Название: Усилитель с обратной связью
Вид работы: курсовая работа
Рубрика: Коммуникации и связь
Размер файла: 139.62 Kb
Скачать файл: referat.me-170452.docx
Краткое описание работы: Проектирование многокаскадного усилителя переменного тока с отрицательной обратной связью. Расчет статических и динамических параметров электронного устройства, его схематическое моделирование на ЭВМ с использованием программного продукта Microcap 3.
Усилитель с обратной связью
Министерство образования Российской Федерации
Рязанская государственная радиотехническая академия
Кафедра САПР ВС
УСИЛИТЕЛЬ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Электроника и электротехника»
Рязань 2002
Содержание
Введение
1. Расчетная часть
1.1 Расчет коэффициента усиления напряжения и числа каскадов
1.2 Расчет статического режима
1.2.1 Выбор рабочей точки
1.2.2 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера
1.2.3 Расчет элементов фиксации рабочей точки
1.2.4 Расчет элементов повторителя
1.2.5 Расчет предыдущего каскада
1.2.6 Выбор рабочей точки
1.2.7 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера
1.2.8 Расчет элементов фиксации рабочей точки
1.2.9 Расчет элементов повторителя
1.3 Расчет емкостных элементов
1.4 Расчет элементов обратной связи
1.5 Расчет реально достигнутого в схеме коэффициента усиления K разомкнутого усилителя в области средних частот
1.6 Построение характеристики Moc(w)
2. Моделирование
2.1 Основные параметры, выставляемые в библиотеке
2.1.1 Параметры транзисторов
2.1.2 Параметры генератора синусоидального напряжения
2.2 Основные параметры, выставляемые в лимитах
2.3 Корректировка значений элементов схемы
2.4 Результаты моделирования
2.4.1 Переходная характеристика входного каскада
2.4.2 Переходная характеристика выходного каскада
2.4.3 Переходная характеристика усилителя без ООС
2.4.4 Переходная характеристика усилителя в целом
2.4.5 Частотные характеристики усилителя
2.4.6 Схема усилителя
Заключение
Приложение
Библиографический список
Введение
Усилителями называются электронные устройства, предназначенные для усиления сигнала по мощности.
Основными параметрами усилителя являются коэффициент усиления, входное и выходное сопротивление усилителя и частотные характеристики: АЧХ и ФЧХ.
В данной курсовой работе проводится проектирование многокаскадного 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 Microcap3. При моделировании усилителя производится корректировка его параметров.
1. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
1.1 Расчет коэффициента усиления напряжения и числа каскадов
Найдем коэффициент усиления усилителя по напряжению:
Предположим, что усилитель состоит из одного каскада, тогда из уравнения
можно найти Кb, решая его как квадратное, причем нас интересует только отрицательный вещественный корень уравнения: Кb=-0.0681.
Тогда К=Кос(1—Кb)=22×1.0681=23.5>10, следовательно, усилитель нельзя построить на одном каскаде.
Усилитель на двух каскадах описывается формулой:
Отсюда Кb=-0.506. K=22(1 — Кb)=22×1.506=33.123<100
Следовательно, усилитель можно построить на двух каскадах.
1.2 Расчет статического режима
1.2.1. Выбор рабочей точки
Рабочую точку выбираем по формулам:
мА.
UкА
=Umн
+Umin= В
PкА =UкА ×IкА =100 мВт
Выбираем транзистор с параметрами: Iкmax =22 мА, Uкmax =18 В, Pmax =400 мВт.
Таким транзистором может быть КТ339А.
Этой рабочей точке соответствует ток базы 275 мкА, и напряжение Uэб=0.68 В
1.2.2 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера
Выбираем напряжения питания: 36 В.
Ом Rэ=0.1Rк=245 Ом
1.2.3 Расчет элементов фиксации рабочей точки
N== Iко
=0.003×IкаN=
R2=Rэ×(N—1)=245×1.4=343 Ом.
1.2.4 Расчет элементов повторителя
Ом.
1.2.5 Расчет предыдущего каскада
Входное сопротивление оконечного каскада рассчитывается по формуле:
Rвх=R1||R2||h11э, где h11э — входное сопротивление транзистора, вычисляемое по входной характеристике в окрестности рабочей точки, и равно 500 Ом.
Rвх=1/(1/3218+1/343+1/500)=190 Ом.
Назначим коэффициент усиления оконечного каскада Квых=5, тогда Квх=4.5.
Тогда Uвхm
=Uвыхm
/Квых=5.6 /5=1.58
1.6, Iвхm
=Uвхm
/Rвх=8.3 мА.
Рассчитываем входной каскад аналогично оконечному, с параметрами Uвых=1.6 В, Iвых=8.3 мА.
