Ім'я файлу: Курсач_приклад (1).docx
Розширення: docx
Розмір: 55кб.
Дата: 19.03.2020
Пов'язані файли:
239870.rtf
Презентація Козака Валерія група ПБ-15с.pptx


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

кафедра комп’ютерної інженерії

Курсова робота

з навчальної дисципліни

ОСНОВИ СХЕМОТЕХНІКИ
напрям підготовки 6.050903 Телекомунікації
Тема: Розрахунок підсилювача низької частоти.

Полтава – 2011

Навчальна та виховна мета.

Метою даних занять є розрахунок одно каскадного ПНЧ на біполярному транзисторі.

У результаті проведення занять студент повинен:

ЗНАТИ:

ВМІТИ:

  • проводити вибір транзистора, схеми включення транзистора, схем вхідного і вихідного кола підсилювача;

  • будувати навантажувальну характеристику;

  • розраховувати коефіцієнт нелінійних спотворень;

  • проводити електричний розрахунок підсилювача;

  • розраховувати коефіцієнти підсилення по напрузі і струму

Навчальна література:

1. Р.М. Терещук : "Полупроводниковые приємно-усилительные устройства" Справочник радіолюбителя-Киев:Наукова думка, 1988 г.

2. В.Ю. Лавриненко: " Справочник по полупроводниковым приборам "-Киев:Наукова думка, 1975 г.

3. Ю.А.Быстров, И.Г.Мироненко "Электронные цепи и устройства"- М."Высмшая школа", 1989 г.

4. С.И.Баскаков "Радиотехнические цепи и устройства"-М."Высшая школа", 1988 г.

ЗАГАЛЬНI ПОЛОЖЕННЯ

Курсова робота виконується в четвертому семестрі після вивчення модуля 4 «Типові схеми телекомунікацій на активних компонентах аналогової схемотехніки». Керівництво роботою здійснює викладач. Захист курсової роботи проводиться згіднот графіка з виставленням оцінки у відомість i залікову книжку. Студент , який не захистив i не звітувався по курсовій роботі в установлений час без поважної причини вважається таким, що має академічну заборгованість.

МЕТА КУРСОВОЇ РОБОТИ

- Набути навички проводити аналіз роботи підсилювача низької частоти, аналіз фізичних процесів в колах підсилювачів та режимів роботи.

- Отримати практичні навички роботи з довідниковою літературою по розрахунку підсилювачів низької частоти.

ЗВIТ ПО КУРСОВIЙ РОБОТI ПОВИНЕН МАТИ

1. Завдання на курсову роботу.

2. Обґрунтування структурної схеми підсилювача.

3. Вибір схеми, режиму роботи транзистора i схеми його включення.

4. Розрахунок каскадів і частотної характеристики.

5. Принципову схему підсилювача.

6. Специфікацію елементної бази підсилювача.

7. Перевірку виконання вимог пред'явлених до підсилювача.

8. Пояснення фізичних процесів в підсилювачі в статичному та динамічному режимах.

9. Висновки по курсовій роботі.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ

1. По довідниковій літературі проаналізувати схемотехнiчнi рішення поширених ПНЧ, вибір основних елементів.

2. Виходячи з технічного завдання на розрахунок вибрати схему каскадів, транзистори i спосіб їх включення.

3. Вибрати i обґрунтувати схему вхідного кола.

4. Розрахувати поелементно розподіл лінійних спотворень.

5. Накреслити вхідні та вихідні характеристики транзистора.

6. Провести розрахунок статичного і динамічного режиму каскадів.

7. Провести розрахунок частотної характеристики ПНЧ.

7. Зробити висновки та представити роботу викладачеві.
Методика розрахунку пiдсилювача низької частоти. Технічне завдання на розрахунок.

Провести розрахунок однотактного підсилювача низької частоти на біполярному транзисторі, який задовольняє наступним вимогам:

1. Номінальна вихідна потужність Рн= Вт.

2. Опір навантаження Rн= Ом.

3. Ємність навантаження Сн= мкФ.

4. Коефіцієнт нелінійних спотворень Кг≤ %.

5. Смуга робочих частот: fн÷fв=...÷... Гц.

6. Коефіцієнт частотних спотворень(для всіх завдань Мнв=1,41).

