Резисторный каскад предварительного усиления на биполярном транзисторе

МинистерствообразованияРоссийскойФедерации

Институтпереподготовкикадров

Уральскогогосударственноготехническогоуниверситета

Кафедрамикропроцессорнойтехники

Оценкапроекта

Членыкомиссии

Резисторныйкаскад предварительногоусиления набиполярномтранзисторе

Курсовойпроект

Пояснительнаязаписка

Руководительдоц., к.т. н. И.Е. Мясников

Слушательгр. СП-923 А.Б. Любимов

2000

Реферат

Курсоваяработа оформленана 35 страницахмашинописноготекста, содержит18 рисунков, 16 источниковиспользованнойлитературыи 5 приложений.

Курсоваяработа рассчитанапо следующимданным:

Задача1

Рассчитатьрезисторныйкаскад предварительногоусиления набиполярномтранзисторе.Транзисторвключен посхеме с общимэмиттером идолжен иметьэмиттернуюстабилизациюточки покоя.Развязывающийфильтр (C_ф,R_ф)отсутствует.Питание цепейсмещения иколлекторныхцепей осуществляетсяот общего источника.

U_вх=0,1В

U_н=2В

R_i=5кОм

R_н=3кОм

C_н=50пФ

f_н=20Гц

f_в=2Мгц

М_н=1,2дБ

М_в=1,5дБ

Необходимовыполнитьследующее:

Начертитьпринципиальнуюэлектрическуюсхему каскада;

Выбратьтип транзистора;

Выбратьрежим работытранзисторапо постоянномутоку (U_ок,I_ок,I_об,U_обэ);

Рассчитатьноминалы резисторовR₁, R₂, R_к,R_эи выбрать ихтип;

РассчитатьноминалыконденсаторовC₁, C₂, C_э ивыбрать их тип;

Определитькоэффициентусиления каскадапо напряжениюK_Uна среднейчастоте рабочегодиапазона;

Составитьэквивалентныесхемы каскадаи рассчитатьчастотнуюхарактеристику каскада в диапазонеот 0,1f_ндо 3f_в,построить ее.

Задача2

Используяданные, полученные при решениизадачи 1, рассчитатьчастотнуюхарактеристикукаскада длязаданных нижеизменений.Начертитьполученнуюхарактеристикуна одном графикес частотнойхарактеристикойзадачи 1 и сделатьвывод о влияниизаданногоизменения навид частотнойхарактеристики.

Ввестив схему элемент ВЧ коррекциидросселемL=0,01 мГн, начертитьпринципиальнуюсхему получившегосякаскада.

Задача3

Знаянапряжениепитания усилителя,рассчитатьтранзисторныйстабилизированныйисточник напряжениякомпенсационноготипа.

U_вых=12В

I_вых=10мА

a_вых=b_вых=0.1%

a_вх=b_вх=15%

Ключевыеслова:

Усилитель,транзистор,конденсатор,резистор, частота,диод,обратная связь,напряжение,ток, емкость,сопротивление,входная характеристика,выходнаяхарактеристика,коэффициентусиления,эквивалентнаясхема, частотнаяхарактеристика,частотнаякоррекция,амплитудныезначения.

Содержание

Введение

1.Литературныйобзор

1.1.Общиепонятия...…………...................................................................5

1.2.Типыусилителей.............……..............................................................5

2.Основная часть

2.1.Расчет каскадапредварительногоусиления.............................……...6

2.1.1.Принципиальнаясхемакаскада...................................…......…........6

2.1.2.Выбортранзистора..........................................................…..............6

2.1.3.Выбор режимаработы транзисторапо постоянномутоку и

расчетноминаловэлементовусилителя...........................................…......7

2.2.Расчет амплитудно-частотнойхарактеристики.........................….....10

2.3.Расчет частотнойхарактеристики

каскадас элементомВЧкоррекции............................................................14

2.4.Расчет стабилизированногоисточниканапряжения

компенсационноготипа..............................................................................15

2.5Расчетвыпрямителя..............................................................................18

Заключение

Литература

Приложения

Введение

Общиепонятия

Всовременнойтехнике широкоиспользуетсяпринцип управленияэнергией, позволяющийпри помощизатраты небольшогоколичестваэнергии управлятьэнергией, ново много разбольшей. Формакак управляемой,так и управляющейэнергии можетбыть любой:механической,электрической,световой, тепловойи т.д.

