Аналоговая схемотехника

Министерство связи и информатизации РФ

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики Хабаровский филиал

Курсовой проект

по Аналоговой схемотехнике

Студента 3 курса СС и СК

Максимова Ю. В.

011С-289

г. Хабаровск 2011

Оглавление

схема резисторный каскад усилитель транзистор

1. Задание

. Задача № 1

. Задача № 2

. Список литературы

Задание курсового проектирования. Вариант № 89

Задача № 1

Начертить принципиальную схему резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе, включенном с общим эмиттером, с использованием параллельной высокочастотной коррекции, рассчитать параметры элементов схемы, коэффициент усиления в области средних частот, входные параметры каскада и амплитуду входного сигнала. Должна быть применена эмиттерная стабилизация тока покоя. Исходные данные для расчета:

Задача №2

Начертить принципиальную схему инвертирующего усилителя на операционном усилителе без указания цепей подачи питания, коррекции АЧХ и элементов балансировки. Рассчитать параметры элементов принципиальной схемы, кроме разделительного конденсатора, определить максимально допустимую амплитуду входного сигнала и частоту полюса АЧХ спроектированного усилителя, глубину обратной связи. Исходные данные для расчета:

Задача № 1

. Приведем принципиальную схему усилительного каскада:

Рис 1. - Принципиальная схема каскада

. Рассчитаем общую нагружающую каскад емкость :

пФ

3. По семейству нормированных частотных характеристик (Рис.2) определяем эквивалентное сопротивление каскада в области верхних частот .

Рис. 2

Для этого на оси ординат отмечаем заданную величину . В нашем случае она составляет 1,2. Затем проводим прямую, параллельную оси абсцисс. Далее строим нормированную АЧХ, к которой проведенная прямая была бы касательной (пунктир). Из точки касания опускаем перпендикуляр на ось абсцисс для нахождения . В нашем случае=0.9.

Далее необходимо найти коэффициент коррекции . Так как построенная нами АЧХ проходит между соседними для =0,6 и =0,8, то с достаточной степенью точности можно принять =0,7. Физический смысл коэффициента коррекции - квадрат добротности контура.

. Затем рассчитывается величина  и сопротивление в цепи коллектора , так как  образуется параллельным соединением  и :

Ом

Ом

Для  выбираем ближайшее номинальное значение: =1.6 КОм.

. Теперь определяем индуктивность корректирующей катушки :

Гн

. Далее рассчитаем амплитуду тока в нагрузке  и тока покоя транзистора :

А

А

. Напряжение покоя  должно быть в несколько раз больше амплитуды сигнала. По условию . Поэтому удобно принять (при этом напряжении обычно измеряются параметры транзисторов).

. Расчет элементов схемы эмиттерной стабилизации тока покоя начинается с определения величин токов базы  и делителя :

,

где

А

А

Падение напряжения на резисторе :

,

где

Ом

В соответствии с таблицей номиналов Ом

Входное сопротивление транзистора:

где -сопротивление базы (спр. параметр).

Ом

Потенциал базы :

,

где В - напряжение база-эмиттер для маломощных кремниевых транзисторов при токе покоя измеряемого единицами миллиампер. Расчетная величина тока покоя устанавливается при настройке путем подбора сопротивлений резисторов базового делителя.

В

Напряжение источника питания:

В

Ом

Ом

В соответствии с таблицей номиналов:

кОм

кОм

. Коэффициент усиления каскада:

10. Входное сопротивление и выходная емкость каскада:

где:   - граничная частота транзистора

-сопротивление эмиттера,

А

- емкость коллектора

Ом

ФпФ

. Амплитуда входного сигнала :

ВмВ

. Величина допустимых искажений в области нижних частот распределяется с учетом разрешенной к применению элементной базы и других соображений между переходной цепью  и цепью . В данном случае ограничений нет и можно принять

Тогда

 Ф

В соответствии с таблицей номиналов: ФнФ

где:

Ом

- эквивалентное сопротивление генератора сигнала

- крутизна характеристики тока эмиттера

Тогда:

Ф

Результирующее значение выбираем по таблице:

Ф=мкФ

Задача № 2

. Нарисуем принципиальную схему усилителя (Рис. 3).

