Курсовой проект - Расчет двухкаскадного усилителя
Подождите немного. Документ загружается.
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Восточно-Сибирский Государственный Технологический
Университет
Кафедра: Электронно-Вычислительные Системы
Курсовая работа
По предмету: Электроника
тема: Расчет двухкаскадного усилителя
Выполнил: студент ДОУ РЭС 2008 Гридунин А. Б.
Оценка____ дата защиты _____ руководитель ___________
Улан-Удэ 2009г.
1.Содержание:
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2. Задание на курсовую работу: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3. Выбор электрической схемы двухкаскадного усилителя. . . . . . . . . . 3
4. Расчет 1-каскада УНЧ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5. Расчет 2-каскада УНЧ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6. Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
7. Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Изм. Лист № докум. Подп. Дата
Разраб. Грудинин Д. А.
Расчет
двухкаскадного
усилителя
Литер. Лист Листов
Провер.
1 12
Лиценз.
ДОУ 2004 РЭС
Н. конт.
Утв.
1.Введение
Одна из основных функций, реализуемых аналоговыми устройствами,
это усиление.
УУ называется устройство, предназначенное для повышения (усиления) мощности
входного сигнала. Усиление происходит с помощью активных элементов за счет
потребления мощности от источника питания. В УУ входной сигнал лишь управляет
передачей энергии источника питания в нагрузку.
В качестве активных элементов чаще всего применяются транзисторы, такие УУ
принято называть полупроводниковыми, или транзисторными.
УУ принято классифицировать по ряду признаков:
► по характеру усиливаемых сигналов - УУ непрерывных (гармонических) и УУ
импульсных сигналов;
► по диапазону рабочих частот - УУ постоянного тока (
н
f
=0 Гц) и УУ переменного
тока. В свою очередь, УУ переменного тока в учебной литературе (и в данном пособии)
подразделяются на:
усилители звуковых частот (от 20 до 20000 Гц) или низкочастотные усилители;
усилители высоких частот (ВЧ) (
в
f
до 300 МГц);
усилители сверхвысоких частот (СВЧ) (
в
f
› 300 МГц).
Кроме того, УУ ВЧ и СВЧ диапазонов подразделяются на:
узкополосные (
2
н
в
f
f
,
0
fff(
)нв
);
где
0
f
- средняя частота рабочего диапазона УУ;
широкополосные (
2
н
в
f
f
).
► импульсные усилители классифицируются по длительности усиливаемых импульсов на
микро-, нано- и пикосекундные;
► по типу активных элементов УУ подразделяются на ламповые, транзисторные,
квантовые и др.;
►по функциональному назначению УУ подразделяются на усилители напряжения, тока и
мощности;
► по назначению УУ подразделяются на измерительные, телевизионные и т.д.
Кроме рассмотренных основных признаков УУ могут классифицироваться по ряду
дополнительных признаков - числу каскадов, типу питания, конструктивному исполнению
и т.д.
Расчет двухкаскадного усилителя
Лист
2
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
2.Задание на курсовую работу:
1. .Выбрать и начертить принципиальную электрическую схему двухкаскадного
усилителя.
2. Согласно техническим требованиям выбрать транзисторы и определить их
статические режимы.
3. Рассчитать электрические параметры всех элементов усилителя.
Технические требования: Биполярный транзистор ( общий эмиттер )
Входное сопротивление R
вх
= 50 Ом
Сопротивление нагрузки R
н
= 33 кОм
Напряжение источника сигналов U
c
= 5 · 10
-3
B
Напряжение источника питания Е
п
= 15 В
Коэффициент усиления второго каскада не менее 90
Граничные частоты ƒ
н
= 63 Гц
ƒ
в
= 18000 Гц
3. Выбор электрической схемы двухкаскадного усилителя.
R
н
+
E
п
R
вх
рис.1 Принципиальная электрическая схема
В качестве схемы усилителя взята стандартная схема включения транзистора с общим
эмиттером для проводимости типа n-p-n .Усилитель по току, режим класс «А»
Разделительный конденсатор С
р1
( рис 2. )служит для передачи на вход транзистора VT1
усиливаемого переменного напряжения, а также исключает попадание на вход транзистора
постоянного напряжения.