Частныйслучай управленияэнергией, прикотором процессуправленияявляется плавными однозначными управляемаямощность превышаетуправляющую,носит названиеусиления мощностиили простоусиления; устройство,осуществляющеетакое управление,называют усилителем.

Оченьширокое применениев современнойтехнике имеютусилители, укоторых какуправляющая,так и управляемаяэнергия представляетсобой электрическуюэнергию. Такиеусилителиназывают усилителямиэлектрическихсигналов.

Управляющийисточникэлектрическойэнергии, откоторого усиливаемыеэлектрическиеколебанияпоступают наусилитель,называют источникомсигнала, а цепьусилителя, вкоторую этиколебаниявводятся, - входнойцепью или входомусилителя.Источник, откоторого усилительполучает энергию,преобразуемуюим в усиленныеэлектрическиеколебания,назовем основнымисточникомпитания. Кроменего, усилительможет иметьи другие источникипитания, энергиякоторых непреобразуетсяв электрическиеколебания.Устройство,являющеесяпотребителемусиленныхэлектрическихколебаний,называют нагрузкойусилителя илипросто нагрузкой;цепь усилителя,к которойподключаетсянагрузка, называютвыходной цепьюили выходомусилителя.

Усилителиэлектрическихсигналов (далеепросто усилители),применяютсяво многих областяхсовременнойнауки и техники.Особенно широкоеприменениеусилители имеютв радиосвязии радиовещании,радиолокации,радионавигации,радиопеленгации,телевидении,звуковом кино,дальней проводнойсвязи, техникерадиоизмерений,где они являютсяосновой построениявсей аппаратуры.

Кромеуказанныхобластей техники,усилителишироко применяютсяв телемеханике,автоматике,счетно-решающихи вычислительныхустройствах,в аппаратуреядерной физики,химическогоанализа, геофизическойразведки, точноговремени, медицинской,музыкальнойи во многихдругих приборах.

Типыусилителей

Усилителиделятся на рядтипов по различнымпризнакам. Породу усиливаемыхэлектрическихсигналов усилителиможно разделитьна две группы:

– усилителигармоническихсигналов,предназначенныедля усиленияпериодическихсигналов различнойвеличины иформы, гармоническиесоставляющиекоторых изменяютсямного медленнеедлительностиустанавливающихсяпроцессов вцепях усилителя.

– усилителиимпульсныхсигналов,предназначенныедля усилениянепериодическихсигналов, напримернепериодическойпоследовательностиэлектрическихимпульсовразличнойвеличины иформы.

Поширине полосыи абсолютнымзначениямусиливаемыхчастот усилителиделятся на рядследующихтипов:

– усилителипостоянноготока или усилителимедленно меняющихсянапряженийи токов, усиливающиеэлектрическиеколебания любойчастоты в пределахот низшей нулевойрабочей частотыдо высшей рабочейчастоты.

– усилителипеременноготока, усиливающиеколебаниячастоты отнизшей границыдо высшей, нонеспособныеусиливатьпостояннуюсоставляющуюсигнала.

– усилителивысокой частоты(УВЧ), предназначенныедля усиленияэлектрическихколебанийнесущей частоты,например принимаемыхприемной антеннойрадиоприемногоустройства.

– усилителинизкой частоты(УНЧ), предназначенныедля усилениягармоническихсоставляющихне преобразованногопередаваемогоили принимаемогосообщения.

Усилителинизкой частотыхарактеризуютсябольшим отношениемвысшей рабочейчастоты к низшей,лежащим в пределах10 - 500 для усилителейзвуковых частоти превышающим10⁵для некоторыхтипов видеоусилителей.Усилители свысшей рабочейчастотой порядкасотен килогерци выше, одновременноимеющие большоеотношениевысшей рабочейчастоты к низшей,обычно называютсяширокополоснымиусилителями.

Избирательныеусилителиусиливаютэлектрическиесигналы в оченьузкой полосечастот.

Изтрех типовтранзисторныхкаскадов дляусиления напряженияпригодны два:каскад с общейбазой и каскадс общим эмиттером.Каскад с общимколлекторомможет бытьприменен вмногокаскадныхсистемах, однаконепосредственногоусиления напряжениятакой каскадне дает и выполняетвспомогательнуюроль.

