .: Радио и связь, 1994. - 384с .;

Приложение

Результати моделювання

Схема електрична принципова моделі каскаду Амплітудно-частотна характеристика модельованого каскаду

Схема електрична принципова моделі двокаскадного підсилювача Амплітудно-частотна характеристика модельованого

двокаскадного підсилювача

Размещено на Allbest.ru