7. Діапазон зміни температури Тмiн÷Тмакс=...÷...°С.

8. ЕРС джерела вхідного сигналу Ес= мВ.

9. Внутрішній опір джерела вхідного сигналу Rc= Ом.

10. ЕРС джерела живлення Ек= В.

Живлення підсилювача здійснюється від випрямлювача.

Підсилювач повинен мати можливо більш просту i надійну схему.

1. Вибір схеми включення транзистора.

При виборі схеми каскаду вирішальними є слідуючи вимоги:

- можливо більш проста i надійна схема;

- низький коефіцієнт гармонік;

- забезпечення живлення від випрямлювача, відсутність вимог по ККД;

- нормальна робота підсилювача в широкому діапазоні температур.

В підсилювачах звукової частоти найчастіше використовуються резистивнi каскади. До їх переваг відносяться:

- простота конструкції;

- невеликі розміри та маса;

- невелика собівартість;

- не відчувають дії змінного магнітного поля;

- добре підсилюють в широких діапазонах частот.

З тим, щоб зменшити число каскадів попереднього підсилення, коефіцієнт підсилення кожного з них повинен бути можливо більшим. З 3-х схем включення найбільш розповсюдженою є схема з загальним емітером, так як її застосування дозволяє отримати найбільшу потужність в навантаженні в порівнянні з іншими схемами включення (для однакової потужності вхідного сигналу). В однотактних схемах при потужності в навантаженні менше 1 Вт застосовується схема емiтерної термостабiлiзацiї. Схема колекторної температурної стабiлiзацiї статичного режиму ефективна для зміни температури навколишнього середовища не більш ніж на 20-30 °С.

Для покращення частотної характеристики всього підсилювача, схема першого каскаду повинна вибиратися в залежності від величини вихідного опору джерела сигналу Rc, враховуючи слідуючи рекомендації: для Rc<10 кОм - схема з ЗЕ, для Rc>10 кОм – схема з ЗК.

2. Вибір схеми вхідного кола підсилювача.

Найбільш поширені на практиці два види вхідного кола: резистивно-ємнiсне та трансформаторне. Резистивно - ємнісне вхідне коло має невеликі розміри, вартість, не вносить додаткових спотворень за рахунок наводок (особливо при живленні підсилювача від мережі змінного струму). Разом з тим воно не забезпечує узгодження вхідного опору підсилювача з опором джерела сигналу i використовується в тих випадках, коли джерело сигналу має достатній запас по потужності. Крім того резистивне ємнісне коло є несиметричним (один з виводів джерела сигналу з’єднаний з корпусом). Трансформаторне вхідне коло дозволяє отримати симетричний вхід та зробити узгодження з джерелом сигналу з тим, щоб отримати більше відношення сигнал/шум. Але ж трансформаторне коло має великі розміри, масу та вартість, вносить додаткові частотні спотворення на верхніх частотах i не може бути реалізоване в інтегральному виконанні, а при живленні від мережі змінного струму можуть відчуватися наведення від змінного магнітного поля.

3. Вибір схеми вихідного кола підсилювача.

Безтрансформаторне вихідне коло простіше в конструктивному відношенні, має кращі показники по відношенню до нелінійних та частотних спотворень, має здатність пропускати ширшу смугу частот, може бути реалізоване в інтегральному виконані. Разом з тим воно має ряд недоліків котрі обмежують застосування безтрансформаторних схем в апаратурі ВТЗ.

1) Вихід підсилювача несиметричний, а тому неприпустимий при роботі на трансляційних лініях.

2) Енергетичні показники (ККД, вихідна потужність) значною мірою залежать від опору навантаження.

Таким чином вимогам завдання найбільш задовольняє схема однотактного резистивного безтрансформаторного ПНЧ з включенням транзистора з ЗЕ і емiтерною термостабiлiзацiєю колекторного струму (рис.1).



Р ис. 1

4. Попередній вибір транзистора.

Для безтрансформаторної схеми критеріями для вибору транзистору являються:

- гранична частота передачі струму fh21е;

- максимальна потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора в режимі спокою Рк мах;

- допустима напруга на ділянці К-Е у режимі спокою Uкемах.

Визначаємо ці параметри:

- fh21е=(2÷5)fв.