Дляусиления напряжениязвуковых частотнаиболее пригоденкаскад с общимэмиттером, таккак он имеетболее высокоевходное и болеенизкое выходноесопротивленияпо сравнениюс каскадом собщей базой.

Расчеткаскада предварительногоусиления

Принципиальнаясхема каскада

_­­Принципиальнаясхема каскадапредварительногоусиления представленана рис.1 приложения1.

Выбортранзистора

Длярезисторногокаскада транзисторвыбирают потрем параметрам:верхней граничнойчастоте f_,величине токапокоя коллектораI_K0,и наибольшемудопустимомунапряжениюколлектораU_КЭдоп.

Граничнаячастота передачитока базы f_должна болеечем в 5 раз превышатьзаданную верхнюючастоту усилителяf_в:

f_5f_в= 10⁷Гц.

Токпокоя коллекторавыбираетсяиз условия

I_Кдоп >I_К0>1.5 I_н,

где

I_н=U_н/R_н=667 мкА.

Напряжениепитания усилителяЕ_кдолжно бытьвыбрано исходяиз значениянаибольшегодопустимогонапряженияколлектора,т.е. меньше 0.8 U_КЭдоп.

ПоставленнымтребованиямудовлетворяеттранзисторКТ315Б. Его параметры:

– f_=250 Мгц

– I_Кдоп =100 мА >> 1.5 I_н=1 мА

– U_КЭдоп =25 В. ЗададимсяЕ_К= 12 В КЭдоп= 20 В.

Выборрежима работытранзисторапо постоянномутоку и расчет номиналовэлементовусилителя

Сначалапо семействувыходныххарактеристиктранзистора(рис.2 приложения1) выберем рабочуюточку. Для этогопостроим нагрузочнуюпрямую по переменномутоку: выберемзначениемаксимальноготока коллектораI_Кмакстаким образом,чтобы точка,соответствующаявыбраннойвеличине,располагаласьпо меньшей меренад пятью - шестьюкривыми i_K=f (U_K)при i_Б= const, приведеннымив справочнике.Из этих соображенийвыбираем значение

I_Kмакс =15мА.

Значениемаксимальногонапряженияна коллектореU_Kмакс =Е_К.Ток I_К0можно взятьравным половинеI_Кмакс:

I_K0=0.5 I_Kмакс= 8 мА.

Рассчитываемсопротивлениев цепи эмиттераR_Э.Для этого преждевсего зададимсяпадением напряженияна нем:

U_Rэ= 0.2 E_К=2.4 В,

Отсюда

R_Э= U_RЭ/I_Э0U_RЭ/I_K0=300 Ом.

Теперьс помощью выбраннойрабочей точкиопределяемнапряжениепокоя междуколлектороми эмиттером:

U_КЭ0= 5.5 В.

Повходной характеристике(рис.3 приложения1) находим: токпокоя базы,напряжениепокоя междубазой и эмиттером,и входноесопротивлениекаскада (попеременномутоку):

I_Б0=0.1 В,

U_БЭ0=0.47 В,

R_ВХОЭR_ВХ~ =860 Ом.

Сопротивлениев цепи коллектораR_KрассчитываеманалогичноR_Э,задавшисьнапряжениемна нем:

U_Rк=E_K–U_Rэ–U_КЭ0=4.1В,

R_K=U_Rэ/I_K0=510 Ом.

Расчетделителя произведем,задавшисьзначением R₂:

R₂=10 R_вхОЭ =8.6 кОм,

ЗатемрассчитываемR₁с помощью следующеговыражения:

(E_К– (U_Rэ– U_БЭ0))R₂R_вх

R₁=––––––––––––––––––––––= 20 кОм,

(U_Rэ– U_БЭ0)(R₂+ R_вх)

где

U_Rэ+ U_БЭ0

R_вх=––––––––––= 28.7 кОм.

I_Б0

Сопротивлениенагрузки цепиколлекторапеременномутоку R_K0образованопараллельнымсоединениемR_Ни R_К иравно

1

R_К~= ––––––––––= 436 Ом.

