658

Проектирование широкополосного усилительного устройства

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Структурная схема усилителя. Выбор рабочей точки и расчет параметров транзистора. Расчет входного усилительного каскада. Методы исследования, расчета и проектирования широкополосных усилителей гармонических сигналов и импульсных сигналов

Русский

2013-01-06

643.5 KB

107 чел.

Федеральное агентство по образованию

ФГАОУ ВПО Уральский Федеральный Университет

им. 1-го Президента России Б.Н. Ельцина

Кафедра «Радиоэлектроника информационных систем»

Оценка работы        

Члены комиссии      

  

Проектирование широкополосного усилительного устройства

( Вариант № 39)

Курсовой  проект

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

210302 000000 039 П3


Подпись Дата Ф.И.О.

Руководитель   Марков Ю.В.

Студент   Сиренко Д.В.

 

Группа Р-38055ц

Номер зачетной книжки:09853319

Екатеринбург 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ……………………………………………………3

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………4

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ……………………………………………………………5

  1.  Структурная схема усилителя…………………......................................5
  2.  Выбор транзистора……………………………………………….….......6
  3.  Выбор рабочей точки и расчет параметров транзистора…………......8
  4.  Расчет оконечного каскада…………………………………………........9
  5.  Расчет предоконечного усилительного каскада………………………..10
  6.  Расчет буферного каскада………………….………………………........11
  7.  Расчет входного усилительного каскада………………………….......12
  8.  Расчет регулировки усиления…………………………………….........13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………14

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………15

Приложение 1. Результаты проектирования…………………………………16

Приложение 2. АЧХ……………………………………………………………16

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Согласно ТЗ необходимо спроектировать широкополосный усилитель со следующими параметрами:

Коэффициент усиления:

Выходное напряжение:                                 

Сопротивление нагрузки:                                            

Ёмкость нагрузки:                                                         

Сопротивление генератора:                                         

Регулировка усиления:                                              ступенчатая

Полосы частот по уровню 3 дБ                                   10Гц-40МГц

КПД >1%

Особые требования:    На транзисторах


ВВЕДЕНИЕ

Широкополосные усилители предназначены для усиления электрических сигналов, спектры которых простираются от нуля или нескольких герц до многих мегагерц. Они используются в современной импульсной радиосвязи, многоканальной электрической связи, телевидения, измерительной технике и т. д.

Широкополосные усилители применяются как для усиления гармонических сигналов с широкой полосой частот, так и для усиления импульсных сигналов с крутым фронтом и диапазоном длительностей импульсов.

Однако методы исследования, расчета и проектирования широкополосных усилителей гармонических сигналов и импульсных сигналов различны. Расчет широкополосных усилителей гармонических сигналов производится на основе спектральных, а импульсных усилителей на основе временных представлений.


ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

  1.  Структурная схема усилителя.

Так как на одном каскаде трудно реализовать усиление 57 дБ, то для того чтобы обеспечить такой коэффициент усиления, используем сложение двух каскадов.

Структурная схема усилителя, представлена на рисунке

Rг   

 

Входной каскад – Каскад ОЭ(предварительный усилитель).

Буферный каскад – Каскад ОК (для избежания влияния входного каскада на предоконечный) .

Предоконечный каскад – Каскад ОЭ (усилительный каскад).

Оконечный каскад – Каскад ОК (для согласования предоконечного каскада с нагрузкой).

2. Выбор транзистора

Транзистор для широкополосного усилителя в нашем случае выбираем, исходя из следующих условий:

  •  граничная частота
  •  допустимое напряжение коллектор-эмиттер

Нашим требованиям для предоконечного, оконечного и буферного  каскадов  удовлетворяет транзистор производителяNationONEмодель Q2N5180.

Справочные данные транзистора Q2N5180

Наименование

Обозначение

Значения

Режим измерения

min

max

UК, В

IЭ, мА

IК, мА

f, МГц

Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте

|h21э|

8

5

10

100

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ

h21э

60

300

10

10

100

Емкость эмиттерного перехода, пФ

Сэ

2.5

10

Емкость коллекторного перехода, пФ

Ск

5

10

Постоянное напряжение коллектор – эмиттер  

при RБ≤3 кОм……………………………………………………….…..10В

Постоянное напряжение

эмиттер – база……………………………………………………….…...4В

Постоянный ток коллектора……………………………………………30мА

Постоянный рассеиваемая мощность

коллектора…………………………………………………………..…..150 мВт

3.Выбор рабочей точки и расчет параметров транзистора

Рабочей точкой называются ток и напряжение на активном элементе при отсутствие входного воздействия.