Расчет двухкаскадного усилителя
Лист
3
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Разделительный конденсатор С
р2
осуществляет развязку каскадов. Разделительный
конденсатор С
р3
осуществляет развязку 2 каскада по нагрузке. Резисторы R1, R2, R5, R6
образуют делители для получения необходимого напряжения смещения на базе
транзисторов. Резистор R
э
и конденсатор C
4
обеспечивают температурную стабилизацию
работы транзистора VT
2
.
4.Расчет двухкаскадного усилителя
Расчет двухкаскадного усилителя начинаем с расчета второго каскада.
+
VT
2
VT
1
R
1
R
3
R
2
R
4
I
Б
С
4
I
д
U
ВЫХ
R
5
R
6
R
э
R
К
Rн
+
Eп
Rвх
С
р3
С
р2
С
р1
+
VT
2
VT
1
R
1
R
3
R
2
R
4
I
Б
С
4
I
д
U
ВЫХ
R
5
R
6
R
э
R
К
Rн
+
Eп
Rвх
С
р3
С
р2
С
р1
рис2. Принципиальная электрическая схема.
Напряжение питания U
П
равно 15 В
I
K
- максимальный ток в нагрузке:
I
K
н
п
R
U
:
15
п
U
В;
кОмR
н
33
I
K
=
3
1033
15
= 0,45 м А.
Находим напряжение на коллекторе
:
2
п
k
E
U
ВU
k
5,7
2
15
Находим выходное напряжение
U
вых =
U
c
·
K
ус;
;105
3
ВU
c
90
ус
К
U
вых =
5 · 10
-3
· 90 = 0,45 B.
Находим мощность, выделяемую на транзисторе VT2.
н
вых
н
вых
R
U
R
U
UIUP
2
P
вых
=
Bт
6
3
2
106
1033
45,0
Расчет двухкаскадного усилителя
Лист
4
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Для схемы с общим эмиттером коэффициент усиления по току К
ус
примерно
равен статическому коэффициенту передачи h
21Э.
Требования к транзистору VT2 следующие :
I
K
= 0,45 (м А) .
К
ус =
h
21Э
≥
90.
P
рас
≥ 6 · 10
-6
Вт.
ƒ
н
= 63 Гц
ƒ
в
= 18000 Гц
Этим требованиям удовлетворяет биполярный транзистор КТ312В и имеет следующие
характеристики: табл.1.
Тип
прибора
h21э
(h21э)
Uкэнас
В
Iкбо
mkA
frp,
МГц,
(
f
mах)
Ск,
пф
Предельные значения параметров
Рк;
МВТ
I
max
UkэRmax
(Ukэоmax)
[Ukэо rp],
В
UK6O
max,
В
Uэбо
max,
В
IK
max,
мA
1к,и
max,
MA
КТ312В
50...280
0,8 10 180 5 20 4 30 225 30
По данным таблицы 1. находим I к
мах
= 30 мА.
Берем I к равным 0,7 I к
мах
. I к = 21 мА.
Так как транзистор VT2 работает в режиме «А» то за I
к о
берем половину I к
I
к о
= 10,5 мА.
По вольтамперной характеристике транзистора КТ312В (рис.3) при U
кэ
= 7,5В и
I
к о
= 10,5 мА находим I
бо.
I
бо =
0.16 мА. U
кэ
= 3,75 В и I
к
= 5,5 мА находим I
б.
3. Выходная характеристика транзистора КТ31 2В.
Расчет двухкаскадного усилителя
Лист
5
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Находим напряжение эмиттера.
U
э
= 0.2 · Е
п
U
э
= 0.2 · 15 = 3 В.
Находим напряжение коллектора.
U
к
= U
э
+ U
кэ
U
к
=3+3,75 =6,75 В
.
Находим сопротивление эмиттера.
ко
э
э
I
U
R
:
545
105,5
3
3
э
R
Ом.
Находим сопротивление коллектора.
ко
кп
к
I
UЕ
R
1500
105,5
75,615
3
к
R
Ом.
Находим ток делителя.
I
д
= I
бо
· 10 I
д
= 0,16 · 10 = 1,6 мА.
Находим напряжение базы.
U
б
= U
э
+ 0.6: U
б
= 3 + 0,6 = 3,6 В.
Находим величины сопротивлений R
5
,R
6
:
д
Бп
I
UЕ
R
5
7125
106,1
6,315
3
5
R
Ом = 7,125 кОм
д
Б
I
U
R
6
R
6
=
2250
106,1
6,3
3
Ом = 2,250 кОм
Находим входное сопротивление 2-го каскада :
R
вх
= R
5
// R
6
// h
21Э
· R
в
R
вх = (
22507125
22507125
)
//
90 · 545 =
490501710
490501710
= 1652,3 Ом
R
вх
= 1,6523 кОм.