1 1

–– +––

R_К R_Н

Максимальныйток нагрузкиравен

U_Н

I_НМ=–––– = 4.6 мА,

R_К

масимальныйвходной токкаскада

I_НМ 4.6

I_вхм =––– = ––– = 0.09 мА,

_мин 50

отсюдакоэффициентусиления каскадапо току

U_Н

К_I=–––––– = 7.4.

R_НI_вхм

Максимальноевходное напряжение

U_вхм =I_вхмR_вхОЭ= 0.077 В,

откудаполучаем коэффициентусиления понапряжению

U_Н

K_U= –––– = 26.

U_вхм

Длярасчета разделительныхконденсаторовС_р1иС_р2необходимозадатьсякоэффициентомчастотныхискажений нанижней рабочейчастоте М_НР,вносимых этимконденсатором,распределяязаданные допустимыеискажения M_Н=1.2 дБ между разделительнымС_риблокировочнымС_Эконденсаторами.Пусть

М_НР=М_НЭ­­=0.6 дБ = 1.07 раза,

тогда

0.159

С_р1,2––––––––––––––––––––= 6 мкФ,

f_н(R_К+R_Н)М_НР²– 1

a ­­__________________

0.16 (1+S^”_ЭСR_Э)²–М_НЭ²

С_Э–––––––––––––––––––––––––= 6000 мкФ,

f_нR_ЭМ_НЭ²–1

где

1+ _макс

S^”_ЭС=–––––––––––= 0.1 См,

R_ист+R_вхОЭ

где

R_iR_дел

R_ист=–––––––– = 2.7 кОм,

R_i+R_дел

где,в свою очередь,

R₁R₂

R_дел=–––––––– = 6 кОм.

R₁+R₂

Теперьрассчитаемкоэффициентчастотныхискажений наверхней рабчейчастоте M_В

­­ _____________

M_В= 1 + ( 2 f_В_В) ;

здесь

_В=С₀R_экв,

где

0.16

С₀С_вхдин =––––––– + С_К(1+ К_U)= 1.9 · 10^–10Ф,

f_R_вхОЭ

гдеС_КдлявыбранноготранзистораС_К=7 пФ. Далее

R_вхОЭR_ист

R_экв=––––––––––= 0.65 кОм.

R_вхОЭ+ R_ист

Отсюдазначение _В= 0.012мкс и M_В=1.18, или в децибелахМ_В=1.5дБ, что соответствуетпоставленнойзадаче.

Расчетамплитудно-частотнойхарактеристикикаскада

Нашейзадачей являетсявыяснениеповедения АЧХкаскада в егополосе пропусканияи в прилегающихк ней областях.Диапазон охваченныхрасчетом частотпростираетсяот 0.1 f_Вдо3 f_В,т.е. от 2 Гц до 6Мгц.

Эквивалентнаясхема каскададля расчетаАЧХ на низких(= 10 ... 10000 рад/с) частотахпредставленана рис.4 приложения1.

Коэффициентусиления каскадапо напряжению

U_Н

K_U= –––– ,

U_ВХ

где

U_Н= I_НR_Н,

где

U_Rк

I_Н=––––––––– ,

1

R_Н+––––

jC₂

где

U_Rк= i_КR_К= (SU₁–i_н)R_К.

Подставимэто выражениев предыдущееи после несложныхпреобразованийполучим

jC₂S R_К

I_н=–––––––––––––––––U₁.

jC₂(R_К+R_Н)+ 1

Теперьсерией последовательныхшагов найдемU_ВХ взависимостиот U₁:

напрэжениена R_Э

I_Э S U₁ +g_вхU₁

U_Rэ= ––– = ––––––––––––,

g_Э 1

jC_Э+–––

R_Э

напряжениена R_дел

S+ g_вх

U_Rдел= U₁+U_Rэ= U₁+ ––––––––––––U_1,

1

jC_Э+–––

R_Э

токделителя

i_дел= U_Rдел/ R_дел

входнойток каскада

i_вх=U₁g_вх+i_дел

теперь

i_вх

U_вх=––––– + U_Rдел;

jC₂

откудапосле подстановокi_вх,U_Rдели серии преобразованийполучаем

[1+ jR_ЭС_Э+(S + g_вх)R_Э](1 + jC₁R_дел)

g_вх+––––––––––––––––––––––––––––––––––––

R_дел(1+ jR_ЭС_Э)

U_вх=–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––U₁.

jC₁

Наконец,подставляемнайденные U_вхиI_НR_Нвформулу дляК_U,а затем, перейдяк численнымзначениямноминаловэлементов иупростив полученноевыражение,найдем модульК в следующемвиде:

­­ ­_______________

К_U= (a²+ b²)/ (c²+ d²).

здесь

a= –0.11 ²_,

b= –0.19 ³,

c= 137.3 – 1.56 ²,

d= 73.9 – 0.0014 ³.

ГрафикАЧХ каскадана низких частотахпредставленна рис.7,8,9 приложения1.

Эквивалентнаясхема каскададля расчетаАЧХ на средних(= 10000 ... 100000 рад/с) частотахпредставленана рис.5 приложения1.

Коэффициентусиления каскадапо напряжению

U_Н

K_U= –––– ,

U_ВХ

где

U_Н= S U_ВХ (R_К|| R_Н).

Подставляяпоследнеевыражение вформулу дляК_U,получим

SR_КR_Н

K_U= –––––––– = 140.

R_К+R_Н

Такимобразом, мывидим, что насредних частотахзаданногодиапазонакоэффициентусиления понапряжениюне зависит отчастоты и равен140.

ГрафикАЧХ каскадана низких частотахпредставленна рис.10 приложения1.

Эквивалентнаясхема каскададля расчетаАЧХ на высоких(= 10⁵... 4·10⁷рад/с) частотахпредставленана рис.6 приложения1.

Коэффициентусиления каскадапо напряжению

U_Н

K_U= –––– .

U_ВХ

Токв цепи коллектора

h_21ЭI₁= i_Cвых+ i_Rк+i_Rн+i_Cн,

или

h_21ЭI₁= U_Н(g_Cвых+ g_Rк+g_Rн+g_Cн),

откуда

h_21ЭI₁

U_Н= –––––––––––––––––––.

g_Cвых+ g_Rк+g_Rн+g_Cн

Здесьток I₁можнопредставитьв виде

I₁= U_ВХg_вх,

а,следоваательно,

h_21Эg_вх

К_U= –––––––––––––––––––.

g_Cвых+ g_Rк+g_Rн+g_Cн

Здесь

g_Cвых+ g_Cн= j(C_вых+С_н),

гдеC_вых=С_К= 7 пф, а С_н=50 пф,

1

g_н=–– ,

R_Н

следовательно

h_21Эg_вх

К_U= –––––––––––––––––––––––.

1 1

j(C_вых+С_н)+ –– + ––

R_Н R_К

Подставляячисленныезначения номиналови находя модулькоэффициентаусиления, имеем

­­ ­________

К_U= a /(b²+ c²),

где

а= 320,

b= 2.29,

c= 0.57 · 10⁷.

Изполученноговыражения легковидеть, что приувеличениичастоты коэффициентусиления падает,что и изображенона рис 11,12 приложения1 (АЧХ каскадана высокихчастотах).

Расчетчастотнойхарактеристикикаскада с элементомВЧ коррекции

Дляподнятия АЧХкаскада навысоких частотахв цепь коллекторатранзисторавводят элементВЧ коррекциив виде дросселяс индуктивностьюL. В нашем случаенеобходимоввести L = 0.01 мГн.

Схематакого каскадапредставленана рис.1 приложения2.

Расчетрезистивногокаскада свышеупомянутымиизменениямив целом аналогиченрасчету каскадабез коррекциидля высокихчастот (см. п.2.2), за исключениемтого, что в выражениедля проводимостиколлекторнойветви схемыбудет входитькроме R_Ктакже еще исопротивлениедросселя, зависящееот частоты:jL.

Эквивалентнаясхема длянижеследующегорасчета представленана рис.2 приложения2.

Итак,коэффициентусиления каскадапо напряжению

h_21Эg_вх

К_U= –––––––––––––––––––.

g_Cвых+ g_Rк+g_Rн+g_Cн

Здесь

g_Cвых+ g_Cн= j(C_вых+С_н),

гдеC_вых=С_К= 7 пф, а С_н=50 пф,

1

g_н=–– ,

R_Н

а

1

g_к= –––––––––,

R_К+ jL

Подставляя выражения дляпроводимостейв выражениедла К_U,а затем приведяполучившеесявыражение кстандартномувиду, имеем:

h_21Эg_вх

K_U=––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––.

j[(C_вых+С_н)– L/ (R_К²+ ²L²)]+ 1 / R_Н+ R_К/ (R_К²+ ²L²)

Отсюда,подставивзначения константи упростивполученневыражение,найдем модулькоэффициентаусиления каскадапо напряжениюв виде

­­ ­________

К_U= a /(b²+ c²),

где

а= 320 · 10^–3,

1

b= 3.33 · 10^–4+ ––––––––––––––––––––,

510+ 1.96 · 10^–13²

10^–5

с= 4 · 10^–10– –––––––––––––––––.

2.6· 10^–5+10^–10²

Полученнаязависимостькоэффициентаусиления отчастоты представленана одном рисунке(рис.3,4 приложения2) с АЧХ каскадабез коррекции.Рисунок нагляднопоказываетпреимуществакаскада с коррекциейперед каскадомбез коррекции– АЧХ каскадаостается линейнойдалеко за пределамизаданной верхнейграничнойчастоты.

Расчеткомпенсационногостабилизированногоисточниканапряжениякомпенсационноготипа

Длянормальнойработы усилителяна него необходимоподавать устойчивоепостоянноенапряжениепитания. Таккак для реализацииэтого условияпростого выпрямителяпеременногонапряжениянедестаточно,между последними усилительнымустройствомставят стабилизаторнапряжения,который сглаживаетпульсациинапряженияпитания, темсамым обеспечиваякорректнуюработу усилительногоустройства.

Компенсационныйстабилизаторнапряженияпредставляетсобой управляемыйделитель входногонапряжения,состоящий изсопротивлениянагрузки ирегулирующегоэлемента, работающегов линейном(усилительном)режиме. Выходноенапряжениестабилизаторасравниваетсяс эталонным(опорным) ивозникающийпри этом сигналрассогласованияусиливаетсяусилителеми воздействуетна регулирующийэлемент стабилизаторатаким образом,чтобы выходноенапряжениестремилосьдостичь эталонногоуровня.

Принципиальнаясхема компенсационногостабилизаторанапряженияприведена нарис.1 приложения3.

Исходныепараметрыстабилизатораследующие:

– нестабильностьвходного напряженияa_вх...................................0.15

– нестабильностьвыходногонапряженияа_вых...............................0.001

– выходноенапряжениеU_вых,В.......................................................12

Максимальныйвыходной токI_выхесть сумматоков делителяи коллектора,т.е.

E_К

I_вых=I_дел+I_К0=––––––– + I_К0=8.4 мА,

R₁+R₂

или,с запасом,

I_вых=10 мА.

Входноенапряжениестабилизаторавыберем изусловия

U_вх– U_вх>U_вых+ U_вых,

или

U_вх(1 – a_вх)>U_вых(1 + а_вых),

или,подставивчисла,

U_вх> 14.2 В.

Выберемзначение входногонапряженияс запасом:

U_вх=18 В.

Далее,максимальноенапряжениеэмиттер-коллектортранзистораVT1

U_{КЭ1макс}= U_вх+ U_вх–U_вых+ U_вых= 8.7 В.

ВыберемтранзисторVT1 таким же, каки транзисторусилителя:КТ315Б. Для него

U_{КЭ1макс}= 8.7 В КЭмакс доп= 25 В,

а

I_К1I_нмакс= 10мА Кдоп= 100мА.

Выберемопорный стабилитрониз соображений,что напряжениена нем должнобыть меньше минимальноговыходногонапряжениястабилизатора:

U_опвых– U_вых.

ВыбираемстабилитронКС168А, т.к. егоопорное напряжение– 6.8 В – удовлетворяетпоставленномуусловию. Теперьвыберем транзисторVT2, задавшисьмаксимальнымнапряжениемколлектор-эмиттер:

U_{КЭ2макс}= U_{выхмакс}– U_оп= U_вых+ U_вых–U_оп=5.2 В.

Изсоображенийтехнологическойпростоты истоимостивыберем транзистортаким же, каки предыдущий– КТ315Б – так какон удовлетворяетпоставленномуусловию.

Номиналиныйток стабилитронаI_ст.ном= 20мА. ЗададимсяI_Э2= 10 мА, тогда

|U_вых– U_оп|

R₂= ––––––––––––= 0.51 кОм,

I_ст.ном– I_Э2

а

|U_вх– U_нмакс|

R₁= –––––––––––––= 0.6 кОм.

