Аналоговая схемотехника

Министерство связи и информатизации РФ Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики Хабаровский филиал

Курсовой проект

по Аналоговой схемотехнике

Студента 3 курса СС и СК

Максимова Ю. В.

011С-289

г. Хабаровск 2011

схема резисторный каскад усилитель транзистор

1. Задание

2. Задача № 1

3. Задача № 2

4. Список литературы

Задание курсового проектирования. Вариант № 89

Задача № 1

Начертить принципиальную схему резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе, включенном с общим эмиттером, с использованием параллельной высокочастотной коррекции, рассчитать параметры элементов схемы, коэффициент усиления в области средних частот, входные параметры каскада и амплитуду входного сигнала. Должна быть применена эмиттерная стабилизация тока покоя. Исходные данные для расчета:

Задача № 2

Начертить принципиальную схему инвертирующего усилителя на операционном усилителе без указания цепей подачи питания, коррекции АЧХ и элементов балансировки. Рассчитать параметры элементов принципиальной схемы, кроме разделительного конденсатора, определить максимально допустимую амплитуду входного сигнала и частоту полюса АЧХ спроектированного усилителя, глубину обратной связи. Исходные данные для расчета:

Задача № 1

1. Приведем принципиальную схему усилительного каскада:

Рис 1. — Принципиальная схема каскада

2. Рассчитаем общую нагружающую каскад емкость :

пФ

3. По семейству нормированных частотных характеристик (Рис.2) определяем эквивалентное сопротивление каскада в области верхних частот .

Рис. 2

Для этого на оси ординат отмечаем заданную величину. В нашем случае она составляет 1,2. Затем проводим прямую, параллельную оси абсцисс. Далее строим нормированную АЧХ, к которой проведенная прямая была бы касательной (пунктир). Из точки касания опускаем перпендикуляр на ось абсцисс для нахождения. В нашем случае=0.9.

Далее необходимо найти коэффициент коррекции. Так как построенная нами АЧХ проходит между соседними для =0,6 и =0,8, то с достаточной степенью точности можно принять =0,7. Физический смысл коэффициента коррекции — квадрат добротности контура.

4. Затем рассчитывается величина и сопротивление в цепи коллектора, так как образуется параллельным соединением и :

Ом Ом

Для выбираем ближайшее номинальное значение: =1.6 КОм.

5. Теперь определяем индуктивность корректирующей катушки :

Гн

6. Далее рассчитаем амплитуду тока в нагрузке и тока покоя транзистора :

А

А

7. Напряжение покоя должно быть в несколько раз больше амплитуды сигнала. По условию. Поэтому удобно принять (при этом напряжении обычно измеряются параметры транзисторов).

8. Расчет элементов схемы эмиттерной стабилизации тока покоя начинается с определения величин токов базы и делителя :

где

А А

Падение напряжения на резисторе :

где

Ом

В соответствии с таблицей номиналов Ом

Входное сопротивление транзистора:

гдесопротивление базы (спр. параметр).

Ом

Потенциал базы :

где В — напряжение база-эмиттер для маломощных кремниевых транзисторов при токе покоя измеряемого единицами миллиампер. Расчетная величина тока покоя устанавливается при настройке путем подбора сопротивлений резисторов базового делителя.

В

Напряжение источника питания:

В

Сопротивление резисторов делителя:

Ом Ом

В соответствии с таблицей номиналов:

кОм кОм

9. Коэффициент усиления каскада:

10. Входное сопротивление и выходная емкость каскада:

где: — граничная частота транзистора

— сопротивление эмиттера,

А

— емкость коллектора Ом

ФпФ

11. Амплитуда входного сигнала :

ВмВ

12. Величина допустимых искажений в области нижних частот распределяется с учетом разрешенной к применению элементной базы и других соображений между переходной цепью и цепью. В данном случае ограничений нет и можно принять

Тогда

Ф

В соответствии с таблицей номиналов: ФнФ

где:

Ом

— эквивалентное сопротивление генератора сигнала

— крутизна характеристики тока эмиттера

Тогда:

Ф Результирующее значение выбираем по таблице:

Ф=мкФ

Задача № 2

1. Нарисуем принципиальную схему усилителя (Рис. 3).