к мах=4Р

. P-коливальна потужність в колі колектора транзистора каскаду.

В свою чергу Р=PнРвих, де КРвих - коефіцієнт передачі потужності вихідного кола підсилювача.

Враховуючи те, що вихідне коло резистивно - ємнiсне приймаємо КРвих=(0.1÷0.6).

-Uкемах=Uкеп/(0.3÷0.45), де Uкеп=(0.3÷0.4)(Ек-U) напруга на ділянці колектор-емiтер в режимi спокою.

U=0.1Ек –падіння напруги на опорі RФ.

Після визначення вище приведених параметрів, використовуючи довідники [1,2] вибирається транзистор, виписуються величини fh21е, h21е, Рк мах, Uкемах, ІКмах, копіюються сім’ї вихідних і вхідних ВАХ (рис. 4).

5. Побудування навантажувальної характеристики.

Вибираємо значення струму колектора транзистора в статичному режимі Ікп, який знаходиться в межах (1.05÷1.2)ІКm ≤ Ікп≤ІКдоп, де ІКдоп= Рк мах/Uкеп, ІКm - амплітуда струму колектора. В свою чергу ІКm=2Р/UКm, де UКm - амплітуда напруги в колі колектора, яка розраховується за співвідношенням UКm=UКеп - UКмін. Напруга UКмін це мінімальна напруга на ділянці колектор-емітер.

Після розрахунку Uкеп і Ікп будується навантажувальна характеристика. Для цього: - відмічаємо на вихідних ВАХ положення робочої точки 3;

- з точок, які відповідають Uкемін і Uкемакс=UКЕП+UКm встановлюються перпендикуляри до осi напруги до перетину з гілками сім’ї вихідних ВАХ в точках, які відповідають відповідно Ікмін=Ікп–ІКm і Ікмакс=Ікп+ІКm;

- через точки 1, 3, 5 (рис. 4) проводимо навантажувальну пряму. Потрібно перевірити, щоб величина коливальної потужності в колі колектора, яка чисельно дорівнює площі трикутника 1 О 3 (3 О’ 5), була не менше потрібної Р.

Значення струмів бази в точках 1, 2, 3, які відповідають максимальному струму бази - Ібмакс, струму бази спокою - Ібп, мінімальному струму бази - Ібмін відмічаємо на вхідній статичній характеристиці. Проекції цих точок на ось напруги дають значення Uбемакс, Uбеп, Uбемін. Амплітуда напруги сигналу в колі бази Uбm=(Uбемакс-Uбемін)/2.
6. Розрахунок коефіцієнта нелінійних спотворень.

Коефіцієнт гармонік з урахуванням четвертої гармоніки знайдемо, скориставшись методом п'яти ординат. Для цього застосуємо вхідну ВАХ транзистора i вихідну навантажувальну характеристику. Знайдемо п'ять значень струму колектора ік1, ік2, ік3, ік4, ік5 (цифрова індексація цих струмів відповідає позначенню точок навантажувальної характеристики на рис. 4, які відповідають значенням ік1=Ікмакс, ік3=Ікп, ік5=Ікмін. Значення ік2, ік4 знаходяться таким чином:

- по вхідній ВАХ знаходимо середні між значеннями іб1бмакс, іб3бп (б2) і Ібп, іб5бмін (б4) струми бази, які відповідають точкам 2 і 4 вхідної ВАХ (рис. 4) б2=(іб1б3)/2, б4=(іб3б5)/2.

-в сім’ї вихідних ВАХ наносяться гілки, які відповідають отриманим значенням іб2, іб4 і на перетині цих гілок з навантажувальною прямою отримуємо значення струмів ік2, ік4.

Далі розраховуємо амплітуди перших чотирьох гармонік струму колектора:

Iкm1=(iк1+iк2-iк4-iк5)/3;

Iкm2=(iк1-2iк3+iк5)/4;

Iкm3=(iк1-2(iк2-iк4)-iк5)/6;

Iкm4=(iк1-4(iк2+iк4)+6iк3+iк5)/12;

Відповідно коефіцієнт гармонік Кг= .

7. Розподіл заданих частотних спотворень.

Задані на увесь підсилювач частотні спотворення розподіляємо окремо на нижніх i верхніх робочих частотах по колам, які вносять ці спотворення.