1.2.6 Выбор рабочей точки
мА.
Uка=Umн+Umin В
Pка=Uка×Iка=40 мВт
Выбираем транзистор с параметрами: Iк.max=20 мА, Uк.max=8 В, Pmax=160 мВт.
Таким транзистором может быть КТ315Б.
Этой рабочей точке соответствует ток базы IбА =130 мкА, и напряжение UбэА =0.5 В
1.2.7 Расчет сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера
Ом Rэ=0.1Rк=310 Ом
1.2.8 Расчет элементов фиксации рабочей точки
N== Iко
=0.0033×Iка N=
R2=Rэ×(N—1)=310×1.4=434 Ом.
Входное сопротивление входного каскада: Rвх=R1||R2||h11э, где h11э — входное сопротивление транзистора, вычисляемое по входной характеристике в окрестности рабочей точки, и равно 600 Ом.
Rвх=3846||434||600=1/(1/3846+1/434+1/600)=236 Ом.
1.2.9 Расчет элементов повторителя
Ом.
1.3 Расчет емкостных элементов
Расчет разделительных емкостей рассчитывается по формуле:
,
где Rг — выходное сопротивление предыдущего каскада (или внутреннее сопротивление генератора), Rн — входное сопротивление следующего каскада (или сопротивление нагрузки), а wн =2pfн .
Пренебрегая выходным сопротивлением повторителей, получаем:
С1
=4 мкФ. С2
=
6 мкФ. С3
=
1.5 мкФ.
Емкости в цепи эмиттера рассчитывается по формуле:
Сэ
=,
где h11э и h21э — соответственно входное сопротивление транзистора и b, рассчитываемые по входной и выходной ВАХ в окрестности рабочей точки. Для КТ339А h11э =500 Ом, h21э =50, а для КТ315Б h11э =600 Ом, h21э =80.
Сэвых
=340 мкФ Сэвых
=
450 мкФ
1.4 Расчет элементов обратной связи
Для усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению выполняется соотношение:
,
где составляет 5—10 Ом и отделяется от Rэ1
.
b вычислим по известным K и Kb, рассчитанным в 2.1: b=Kb/K=-0.506/33.1=-0.0153
Назначим =10 Ом. Тогда Rос=
/ b —
=10/0.0153—10»640 Ом.
1.5 Расчет реально достигнутого в схеме коэффициента усиления K разомкнутого усилителя в области средних частот
В области средних частот реально развиваемый коэффициент усиления одного каскада определяется формулой:
где
Rг — выходное сопротивление предыдущего каскада или внутреннее сопротивление генератора,
R1 и R2 — сопротивления делителя,
Rн — сопротивление нагрузки или входное сопротивление последующего каскада, если каскад не имеет повторителя, или входное сопротивление повторителя, равное (1+b)×(R||Rн)
Пренебрегая выходным сопротивлением повторителя, получаем:
=220
=26
K=Kвых×Kвх=5720>33.123, следовательно расчет усилителя окончен.
1.6 Построение характеристики Moc(w)
Характеристика Moc(w) для двухкаскадного усилителя с отрицательной обратной связью описывается выражением:
Оно имеет одинаковый вид для нижних и верхних частот, но предполагает подстановку разных значений x: x=wн /wдля области нижних и средних частот, x=w/wв для средних и верхних частот.
усилитель электронный ток моделирование
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ
Моделирование выполняется с помощью пакета схемотехнического моделирования MicroCapIII. 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. В процессе моделирования при необходимости корректируются значения элементов схемы.
2.1 Основные параметры, выставляемые в библиотеке
2.1.1 Параметры транзисторов
Название параметра в библиотеке | Параметр | КТ399А (Q0) |
КТ315Б (Q1) |
BF | Коэффициент b | 50 | 80 |
CJC | Емкость перехода база-коллектор, Ф | 2Е-12 | 7Е-12 |
CJE | Емкость перехода база-эмитер, Ф | 2Е-12 | 7Е-12 |
RB | Сопротивление тела базы, Ом | 1 | 1 |
RC | Сопротивление тела коллектора, Ом | 1 | 1 |
VJE | Напряжение база-эмитер, В | 0.68 | 0.5 |
TF | Время включения, с | 2.5Е-11 | 5Е-10 |
2.1.2 Параметры генератора синусоидального напряжения
Название параметра в библиотеке | Параметр | Значение |
F | Частота, Гц | 10000 |
A | Амплитуда, В | 0.36 |
RS | Внутреннее сопротивление, Ом | 60 |
2.2 Основные параметры, выставляемые в лимитах
Simultation time | 1E-4 |
Display time | 1E-4 |
Maximum change | 1 |
Temperature | 50 |
2.3 Корректировка значений элементов схемы
При моделировании была произведена корректировка значений элементов схемы: скорректированы значения сопротивления обратной связи для обеспечения необходимого коэффициента усиления, и значения разделительных емкостей для выполнения условия Moc(wн )=0.73. Кроме того, значения емкостей и сопротивлений приведены к ряду стандартных значений Е24 согласно ГОСТ 10318—80. Этот ряд включает 24 значения: 1; 1.1; 1.2; 1.3; 1.5; 1.6; 1.8; 2; 2.2; 2.4; 2.7; 3; 3.3; 3.6; 3.9; 4.3; 4.7; 5.1; 5.6; 6.2; 6.8; 7.5; 8.2; 9.1, которые можно умножать на любой порядок. Полученные после корректировки значения приведены в спецификации (см. Приложения).