Выберем рабочую точку исходя из построения нагрузочной прямой:

- Ток коллектора в рабочей точке:

- Напряжение питания:

- Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке:

находим по входным и выходным характеристикам транзистора.

Рассчитаем параметры транзистора в рабочей точке:

- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ .

Крутизна транзистора:

Собственная постоянная времени транзистора:

4. Расчет оконечного каскада

ЗададимRэ=470 Ом

Тогда эквивалентное сопротивление выходной цепи оконечного каскада:

Коэффициент усиления каскада по напряжению:

Входное сопротивление каскада:

Входная емкость:

Постоянная времени выходной цепи в области верхних частот

Постоянная времени входной цепи

Верхняя граничная частота коэффициента усиления:

5. Расчет предоконечного усилительного каскада

т.к. для данного транзистора Рдоп=225 мВт

Из ряда номиналов Е24 выбираем Rk=1,2 кОм;

Расчет делителя напряжения.

Для получения фиксированного напряжения смещения на базе транзистора применяется резистивный делитель напряжения.

Ток делителя:

Из ряда номиналов E24 выбираем:

Входное сопротивление каскада.

– входная динамическая емкость транзистора

6. Расчет буферного каскада

Зададим Rэ=1000 Ом

Тогда эквивалентное сопротивление выходной цепи оконечного каскада:

Коэффициент усиления каскада по напряжению:

Входное сопротивление каскада:

Входная емкость:

Постоянная времени выходной цепи в области верхних частот

Верхняя граничная частота коэффициента усиления:

7. Расчетвходногоусилительного каскада

т.к. для данного транзистора Рдоп=225 мВт

Из ряда номиналов Е24 выбираем Rk=1,2 кОм;

– входная динамическая емкость транзистора

Коэффициент усиления входной цепи:

Тогда общий коэффициент усиления усилительного устройства равен:

Верхняячастотакоэффициента усиления:

8. Расчет регулировки усиления

В качестве ступенчатой регулировки усиления будем использовать последовательную ООС по току в предоконечном каскаде:

Ku=57 – 20=37 дБ

ТогдаKос=6дБ

Коэффициент передачи цепи ОС:

Фактор обратной связи:

Сопротивление в цепи эмиттера:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В данном курсовом проекте был спроектирован широкополосный усилитель на биполярных транзисторах, была рассчитана  его принципиальная электрическая схема и спроектирована печатная плата. По результатам расчетов и результатам  компьютерного моделирования можно сделать вывод о том, что данный усилитель удовлетворяет техническому заданию с заданной степенью точности.

В связи с тем, что в библиотеках транзисторов в программном пакете «ElectronicsWorkbenchV5.12» представлены модели только зарубежных производителей, я был вынужден использовать аналог транзистора, который изначально планировал задействовать в курсовом проекте,проектирование печатной платы  производилось с помощью программы ОrCAD 9.2.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

  1.  Павлов В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств / В.Н.Павлов, В.Н.Ногин. М.: Радио и связь, 2003. 320с.
  2.  Ровдо А.А. Схемотехника усилительных каскадов на биполярных транзисторах /А.А. Ровдо. М.:Изд.дом «Додэко-ХХI», 2005.256с.
  3.  Титов А.А. Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на биполярных транзисторах: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию для студентов радиотехнических специальностей. – Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2002. 47 с.
  4.  Исследованиеусилительных каскадов приразличныхсхемахвключениятранзистора :метод. указания к лаб. раб. No 1, 2 покурсу «Схемотехника аналоговых электронных устройств» / сост. В.Г.Важенин. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. 39 с.


Приложение1.

Широкополосный усилитель, смоделированный на ПК

Приложение 2 .

АЧХна выходе

АЧХна выходе (по оси ординат вdb)