Находим величины разделительных емкостей С
2
и С
3
Емкость конденсатора С
2
рассчитывается исходя из того, что его сопротивление
по переменному току на самой низкой частоте должно быть во много раз меньше
входного сопротивления :
2
2
2
1
ВХн
Rf
С
=
3,16526328,6
1
1,5 мкФ
нн
Rf
С
2
1
3
3
10336328,6
1
76·10
-9
мкФ = 76 нФ
Лист
Расчет двухкаскадного усилителя
6
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Находим величину емкости С
4.
5456328.6
1
2
1
4
эн
Rf
С
4,6 мкФ.
5.Расчет двухкаскадного усилителя
Аналогично производим расчет первого каскада усилителя. R
н
принимаем входное
сопротивление второго каскада R
вх2
I
д
VT
1
R
1
R
к
R
2
R
э
+
Eп
Rвх
С
р
R
вх2к
рис.5 Принципиальная электрическая схема
Напряжение питания U
П
равно 15 В
I
K
- максимальный ток в нагрузке:
I
K
н
п
R
U
: I
K
=
3,1652
15
= 0,009 =9 мА.
Находим напряжение на коллекторе
:
2
п
k
E
U
ВU
k
5,7
2
15
Находим выходное напряжение
U
вых =
U
c
·
K
ус;
U
вых =
5·10
-3
· 90 = 0,45 B.
Находим мощность, выделяемую на транзисторе VT2.
нн
вых
R
U
R
U
UIUP
2
P
вых
=
Bт
3
2
1012,0
3,1652
45,0
Находим напряжение эмиттера.
U
э
= 0.2 · Е
п
U
э
= 0.2 · 15 = 3 В.
Для первого каскада также выбираем транзистор КТ312В.
Лист
Расчет двухкаскадного усилителя
7
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
рис.6 Выходная характеристика транзистора КТ312В
По вольтамперной характеристике транзистора КТ312В (рис.6) при U
кэ
= 15 В и
I
к о
= 9 мА находим I
бо.
I
бо =
0.1мА. U
кэ
= 3,75 В и I
к
= 4,5 мА
Находим напряжение коллектора.
U
к
= U
э
+ U
кэ
U
к
=
3+3,75 =6,75 В
Находим сопротивление эмиттера.
ко
э
э
I
U
R
:
666
105,4
3
3
э
R
Ом
Находим сопротивление коллектора.
ко
кп
к
I
UЕ
R
1833
105,4
75,615
3
к
R
Ом.
Находим ток делителя.
I
д
= I
бо
· 10 I
д
= 0,10 · 10 = 1 мА.
Находим напряжение базы.
U
б
= U
э
+
0.6: U
б
= 3 + 0,6 = 3,6 В.
Расчет двухкаскадного усилителя
Лист
8
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Находим величины сопротивлений R
1
,R
2
:
д
Бп
I
UЕ
R
1
11400
101
6,315
3
1
R
Ом = 11,4 кОм
д
Б
I
U
R
2
R
2
=
3600
101
6,3
3
Ом = 3,6 кОм Находим входное сопротивление
1-го каскада :
R
вх
= R
1
// R
2
// h
21Э
·R
э
R
вх = (
360011400
360011400
)
//
90 · 666 = 2616,5 Ом
R
вх
= 2,5 кОм.
Находим величину разделительной емкости С
1
.
9
5,26166328.6
1
2
1
1
1
ВХн
Rf
С
мкФ
Приводим все рассчитанные значения элементов к значениям
из шести стандартных рядов.
табл.2.1
расчетное по рядам
R
1
11,4 кОм 12 кОм
R
2
3,6 кОм 3,6 кОм
R
3
1833 Ом 1,8 кОм
R
4
666 Ом 700 Ом
R
5
7,125 кОм 7,3 кОм
R
6
2,250 кОм 2,5 кОм
R
7
1500 Ом 1,5 кОм
R
8
545 Ом 600 Ом
С
1
9 мкФ 10 мкФ
С
2
1,5 мкФ 2 мкФ
С
3
76 нФ 80 нФ
С
4
4,6 мкФ 5 мкФ
Принципиальная схема двухкаскадного усилителя приведена в приложении № 1
Лист
9