42930

Расчет двухкаскадного резистивного усилителя на биполярных транзисторах

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Расчет двухкаскадного резистивного усилителя на биполярных транзисторах пояснительная записка к курсовой работе по электронике Студент гр.130601 Аннотация Данная пояснительная записка написана к курсовой работе по дисциплине Электроника для варианта 03 и содержит в себе результаты расчета резистивного усилителя на биполярных транзисторах. В качестве анализируемого усилителя выступает двухкаскадный усилитель на кремниевых биполярных транзисторах основные параметры которого рассчитываются в одной из...

Русский

2013-10-31

1.87 MB

147 чел.

Минобрнауки России

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Тульский государственный Университет»

Институт высокоточных систем им. В. П. Грязева

КАФЕДРА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Расчет двухкаскадного  резистивного усилителя на  биполярных транзисторах

пояснительная  записка

к курсовой работе по электронике

Студент гр. 130601  ___________________   П.Л. Леонов

(подпись и дата)

Руководитель - доцент каф. РЭ_________________  В. В. Давыдов

Тула – 2012

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

                                                   Проверить что тут писать

Разраб.

Леонов П.Л.

Провер.

Давыдов В.В.

Т.котр.

Давыдов В.В.

Н. Контр

Утв.

Прохождение периодического  сигнала через  LC-фильтр  с  потерями.

Листов

31

ТулГУ гр.130601

Аннотация

Данная пояснительная записка написана к курсовой работе по дисциплине «Электроника» для варианта «03» и содержит в себе результаты расчета резистивного усилителя на биполярных транзисторах.  В качестве анализируемого усилителя выступает двухкаскадный усилитель на кремниевых биполярных транзисторах, основные параметры которого рассчитываются в одной из частей данной записки.

В качестве дополнительного материала к текстовой информации данной пояснительной записки здесь приведены NN иллюстраций. Помимо этого составлена графическая часть на листе формата А1, включающая наиболее важные схемы и характеристики.

Объем пояснительной записки – NN листов.

Содержание

  1. Титульный лист………………………………………………………..1
  2. Аннотация……………………………………………………………...2
  3. Бланк задания к курсовой работе………………………………….....3
  4. Содержание…………………………………………………………….5
  5. Введение………………………………………………………………..6
  6. Анализ технического задания на курсовую работу……………...….7
  7. Обзор литературных источников……………………………………..9
  8. Анализ заданной ЭДС………………………………………………..10
  9. Определение ширины спектра ЭДС…………………………………11
  10. Анализ схемы. Расчет параметров схемы………………………...14
  11. Расчет А-параметров схемы фильтра……………………………..15
  12. Входное сопротивление нагруженного четырехполюсника…….17
  13. Нахождение спектра выходного напряжения…………………….18
  14. Расчет коэффициентов передачи фильтра.……………………….20
  15. Расчет формы сигнала на выходе………………………………….23
  16. Изменение сопротивления нагрузки при неизменных параметрах схемы…………………………………………………………….………………..25
  17. Заключение………………………………………….………………28
  18. Список использованной литературы………….…………………..29

Введение

«Электроника» является важнейшей дисциплиной в программе подготовки специалиста направления «Радиотехника». Данный курс лекций помогает студентам приобретать навыки разработки методов анализа и синтеза радиотехнических устройств различного назначения на уровне схемотехнических решений. В соответствии с этим курс «Электроника» также является теоретической базой для изучения специальных дисциплин с одной стороны, и основой расчета и исследования разнообразных устройств и систем передачи/обработки информации с другой стороны.

Резистивные усилители являются неотъемлемой частью подавляющего большинства современных технических устройств, т.к.

дают возможность исследования и обработки слабых сигналов.

Помимо приобретения навыков анализа подобных систем в ходе выполнения курсовой работы студенты должны:

-закрепить знания о физических процессах в электрических цепях;

-закрепить и расширить знания о математических моделях, описывающих характеристики и свойства электрических цепей;

-закрепить навыки работы с прикладными программами как, например, с интегрированной средой для решения математических задач MathCAD и текстовым процессором (редактором) Word;

В результате выполнения курсовой работы каждый студент должен будет понять физические явления в резистивных усилительных каскадах, основным назначением которых является усиление слабых сигналов в заданной полосе частот.

Анализ технического задания на курсовую работу

Вариант курсовой работы с номером «03» предполагает следующие входные данные для анализа и расчета:

Рис. 1 – Двухкаскадный резистивный усилитель.

Таблица №1 (параметры схемы):

Е,В

Rн,Ом

Fн,Гц

10

510

100

.Результатом выполнения курсовой работы должен быть расчет номинальных величин резисторов и конденсаторов схемы, коэффициентов нестабильности рабочих точек каскадов, а так же АЧХ каскадов и усилителя в целом. Я бы хотел выделить несколько этапов на пути получения результата:

1) Расчет номинальных величин сопротивлений и емкостей;

2) Уравнение комплексного коэффициента передачи усилителя;

3) Нормированная АЧХ усилителя;

4) Минимальные значения входных и выходных сопротивлений каскадов по переменному току;

Обзор литературных источников

В методическом указании к курсовой работе был приведен список рекомендуемой литературы. Расчет курсовой работы я вел с использованием лекционного материала, теоретических знаний, полученных на занятиях и лабораторных, а также некоторых изданий из списка рекомендуемых. О трех используемых мною книгах стоит поговорить более подробно.

