Расчет усилителя напряжения низкой частоты

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь Белорусский Государственный Аграрный Технический Университет Кафедра АСУП Курсовая работа

" Расчет усилителя напряжения низкой частоты"

Вариант № 22

Выполнил студент

1эа группы второго курса АЭФ Тарасевич П. Г.

Минск 2009

Задание № 1

1. Рассчитать усилитель напряжения низкой частоты (каскад предварительного усиления), работающую на входную цепь следующего каскада, выполненного на таком же транзисторе. Транзисторы включены по схеме с общим эмиттером и имеют эмиттерную стабилизацию точки покоя.

2. Смоделировать и исследовать рассчитанную схему на ПЭВМ, уточнить параметры элементов схемы, получить временные диаграммы, амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики с помощью программы «Microcap» .

Исходные данные для расчета приведены в таблице 1, где последовательно приведены следующие параметры усилительного каскада:

1. Тип транзистора и его зарубежный аналог.

2. Uвх — входное напряжение, В.

3. KU — коэффициент усиления по напряжению.

4. EK — напряжение питания, В.

5. fн — низшая рабочая частота, Гц.

В результате расчета определить (Приложение А, рисунок 1):

1. Параметры элементов схемы: Rk, Rэ, R1, R2.

2. Определить емкости разделительных конденсаторов C1, C2, и блокировочного конденсатора Cэ.

В результате моделирования и исследования на ПЭВМ:

1. Создать принципиальную электрическую схему усилителя.

2. Уточнить параметры элементов схемы для получения заданного коэффициента усиления.

3. Получить временные диаграммы для входного и выходного напряжений (зависимость Uвх от времени t и зависимость Uвых от времени t).

4. Получить АЧХ и ФЧХ.

Исходные данные:

1. КТ3108 В (2N3250A)

2. Uвх = 200mB;

3. KU = 3.5;

4. Ek = 14B;

5. fн = 200Гц ;

6.=100 ;

7. =60 В.

Производим выбор режима работы транзистора по постоянному току.

Находим амплитуду тока коллектора Ikm, для этого определяем:

? значение выходного напряжения:

Uвых =Uвх? KU=0,2•3,5=0,7 В;

? сопротивление коллектора выбираем из условия:

Rk? (0.5 ЃЂ 2) kOм Выбираем Rk? 1kOм .

где RHсопротивление на выходе усилительного каскада (сопротивление нагрузки или по-другому, входное сопротивление следующего каскада);

При определении RH исходим из условия:

Rk >> RH.

Определив ориентировочно RH, проводим проверку правильности выбранного значения:

RH=0,05• Rk=0,05•1000=50 Ом.

Ikm=0.7/50=14 мА.

Определим постоянную составляющую тока коллектора:

Iko?14 мА?0,7=20 мА.

Значение Uкэ0 принимаем равным типовому значению Uкэ0 = ?5 В.

На выходных характеристиках (Приложение А, рисунок 2) отмечаем точку покоя П с координатами Ik0, Uкэ0 и находим Iб0 Эту точку П переносим на семейство входных характеристик (Приложение А, рисунок 3) и определяем при данных Iб0 и Uкэ0 значения напряжения база-эмиттер Uбэ0.

Определяем входное сопротивление транзистора с ОЭ переменному току по входной характеристике транзистора. Для этого проводим касательную в рабочей точке (на семействе входных характеристик касательная проводится ближе к прямолинейному участку, рисунок 3) и находим тангенс угла наклона в этой точке, т. е. ѓўUбэ и ѓўIб.

Rвх э= ѓўUбэ? ѓўIб=0,06 В?0,2 мА=300 Ом.

Определяем общее сопротивление коллекторной цепи постоянному току:

Rk+ R э=(14В-5В)/20мА=450 Ом Произведем расчет схемы УНЧ по переменному току:

— определяем коэффициент усиления каскада без ООС:

К без ООС=50•50/300=8,3

КООС= KU=3,5

— коэффициент передачи цепи ОС усилителя с ООС:

?=(8,3−3,5)/8,3*3,5=0,167

— определяем сопротивление, стоящее в цепи эмиттера и обеспечивающее ООС в усилителе:

R э=(0,167*50*50)/(50+1)=8,2 Ом

Уточняем сопротивление коллектора:

Rk=(Rk+ R э) — R э=450−11=439 Ом Находим сопротивление резисторов в цепи базы:

R1=R2=14−20,2•8.2/0.0002=70 кОм Определяем емкость блокировочного конденсатора Cэ:

Cэ?h21/(2? fн (Rи+Rвх э) MCэ-1)=

=50/(2•3.14•200(433.7+300)•1.18−1=87мкФ

— где RИ внутреннее сопротивление источника усиливаемого сигнала

RИ=1/439+1/70 000+1/70 000=433.7Ом Коэффициент частотных искажений учитывает влияние блокировочного конденсатора на частотные искажения:

MCэ=1,18

Тогда, Cэ?87 мкФ Определяем емкости разделительных конденсаторов С1 и С2:

С2?1/(2? fн (RH +Rk) Мс2−1)=1/200•2•3.14(1000+50)•1.09−1=1.7мкФ

Тогда С2?1.7 мкФ С1?1/(2? fн (Rвх+ Rвых) Мс1−1)=1/200•2•3.14•300•1.09−1=3мкФ

— где Rвых выходное сопротивление делителя. Если Rвых неизвестно, то обычно полагают Rвых=0, в этом случае С1 берут с некоторым запасом.

С1?3мкФ Общее входное сопротивление УНЧ:

Rвх ус= Rвхэ+ Rэ (h21э+1)=300+8.186(50+1)=717.5 Ом Принципиальная электрическая схема усилителя с рассчитанными параметрами элементов с помощью программы «Microcap»

Полученные временные диаграммы для входного и выходного напряжений Полученные АЧХ и ФЧХ рассчитанного УК: