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

24475. Потребности и мотивы. Направленность личности 54.5 KB
  Возникновение потребности является механизмом запускающим активность человека на поиск и достижение цели которая может удовлетворить эту потребность. Существуют различные классификации потребностей человека которые чаще всего строятся на основе таких критериев как зависимость организма или личности от какихто объектов а также по нуждам которые он испытывает. Деятельность человека направляется не одним мотивом а их совокупностью т. В основе внутренних мотивов лежат потребности человека его эмоции интересы.
24476. Стратегия и этапы индивидуальной психологической помощи клиентам с проблемами нарко/алко-зависимости 55.5 KB
  Важнейшими мотивами воздержания являются: стремление быть социально полезным способствовать изменениям в обществе самореализация поиск единомышленников из чувства долга за полученную в прошлом помощь интересно провести досуг решить собственные проблемы. Предлагается поэтапное продвижение к открытому рассмотрению проблемы а затем к намерению изменить ситуацию. Потенциальные ресурсы преодоления проблемы. В качестве потенциальных ресурсов преодоления проблемы важно оценить следующие области: 1.
24477. Психология в системе наук о человеке. Предмет и структура психологической науки. Прикладная психология и её задачи 43 KB
  Психология в системе наук о человеке. Прикладная психология и её задачи. В наиболее общем виде психология может быть определена как наука направленная на изучение закономерностей развития и функционирования психики как особой формы жизнедеятельности. Современная психология находится в системе наук занимая промежуточное положение между философскими науками с одной стороны естественными с другой социальными с третьей.
24478. Классификация методов психологического исследования 36.5 KB
  Классификация методов психологического исследования. Метод путь познания опирающийся на некую совокупность ранее полученных знаний принципов. Существуют различные подходы к описанию и классификации методов психологического исследования. Наиболее общепризнанной классификацией методов психологического исследования в отечественной психологии является классификация Б.
24479. Эволюция психики в филогенезе. Стадии развития психики 28.5 KB
  Эволюция психики в филогенезе. Стадии развития психики. Развитие психики в филогенезе это качественные изменения психики происходящие в рамках эволюционного развития живых существ обусловленные усложнением их взаимодействия с окружающей средой. Леонтьева объективным критерием психики является способность организма реагировать на биологически нейтральные абиотические свойства внешней среды.
24480. Бихевиоризм и необихевиоризм.Теория оперантного бихевиоризма 47 KB
  Предмет бихевиоризма или поведенческой психологии поведение которое понималось как совокупность реакций индивида на стимулы внешней среды. Основная задача бихевиоризма по Уотсону заключается в накоплении наблюдений над поведением человека для того чтобы в каждом данном случае при данном стимуле психолог мог предсказать какова будет реакция или если дана реакция какой ситуацией данная реакция вызвана...
24481. Психоаналитическое направление в психологии 42.5 KB
  Структура личности по Фрейду состоит из трех компонентов Ид Оно Эго Я и Суперэго СверхЯ. Задача Эго адаптация к воздействиям со стороны Ид и к требованиям окружающей реальности. Суперэго включает моральные запреты нормы традиционные ценности и идеалы общества. Инстинкты содержащиеся в Ид диктуют человеку желания которые входят в противоречия с содержанием Суперэго вызывая внутренний конфликт и трудно переносимое личностью состояние тревоги.
24482. Гештальтпсихология. Описание эмпирических методов 38.5 KB
  Gestalt целостная форма образ структура является основным в гештальтпсихологии и выступает в качестве единицы анализа сознания и психики которое обозначает целостные несводимые к сумме своих частей образования сознания. Непосредственное начало гештальтпсихологии положено проведёнными М. Согласно гештальтпсихологии в случае совпадения этих структур наступает момент инсайта озарения и возникшая задача оказывается решенной. Объяснение этой зависимости выводило за рамки исходных принципов гештальтпсихологии и резко подчеркнуло...
24483. Культурно-историческая психология. Индивидуальность 35 KB
  Культурноисторическая психология. Культурноисторическая концепция разрабатывалась Выготским и его школой Леонтьев Лурия Эльконин Запорожец и др. Согласно культурноисторической концепции в психическом развитии существует как бы две переплетенных линии. Для проверки основных положений культурноисторической теории Выготским с сотрудниками была разработана методика двойной стимуляции с помощью которой моделировался процесс знакового опосредствования прослеживался механизм вращивания знаков в структуру психических функций ...