I_Б1макс– I_К2

Здесь

I_нмакс

I_Б1макс= ––––––– = 0.2 мА.

₁+ 1

Теперьрассчитаемсопротивленияделителя R₃R₄R₅.

|U_выхмин– U_оп|

R₃= –––––––––––––= 1.8 кОм,

I_дел

где

I_К2

I_дел=15...20 ––– = 3мА;

₂

далее,

|U_{выхмакс}– U_оп|

R₄= –––––––––––––= 1.8 кОм,

I_дел

а

|U_оп|

R₅= –––––––– = 1.8 кОм.

I_дел

Расчетвыпрямителя

Выпрямительисточниканапряжениястроится посхеме, и изображеннойна рис. 2 приложения3. ТрансформаторТ понижаетнапряжениесети до 18 В, диодыV1-V4, включенныепо мостовойсхеме, выпрямляютэто напряжение,а конденсаторфильтра C_фсглаживаетего пульсации.

Нагрузкойвыпрямителяявляется стабилизаторнапряженияпитания усилителя,отсюда имеемисходные параметрыдля расчетавыпрямителя:

U_н= 18 В,

I_нмакс= 0.1 А.

Далее,зная ток нагрузки,определяеммаксимальныйток, текущийчерез каждыйдиод выпрямительногомоста:

I_VD= 0.5 ·А·I_нmax =0.12 А

ЗдесьА ~2.4.

Т.о., для выпрямителяможно использоватьдиоды серийД7, Д226, Д229 с любымибуквеннымиобозначениями,поскольку ихсредний выпрямленныйток и обратноенапряжениезначительнобольше расчетных.

Выбираемдиоды Д226Б.

Обратноенапряжениедиодов должнобыть в 1.5 разабольше напряженияисточникапитания:

U_обр=1.5 ·U_н= 27 В

Емкостьфильтрующегоконденсатораопределяютпо формуле:

I_н

С_ф= 3200 ·––––––––– [мкФ],

(U_н·K_п)

гдеK_п– коэффициентпульсацийвыпрямленогонапряжения– обычно беретсяравным 0.01, откуда

С_ф= 2000 мкФ.

НоминальноенапряженияконденсатораС_фберем равным25В.

Теперьпроизведемэлектрическийрасчет трансформатораблока питания.Габаритнаямощностьтрансформатора

P_Г= U_НI_Н/=2.25 Вт.

Здесь= 0.8 – коэффициентполезногодействиятрансформатора.Им мы задаемся.

Далее,площадь сечениясердечникасоставит

–––

S= 1.2P_Г=1.8 см.

Легковидеть, что вданном случаеимеет смыслиспользоватьмагнитопроводс минимальнойплощадью сечениясердечника,поэтому принимаеммагнитопроводУШ15x15 (площадьпоперечногосечения принимаетсяравной 2,25 см²).

Далее,рассчитываемчисло витковна 1 вольт:

k

n= –– = 18,

S

гдеk берется равным40. Теперь числовитков первичнойобмотки

W_I= U_I· n = 3960,

авторичной

W_II= U_I· n = 324.

Токпервичнойобмотки

P_Г

I_I= ––– = 8.2 мА.

U_I

Выберемдля обеих обмотокпровод ПЭВ-2.Диаметр проводапервичнойобмотки

––

d_I= pI_I= 0.06 мм,

гдеp = 0.69 для выбранноготипа провода.Диаметр проводавторичнойобмотки

––

d_II= pI_II= 0.1 мм.

Такимобразом, дляпервичной ивторичнойобмоток трансформатораможно использоватьпровод диаметром0,1…0,12 мм.

Заключение

Врезультатевыполнениякурсовогозадания я разобралсяв принципахработы усилителяэлектрическихсигналов,научилсярассчитыватьрезисторныйкаскад предварительногоусиления, частотныехарактеристикитакого каскада,а также транзисторныйстабилизаторнапряжения.

Списоклитературы

1.Бурин Л. И., ВасильевВ. П., КагановВ. И. под редакциейЛинде Д. П. Справочникпо радиоэлектроннымустройствам;том 2. – М.: Энергия.1978. –440 с.