Наиболее важным считаю данное издание:

Основы теории цепей: Учебник для вузов ⁄ Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. – 5-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.: ил.

В данной книге изложены все тонкости курса Основ теории цепей, особенно подробно рассмотрены основные законы и методы расчета электрических цепей при постоянных токах и напряжениях. Авторы уделяют внимание и вопросу о синусоидальных токах – данная тема важна для меня.

Вторым используемым изданием был справочник по математике, наиболее полный и наиболее подробных из всех представленных в библиотеке:

Бронштейн И.Н. и Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Изд-е 13-е, перераб. – М.: ГИТТЛ, 1986.   –  504 с.

Третье издание я решил выбрать самостоятельно, им оказался самоучитель по работе в математической среде MathCAD. Справочник Кудрявцева, предложенный к использованию руководителем курсовой работы, был не таким понятным для меня, а также был недоступен для использования. В найденном мной самоучителе не был указан автор, т. к. издание имелось лишь в электронном виде. Тем не менее, данное пособие очень пригодилось при написании расчетного файла к курсовой работе.

Выбор биполярного транзистора.

Т.к. к усилителю не предъявлено жестких требования по граничной частоте ,усилению и стабильности каскадов ,выберем общедоступный транзистор кт361б

Рис. 2 – зависимость Uнас от температуры кт361а.

Исходя из данных принимаем Uнас=0,5В для 20 градусов по Цельсию.

Рис. 3 – входная ВАХ кт361б.

           Входная ВАХ относительно линейна при Uбэ=0,7В.

Таблица №2 (параметры транзисторов):

Тип

h21э

Fгр,Мгц

Uкэmax,В

Uбэmax,В

Iкmax

Кт361б

50-350

250

35

4

0,05

Расчет номинальных величин сопротивлений.

 

    Рис. 4 – Двухкаскадный резистивный усилитель.

Для согласования выходного сопротивления усилителя с нагрузкой расчет следует вести с оконечного каскада:

R5 примем равным Rн для согласования каскада с нагрузкой.

Т.к. Rн=510 Ом, то выберем R5=510 Ом. β примем равным 200.

Напряжение на R6 примем равным 0,1*Е=1 В;

На R5 падает напряжение U5=(E-Uнас-U6)/2=4.25 В;

Ток коллектора Iк2=U5/R5=8.33 мА;

Отсюда найдем ток базы Iб2= Iк2/β=41.7 мкА;

R6=0.1*E/ Iк2=120 Ом

Найдем ток делителя:

Iдел2=(5÷10)* Iб2=8* Iб2=0,33 мА;

На резисторе R4 падает напряжение U4,следовательно

R4=U4/Iдел2=(0.1E+Uбэ)/Iдел2=5.1 кОм;

R3=(E-U4)/( Iдел2+ Iб2)= 22 кОм;

Сопротивление Rбэ=Uбэ/Iб2=16,8 кОм.

Найдем входное и выходное сопротивления 2-го каскада по переменному току:

 Рис.5-эквивалентная схема замещения второго каскада.

Из рис.5 видно:

Yвх2=1/R4+1/R3+1/(R6+Rбэ)

Rвх2=1/ Yвх2=3.3 кОм.

Rкэ2=UЭрли/Iк2

UЭрли примем равным 95В

Rкэ2=11,5 кОм.

Rвых2= (Rкэ2*R5)/( Rкэ2+R5)=588 Ом.

Расчитаем номинальные величины сопротивлений первого каскада:

R2≈Rвх2=3.3 кОм.

Iк1=(E-Uнас)/(2*R2)=1.44 мА.

Iб1= Iк1/β=7.2 мкА.

R1=(E-Uбэ)/ Iб1=1,2 Мом.

Рис.6-эквивалентная схема замещения первого каскада.

Rбэ1=97,2 кОм.

Rкэ1=66 кОм.

Rвх1=(Rбэ1*R1)/( Rбэ1+R1)=89,9  кОм.

Rвых1=(Rкэ1*R2)/( Rкэ1+R2)=3,14 кОм.

Найдем номинальные величины емкостей:

Т.к. на Rвх должно быть падение напряжения не менее 1/√2Uсигн,то

Zc на fн не должно превышать (√2-1)Rвх,следовательно

С=0,312/(fн*Rвх).

С1≈0,312/(fн*Rвх1)=33 нФ.

С2≈0,312/(fн*Rвх2)=0,75 мкФ.

С3≈0,312/(fн*Rн)=5,1 мкФ.

Рис.7-Принципиальная электрическая схема усилителя.

Уравнение комплексного коэффициента передачи усилителя.

Коэффициент передачи входного напряжения равен

Кuвх()=Rвх*(Rвх+Zcвх()).

Iвх()=Uвх* Кuвх()/Rбэ.

Iвых()=β* Iвх().