Входной

каскад

Буферный

каскад

Предоконечный

каскад

Оконечный

каскад


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79182. Философские аспекты технических инноваций. Техническое изобретение и научное открытие в их соотношении 33 KB
  Очень часто говоря о новациях имеют в виду обнаружение новых явлений как сенсационных так и достаточно рядовых. К числу новаций следует причислить также введение новых понятий и новых терминов. Можно говорить например об изменении исследовательских программ включая сюда создание новых методов и средств исследования и об изменении программ коллекторских т. о постановке новых вопросов об открытии или выделении новых явлений о появлении новых способов систематизации знания.
79183. Экологический дискурс технознания 29.5 KB
  Проблемы негативных социальных и других последствий техники проблемы этического самоопределения инженера возникли с самого момента появления инженерной профессии. Сегодня человечество находится в принципиально новой ситуации когда невнимание к проблемам последствий внедрения новой техники и технологии может привести к необратимым негативным результатам для всей цивилизации и земной биосферы. Кроме того мы находимся на той стадии научнотехнического развития когда такие последствия возможно и необходимо хотя бы частично предусмотреть и...
79184. Техника и технознание в рамках синергетической парадигмы. Техника как самоорганизующаяся система 22.5 KB
  Шеррингтон называл синергетическим или интегративным согласованное воздействие нервной системы спинного мозга при управлении мышечными движениями. Забуский в 1967 году пришёл к выводу о необходимости единого синергетического подхода понимая под этим совместное использование обычного анализа и численной машинной математики для получения решений разумно поставленных вопросов математического и физического содержания системы уравнений[3]. Синергетический подход в естествознании Основные принципы Природа иерархически структурирована в...
79185. Техника и технознание в футурологических теориях. Особенности развития техники в постиндустриальном обществе 15.58 KB
  Концепция информационного общества является разновидностью теории постиндустриального общества. Капитал и труд как основа индустриального общества уступают место информации и знанию в информационном обществе. Теория технотронного общества по З.Бжезинскому социологическая концепция исходящая из того что новые технологии и электроника являются решающим фактором социально-экономических изменений и социального прогресса конвергенции различных систем и предопределяют вступление общества в технотронную эру.
79186. Философский дискурс техники и технознания, его сущность, предмет и специфика в общей системе философского знания. Философия науки и философия техники в их соотношении 38 KB
  Здесь переплетается несколько критических путей развития естествознания и технознания: – развитие теории подобия освоение новых форм подобия физических процессов в том числе на основе принципов симметрии спиральноколиброванных фиббоначиевыми рядами процессов развития в природе освоение технологий гибридного моделирования в том числе на основе теории гибридных интеллектуальных систем В. Венда; – развитие термодинамического и вышедшего из него синергетического моделирования; – развитие теории планирования эксперимента на базе...
79187. Техника как объект философской рефлексии: типология основных концепций. Смысл и сущность технической деятельности. Проблема технико-технологической демаркации 41 KB
  Сам Поппер характеризует свои интересы в этой области следующим образом: В то время меня интересовал не вопрос о том когда теория истиннаldquo; и не вопрос когда теория приемлема Я поставил перед собой другую проблему. Отсюда следовало что любая теория претендующая на то чтобы быть научной должна быть выводима из опыта. Любая развитая теория формулируется не для реальных а для идеальных объектов. Теория строится на базе предпосылок прямо противоречащих опыту.
79188. Проблематика генезиса техники и научного статуса технознания. Историко-философские проблемы развития науки и техники, типология основных подходов 46.5 KB
  Историкофилософские проблемы развития науки и техники типология основных подходов. В современной литературе по философии техники можно выделить следующие основные подходы к решению проблемы изменения соотношения науки и техники: 1 техника рассматривается как прикладная наука; 2 процессы развития науки и техники рассматриваются как автономные но скоординированные процессы; 3 наука развивалась ориентируясь на развитие технических аппаратов и инструментов; 4 техника науки во все времена обгоняла технику повседневной жизни;...
79189. Специфика технознания, философско-методологические аспекты соотношения с фундаментальной и прикладной наукой 34 KB
  Выявление специфики технических наук осуществляется обычно следующим образом: технические науки сопоставляются с естественными и общественными науками и параллельно рассматривается соотношение фундаментальных и прикладных исследований. При этом могут быть выделены следующие позиции: 1 технические науки отождествляются с прикладным естествознанием; 2 естественные и технические науки рассматриваются как равноправные научные дисциплины; 3 в технических науках выделяются как фундаментальные так и прикладные исследования. Технические науки...
79190. Техническая и научная рациональность в их соотношении. Типология рациональных обобщений в технознании, историческая эволюция и современные тенденции 54 KB
  Техническая и научная рациональность в их соотношении. Эффективность лишь самый общий признак рациональных действий и если сводить рациональность лишь к нему то можно впасть в ошибку слишком широкого определения. Рациональность это свойство выбора между альтернативами поведения человека: осмысление им окружающей действительности и последующие действия могут в большей или меньшей степени ей соответствовать. Рациональность категория мышления отражающая следование при достижении цели обусловленным эффективностью методологических нормам...