Цепи коррекции и балансировки индивидуальны для каждого усилителя, и поэтому на рисунке не показаны.

Рис. 3

2. Расчет начинается с определения сопротивления резистора защиты :

Ом

принимаем ГОСТ R4=3кОм

где: — максимальная амплитуда выходного сигнала

— максимальный постоянный выходной ток

Справедливость приведенного выражения можно пояснить с помощью амплитудной характеристики ОУ, приведенной на Рис. 4:

Рис. 4 — Амплитудная характеристика ОУ

Буквами и отмечено напряжение источников питания, а буквами и — максимальная амплитуда выходного сигнала. На Рис. 4, но это условие на практике не всегда выполняется. Полный раствор входной характеристики, как правило, измеряется долями милливольта. Поэтому в схемах обработки аналоговых сигналов с помощью ООС его приходится искусственно расширять. С помощью предотвращают перегрузку ОУ. Следует отметить, что значительная часть ОУ снабжена внутренней защитой и тогда не ставится.

3. Далее надо рассчитать сопротивление резистора. При этом следует учитывать два обстоятельства. Во-первых, сопротивление не должно шунтировать нагрузку, а, во-вторых, сопротивление желательно выбирать возможно меньшей величины, чтобы обеспечить минимальные фазовые искажения в цепи ОС.

Часто выбирают .

Ом=кОм.

В соответствии с таблицей номиналов выбираем кОм.

4. Прежде, чем приступить к расчету, следует обратиться к двум вспомогательным формулам. Коэффициент усиления ОУ, охваченного ООС, рассчитывается по формуле:

где — коэффициент усиления без ООС

— коэффициент передачи цепи обратной связи.

В данном случае

Поскольку по условию и заданы, то необходимо согласно первому выражению рассчитать величину :

Согласно второму выражению Ом.

По таблице выбираем номинальное значение: Ом.

Для того, чтобы не дебалансировать усилитель за счет хотя и малых, но всё же имеющих место входных токов, выбирают .

5. Входное и выходное сопротивления рассчитываются по формулам:

Ом

Ом=6,7kOm

6. Входная емкость самого ОУ (несколько пикофарад) пренебрежимо мала по сравнению с емкостью, вносимой за счет параллельной по входу ООС. Собственно емкостная составляющая цепи ООС создается за счет проходной емкости резистора (на Рис. 3 обозначена пунктиром).

Тогда ,

где пФ:

Ф=6нФ

7. Максимальная амплитуда входного сигнала зависит только от максимальной амплитуды выходного сигнала и коэффициента усиления:

В=1,3мВ

8. Глубина обратной связи:

9. Определение частоты полюса. У реальных ОУ АЧХ круто падает при увеличении частоты сигнала. Для проведения инженерных расчетов удобно пользоваться идеализированной АЧХ, приведенной на Рис. 5. На оси ординат в логарифмическом масштабе отмечается паспортная величина, а на оси абсцисс — частота единичного усиления — это частота, на которой уменьшается до единицы.

По заданию ,= 10 МГц.

Затем от отметки на оси ординат проводится прямая, параллельная оси абсцисс, до частоты

Гц

и эта точка соединяется с отметкой. Всегда наблюдается закономерность: чем больше, тем меньше .

Для нахождения частоты на оси ординат идеализированной АЧХ отмечается заданный коэффициент усиления и проводится прямая, параллельная оси абсцисс до пересечения с АЧХ (пунктир на Рис. 5). Из точки пересечения опускается перпендикуляр на ось абсцисс. АЧХ спроектированного усилителя будет ограничиваться горизонтальной пунктирной линией и склоном АЧХ ОУ.

Рис. 5 — Идеализированная АЧХ усилителя

1. Задания и методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Основы схемотехники» А. В. Ананьин, СибГУТИ ХФ, 2002

2. Аналоговая схемотехника устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения А. В. Ананьин, СибГУТИ ХФ, 2000

3. Пособие по выполнению и оформлению курсовых работ и дипломных проектов.