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

108 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

10166. Периодизация развития техники как философская проблема. Основные способы периодизации развития техники 50.5 KB
  Периодизация развития техники как философская проблема. Основные способы периодизации развития техники. Закономерности исторического развития техники. Проблема периодизации. Предметная сторона Т. Техника и наука. Т как деятельность. ФТ выделяе...
10167. Взаимоотношение науки и техники на различных этапах эволюции техники 50 KB
  Взаимоотношение науки и техники на различных этапах эволюции техники Они не всегда были взаимосвязаны Т долгое время развивалась независимо от всякой науки. Это не означает что в технике не применялись научные знания. Доинженерный период. Но наука не имела дисциплин
10168. Техногенная цивилизация, ее история и перспективы 108 KB
  Техногенная цивилизация ее история и перспективы. Информационное общество это высшая стадия развития техногенной цивилизации. Для характеристики его места в истории вернемся к общим представлениям о развитии культуры. С т.з. современной социальной философии сущ
10169. Чернобыльская радиация в вопросах и ответах 735.41 KB
  Когда в СССР сообщили об аварии на Чернобыльской АЭС Первая информация об аварии прозвучала в программе Время вечером 27 апреля, первая публикация в печати состоялась 28 апреля...
10170. Информационное общество как тип социальной организации 58 KB
  Информационное общество как тип социальной организации. Оценка сущности последней стадии в социальной философии ХХ в. претерпела эволюцию. Первоначально она характеризовалась как постиндустриальное общество Д. Белл технотронное общество З. Бжезинский. В 80х г...
10171. Проблема личности в информационном обществе 150 KB
  Проблема личности в информационном обществе Таким образом можно составить обобщенный свод проблем личности в информационном обществе. 1. Проблемы общения. С одной стороны благодаря Интернету мир превратился в мировую деревню: термин ввел в 70е гг. Маклюэн: все д...
10172. Гуманитарная философия техники. Льюис Мэмфорд: миф машины 44.5 KB
  Гуманитарная философия техникиИнженерная философия техники анализ техники как бы изнутри и в конечном счете интерпретация технического способа бытия человека в мире как парадигматического главного для понимания других типов человеческого мышления и действия мог
10173. Ортега-и-Гассет Х. 31.5 KB
  Х. Ортегаи-Гассет. Испанский философ Хосе Ортегаи-Гассет 18831955 в связи с анализом техники указывал на двойственность человека он отличен от природы и вместе с тем посредством техники он с ней сливается. По мысли Ортегии-Гассета современный мир сделали возможным тр...
10174. Смысл техники в философии Карла Маркса 41.5 KB
  Смысл техники в философии Карла Маркса О смысле техники и ее роли в человеческой истории философы много спорили. Широкое распространение получил марксистский подход который отождествлял технику с объективацией некоторых природных свойств в инструментальных целях тр