Uвых()= Iвых()*Rн/(Rвых+Rн).

При обработке данных формул с помощью ЭВМ получаем:

Имея уравнение комплексного коэффициента передачи усилителя можно найти АЧХ усилителя в заданной полосе частот.

Расчет АЧХ усилителя.

Для расчета АЧХ усилителя нам понадобится модуль коэффициента передачи. Произведя расчет получаем:

Таблица №3 (коэффициенты передачи усилителя):

F,Гц

50

100

200

500

1000

2000

5000

10000

Ku

112,3

177,1

207,2

217,6

219,1

219,5

219,6

219,7

  Коэффициент передачи усилителя зависит от частоты нелинейно,

т.к. в схеме присутствуют реактивные элементы (конденсаторы).

  

Построим график нормированной АЧХ от 0 Гц до 10 кГц:

       Рис.8-нормированная АЧХ усилителя от 0 Гц до 10 кГц.

Коэффициент усиления выражен в дБ. Этот график не удобен, т.к. на нем плохо видно увеличение АЧХ на низких частотах. Поэтому разобьем диапазон частот на несколько отрезков.

               

 

           

 

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены характеристики П-образного реактивного фильтра нижних частот и приведены все необходимые формулы вычисления его параметров с таблицами значений и рисунками. Результаты расчёта были получены с помощью интегральной среды MathCAD. Система MathCAD называется самой современной, универсальной и массовой математической системой. Она позволяет выполнить как численные, так и аналитические (символьные)  вычисления, имеет удобный математическо-ориентированный интерфейс.

По итогам курсовой работы можно сделать некоторые выводы. Если говорить конкретнее, то:

  1.  Был произведен анализ задания на курсовую работу;
  2.  Исходная функция входного сигнала была разложена в ряд Фурье и полностью проанализирована;
  3.  Были рассчитаны параметры элементов схемы фильтра, рассчитаны его важные параметры, а также составлены амплитудно- и фазочастотные характеристики.

Также в ходе выполнения курсовой работы я нашел входное сопротивление системы и формы выходного напряжения для заданной формы сигнала. В некоторых местах пояснительной записки были приведены необходимые цветные иллюстрации, поясняющие работу и упрощающие понимании написанного.

                                 Список использованной литературы

  1.  Основы теории цепей: Учебник для вузов ⁄ Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. – 5-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.: ил.
  2.  Бронштейн И.Н. и Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Изд-е 13-е, перераб. – М.: ГИТТЛ, 1986. – 504 с.
  3.  ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ
  4.  Самоучитель по MathCAD – книга в электронном виде.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12813. Исследование трёхфазных схем выпрямления 798 KB
  Лабораторная работа №5 Исследование трёхфазных схем выпрямления 1. Цель работы. Изучение принципа действия трёхфазных однотактной и мостовой схем выпрямления. Экспериментальное исследование их характеристик и особенностей схемотехнических реализаций. 2. Под
12814. Исследование сглаживающих фильтров 1.06 MB
  Лабораторная работа №6 Исследование сглаживающих фильтров 1. Цель работы. Целью работы является определение коэффициентов сглаживания различных схем фильтров зависимостей коэффициентов сглаживания фильтров от величины тока нагрузки коэффициентов полезного...
12815. Исследования импульсного преобразователя с усилителем мощности 270 KB
  Лабораторная работа №7 Исследования импульсного преобразователя с усилителем мощности 1.Цель работы Изучение принципа действия транзисторных преобразователей электрической энергии постоянного напряжения исследование их характеристик и особенностей схем
12816. Исследования транзисторных преобразователей постоянного напряжения 3.31 MB
  Лабораторная работа №8 Исследования транзисторных преобразователей постоянного напряжения 1.Цель работы Изучение схем и принципа действия транзисторных преобразователей постоянного тока. Исследование экспериментальных характеристик и показателей транзис
12817. Исследование стабилизированного преобразователя постоянного напряжения 699 KB
  Лабораторная работа №9 Исследование стабилизированного преобразователя постоянного напряжения 1.Цель работы Изучение схемы и принципа действия стабилизированного преобразователя постоянного напряжения СППН и экспериментальное определения его параметро
12818. Исследование однофазного двухполупериодного тиристорного выпрямителя 2.7 MB
  Лабораторная работа №10 Исследование однофазного двухполупериодного тиристорного выпрямителя 1.Цель работы Знакомство с построением и принципом действия снятие основных характеристик однофазного двухполупериодного тиристорного управляемого выпрямител...
12819. Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения непрерывного действия 751 KB
  Лабораторная работа №11 Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения непрерывного действия 1. Цель работы Изучение принципа действия полупроводникового компенсационного стабилизатора напряжения непрерывного действия экспериментальное исс
12820. Исследование работы феррорезонансного стабилизатора напряжения 295 KB
  Изучение и экспериментальное исследование основ феррорезо-нансной стабилизации напряжения на базе промышленного образца феррорезонансного стабилизатора, снятие его основных рабочих характеристик.
12821. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 176.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №15 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Цель работы Изучение схемы и принципа действия стабилизированного преобразователя постоянного напряжения СППН и экспериментальное определения его параметров. Литер...