2.4 Результаты моделирования
2.4.1 Переходная характеристика входного каскада
2.4.2 Переходная характеристика выходного каскада
2.4.3 Переходная характеристика усилителя без ООС
(примечание: вследствие большого коэффициента усиления усилителя без ООС, на выход подается не 0.36, а 0.1 В).
2.4.4 Переходная характеристика усилителя в целом
2.4.5 Частотные характеристики усилителя
2.4.6 Схема усилителя
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 MicroCapIII. В ходе курсового проектирования было проведено моделирование многокаскадного усилителя с отрицательной обратной связью в соответствии с техническим заданием.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Перепелкин А.И., Баскакова И.В. Усилительные устройства: Методические указания к курсовой работе. - Рязань. : РГРТА, 1997. 36 с.
2. Справочник по полупроводниковым приборам. В.Ю. Лавриненко. Техника, 1980. 464 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. Н.А. Кажакин, А.В. Захаров. Машинный анализ линейных схем: Методические указания к практическим занятиям. - Рязань.: РРТИ, 1993. 28 с.
Похожие работы
-
Однокаскадный усилитель низкой частоты
Лабораторная работа "Однокаскадный усилитель низкой частоты" Полянчев С., Коротков Р. Цель работы: Изучение схемы резистивно-ёмкостного усилительного каскада на биполярном транзисторе и экспериментальное определение основных характеристик усилителей.
-
Инженерный расчет активных фильтров 2
Министерство образования и науки Украины Приазовский государственный технический университет Кафедра ЭПП Пояснительная записка к курсовой работе
-
Исследование свойств звена при охвате обратной связью
Лабораторная работа по основам теории управления «Исследование свойств звена при охвате обратной связью» Красноярск 2010 Введение Исследовать изменение динамических характеристик, типовых звеньев системы автоматического управления (САУ) при охвате обратной связью.
-
Модернизация электронного термометра
Теоретические основы методов расчета корректирующих цепей САУ и исследование их устойчивости. Особенности модернизации электронного термометра с использованием корректирующей цепи последовательного типа. Исследование устойчивости типовых звеньев САУ.
-
Следящие системы
Дано: = 2,5 = 0,5 рад/с = 0,8 Нм = 0,3 НмсІ н = 0,7 рад/сІ = 30 % = 0,3 с Найти: Составляющие
-
Моделирование многокаскадного транзисторного усилителя
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени А.Н. ТУПОЛЕВА Кафедра КиПМЭА КУРСОВАЯ РАБОТА «МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОКАСКАДНОГО ТРАНЗИСТОРНОГО УСИЛИТЕЛЯ»
-
Исследование RC–автогенераторов для операционных усилителей с мостом Вина
Принципиальная схема RC–автогенератора. Создание модели операционного усилителя и его АЧХ. Генерация гармонических колебаний. Влияние температур на форму и спектральный состав генерируемых колебаний. Влияние обратной связи на генерацию колебаний.
-
Разработка двухкаскадного усилителя с непосредственной связью
Критерии выбора типа транзистора для усилительного каскада (напряжение между коллектором и эмиттером). Расчет режима работы по постоянному и переменному току, значений резисторов, конденсаторов, индуктивностей. Ознакомление с программой Micro Cap 8.
-
Расчет усилителя напряжения низкой частоты
Расчет каскада предварительного усиления, работающего на входную цепь следующего потока, выполненного на транзисторе с общим эмиттером. Компьютерное моделирование и исследование схемы, построение временных диаграмм с помощью программы "Microcap".
-
Многокаскадный усилитель переменного тока с обратной связью
Методика проектирования многокаскадного усилителя переменного тока с обратной связью. Расчет статических и динамических параметров усилителя, его моделирование на ЭВМ с использованием программного продукта MicroCap III, корректировка параметров.