2.ГершунскийБ. С. Расчет основныхэлектронныхи полупроводниковыхсхем на транзисторах.– К.: Изд. Киевун-та. 1968. –422 с.

3.Изюмов Н. М., ЛиндеД. П. Основырадиотехники,2-е издание,переработанное.– М.-Л.: Энергия.1965. –480 с.

4.ЛавриненкоВ. Ю. Справочникпо полупроводниковымприборам; 8-еиздание, переработаное.– К: Техніка.1977. –376 с.

5.Редзько К. В.,Досычев А. Л.Сборник задачи упражненийпо радиоприемнымустройствам.– М.: Высшая школа.1981. –296 с.

6.Скаржепа В. А.,Новацкий А. А.,Сенько В. И.Электроникаи микроэлектроника:лабораторныйпрактикум. –К.: Высшая школа.1989. –297 с.

7.Терещук Р. М.,Терещук К. М.,Седов С. А.Полупроводниковыеприемно-усилительныеустройства:Справочникрадиолюбителя,4-е издание,стереотипное.– К.: Науковадумка 1989. –800 с.

8.Терещук Р. М.,Терещук К. М.,ЧаплинскийА. Б., Фукс Л. Б.,Седов С. А. Малогабаритнаярадиоаппаратура:Справочникрадиолюбителя,3-е издание,переработанноеи дополненое.– К.: Науковадумка. 1975. –600 с.

9.Усатенко С. Т.,Каченюк Т. К.,Терехова М. В.Графическоеизображениеэлектрическихсхем: Справочник.– К.: Техника.1986. –120 с.

10.Цыкин Г. С. Электронныеусилители, 3-еиздание, дополненое.– М.: Связь. 1965. –512с.

11.Цыкина А. В.Усилители. –М.: Связь. 1972. –360 с.

12.Беляев С.В., КабызевГ.Н. Усилительныеустройства.–М.: МВГУ, 1977,-98с.

13.Фишер Дж.Э., ГетландХ.Б. Электроникаот теории кпрактике. - М.:Энергия, 1980, - 398 с.

14.Борисов В.Г.Кружок радиотехническогоконструирования.- М.: Просвещение,1990, - 224 с.

15.Манаев Е.И. Основырадиоэлектроники.- М.: Радио и связь,1985, - 488 с.

16.Скаржепа В.А.и др. Электроникаи микросхемотехника.Лабораторныйпрактикум. -К.: Вища школа,1989, - 279 с.

Приложение1

Рис.1.Принципиальнаясхема усилительногокаскада

Рис.2.ВыходнаяхарактеристикатранзистораКТ315Б.

Рис.3.Входная характеристикатранзистораКТ315Б.

Рис.4.Эквивалентнаясхема каскададля расчетаАЧХ на низкихчастотах.

Рис.5.Эквивалентнаясхема каскададля расчетаАЧХ на среднихчастотах.

Рис.6.Эквивалентнаясхема каскададля расчетаАЧХ на высокихчастотах.

Рис 7.АЧХ каскадав диапазоне10 ... 100 рад/с.

Рис 8.АЧХ каскадав диапазоне100 ... 1000 рад/с.

Рис 9.АЧХ каскадав диапазоне10³ ... 10⁴рад/с.

Рис 10.АЧХ каскадав диапазоне10⁴ ... 10⁵рад/с.

Рис 11.АЧХ каскадав диапазоне10⁵ ... 2 ·10⁶ рад/с.

Рис 12.АЧХ каскадав диапазоне2 · 10⁶... 4 ·10⁷ рад/с.

Приложение2

Рис.1.Принципиальнаясхема усилительногокаскада с элементомВЧ коррекции.

Рис.2.Эквивалентнаясхема каскададля расчетаАЧХ на высокихчастотах.

Рис 3.АЧХ каскадас коррекциейи без коррекциив диапазоне10⁵ ... 2 ·10⁶ рад/с.

Рис 4.АЧХ каскадас коррекциейи без коррекциив диапазоне2 · 10⁶... 4 ·10⁷ рад/с.

Приложение3

Рис.1.Принципиальнаясхема стабилизаторанапряженияпитания

Рис.2.Принципиальнаясхема выпрямителя

Спецификация1

Усилительныйкаскад

Спецификация2

Стабилизаторнапряжения

Спецификация3

Источникпитания

15