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.

Uк_А=Um_н+Umin= В

Pк_А=Uк_А×Iк_А=100 мВт
Выбираем транзистор с параметрами: Iк_max=22 мА, Uк_max=18 В, P_max=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 Uвх_m=Uвых_m/Квых=5.6 /5=1.581.6, Iвх_m=Uвх_m/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 Iб_А=130 мкА, и напряжение Uбэ_А=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 R_г — выходное сопротивление предыдущего каскада (или внутреннее сопротивление генератора), R_н — входное сопротивление следующего каскада (или сопротивление нагрузки), а w_н =2pf_н.

Пренебрегая выходным сопротивлением повторителей, получаем:
С₁=4 мкФ. С₂=6 мкФ. С₃=1.5 мкФ.
Емкости в цепи эмиттера рассчитывается по формуле:
С_э=,
где h_11э и h_21э — соответственно входное сопротивление транзистора и b, рассчитываемые по входной и выходной ВАХ в окрестности рабочей точки. Для КТ339А h_11э=500 Ом, h_21э=50, а для КТ315Б h_11э=600 Ом, h_21э=80.
Сэ_вых=340 мкФ Сэ_вых=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=w_н/w для области нижних и средних частот, x=w/w_в для средних и верхних частот.

усилитель электронный ток моделирование




2. МОДЕЛИРОВАНИЕ
Моделирование выполняется с помощью пакета схемотехнического моделирования MicroCap III. 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





2.1.2 Параметры генератора синусоидального напряжения






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(w_н)=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 MicroCap III. 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.

Размещено на Allbest.ru