Цепи коррекции и балансировки индивидуальны для каждого усилителя, и поэтому на рисунке не показаны.

Рис. 3

. Расчет начинается с определения сопротивления резистора защиты :

Ом

принимаем ГОСТ R4=3кОм

где:- максимальная амплитуда выходного сигнала

- максимальный постоянный выходной ток

Справедливость приведенного выражения можно пояснить с помощью амплитудной характеристики ОУ, приведенной на Рис. 4:

Рис. 4 - Амплитудная характеристика ОУ

Буквами  и  отмечено напряжение источников питания, а буквами  и  - максимальная амплитуда выходного сигнала. На Рис. 4 , но это условие на практике не всегда выполняется. Полный раствор входной характеристики , как правило, измеряется долями милливольта. Поэтому в схемах обработки аналоговых сигналов с помощью ООС его приходится искусственно расширять. С помощью  предотвращают перегрузку ОУ. Следует отметить, что значительная часть ОУ снабжена внутренней защитой и тогда  не ставится.

. Далее надо рассчитать сопротивление резистора . При этом следует учитывать два обстоятельства. Во-первых, сопротивление  не должно шунтировать нагрузку, а, во-вторых, сопротивление  желательно выбирать возможно меньшей величины, чтобы обеспечить минимальные фазовые искажения в цепи ОС.

Часто выбирают .

Ом=кОм.

В соответствии с таблицей номиналов выбираем кОм.

. Прежде, чем приступить к расчету , следует обратиться к двум вспомогательным формулам. Коэффициент усиления ОУ, охваченного ООС , рассчитывается по формуле:

,

где - коэффициент усиления без ООС

 - коэффициент передачи цепи обратной связи.

В данном случае

Поскольку по условию  и  заданы, то необходимо согласно первому выражению рассчитать величину :

Согласно второму выражению

Ом.

По таблице выбираем номинальное значение: Ом.

Для того, чтобы не дебалансировать усилитель за счет хотя и малых, но всё же имеющих место входных токов, выбирают .

. Входное и выходное сопротивления рассчитываются по формулам:

Ом

Ом=6,7kOm

. Входная емкость самого ОУ (несколько пикофарад) пренебрежимо мала по сравнению с емкостью, вносимой за счет параллельной по входу ООС. Собственно емкостная составляющая цепи ООС создается за счет проходной емкости  резистора  (на Рис. 3 обозначена пунктиром).

Тогда ,

где пФ:

. Максимальная амплитуда входного сигнала  зависит только от максимальной амплитуды выходного сигнала и коэффициента усиления:

В=1,3мВ

8. Глубина обратной связи:

. Определение частоты полюса . У реальных ОУ АЧХ круто падает при увеличении частоты сигнала. Для проведения инженерных расчетов удобно пользоваться идеализированной АЧХ, приведенной на Рис. 5. На оси ординат в логарифмическом масштабе отмечается паспортная величина , а на оси абсцисс - частота единичного усиления - это частота, на которой  уменьшается до единицы.

По заданию ,= 10 МГц.

Затем от отметки на оси ординат проводится прямая, параллельная оси абсцисс, до частоты

Гц

и эта точка соединяется с отметкой . Всегда наблюдается закономерность: чем больше , тем меньше .

Для нахождения частоты  на оси ординат идеализированной АЧХ отмечается заданный коэффициент усиления  и проводится прямая, параллельная оси абсцисс до пересечения с АЧХ (пунктир на Рис. 5). Из точки пересечения опускается перпендикуляр на ось абсцисс. АЧХ спроектированного усилителя будет ограничиваться горизонтальной пунктирной линией и склоном АЧХ ОУ.

Рис. 5 - Идеализированная АЧХ усилителя

Список литературы

1. Задания и методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Основы схемотехники» А.В. Ананьин, СибГУТИ ХФ, 2002

2. Аналоговая схемотехника устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения А.В. Ананьин, СибГУТИ ХФ, 2000

3. Пособие по выполнению и оформлению курсовых работ и дипломных проектов.