Розрахунок зробимо у вигляді таблиці:

№ п/п

Елементи підсилювача

Мн

1.

Ср1

....

2.

Ср2

....

3.

Се

....

4.

Сф

....

5.

Сн.

1

6.

Всього

1.41

При розподілі частотних спотворень по реактивним елементам підсилювача потрібно враховувати співвідношення:МннСр1·МнСр2·МнСе·МнСф·МнСн.

8. Електричний розрахунок підсилювача.

1. Розрахунок опорів каскаду.

Опір в колі емітера.

Величину Rе розраховують задаючись значенням падіння напруги на ньому, яке лежить в межах U=(0.1÷0.3)(Ек-U). Тоді Rе=U/(ІКпбп).

По таблиці номінальних значень [1] вибираємо найближчу до розрахованої Rе номінальну величину Rеном. Далі розраховується потужність, яка розсіюється цим резистором Р=(ІКпбп)2·Rеном, вибирається тип резистора [1] і записується в специфікацію.

Наприклад МЛТ-0.125-9.1 кОм-5%. Тут Rеном=9.1 кОм, 0.125 Вт >=Р.

Опори базового подільника Rб1 та Rб2.

Для нормальної роботи схеми емiтерної термостабiлiзацiї повинна виконуватись наступна умова: струм подільника - Іпод=(2÷5)Ібп. В свою чергу

Rб2=URб2под=[Uбеп+RеномКпбп)]/Іпод.

Після розрахунку значення Rб2 вибираємо номінальну величину, розраховуємо потужність, яка розсіюється цим резистором РRб2под2·Rб2ном, вибираємо тип резистора.

Опір резистора Rб1 розраховується за співвідношенням:

Rб1=URб1/(Іподбп)=(Ек-U-Rб2номІпод)/(Іподбп).

Після розрахунку значення Rб1 вибираємо номінальну величину, розраховуємо потужність, яка розсіюється цим резистором РRб1=(Іподбп)2·Rб1ном, вибираємо тип резистора.

Примітка. За рахунок того, що опори базового подільника підключені паралельно вхідному опору транзистора, для усунення шунтування входу підсилювача еквівалентним опором базового подільника після розрахунку цих опорів потрібно перевірити умову: Rекв=Rб1номRб2ном/(Rб1ном+Rб2ном)>=5Rвх.тр, де Rвх.тр-вхідний (диференціальний) опір транзистора, який визначається графічно, тобто чисельно дорівнює котангенсу кута нахилу (до вісі напруг) дотичної в робочій точці вхідної ВАХ (рис. 4).

Опір в колі колектора.

Величина падіння напруги на опорі Rк вибирається в межах U=(0.3÷0.6)(Ек-U). Звідси Rк=UКп, а потужність, яка розсіюється цим резистором, РКп2Rкном.

Опір фільтра.

Опір фільтра розраховується за формулою Rф=U/(ІКпподбп). Відповідно потужність Р=(ІКпподбп)2Rф ном.

2. Розрахунок ємностей каскаду.

Блокувальна ємність в колі емітера.

Значення ємності Се визначається із співвідношення Се=1/(2πfнRвх.тр ).

По таблиці номінальних значень [1] вибираємо номінальну величину Сеном≥Се, тип конденсатора [1] і записуємо в специфікацію. Наприклад: К50-3-5мкФ-12В.

Розділювальна ємність Ср2.

Розділювальна ємність вихідного кола підсилювача розраховується із співвідношення Ср2=1/(2πfн(Rк+Rн) ). Після вибору номінальної величини і типу конденсатора записуємо в специфікацію.

Розділювальна ємність вхідного кола Ср1.

Розділювальна ємність вхідного кола підсилювача розраховується із співвідношення Ср1=1/(2πfн(Rс+Rвх.е) ), де Rвх.е- вхідний опір каскаду при включенні транзистора з ЗЕ. Вхідний опір каскаду Rвх.е з урахуванням опору базового подільника розраховується із співвідношення 1/Rвх.е=1/Rвх.тр+1/Rб1ном+1/Rб2ном.

Після вибору номінальної величини і типу конденсатора записуємо в специфікацію.

Ємність фільтру.

Ємність фільтру Сф визначається із співвідношення Сф=10/2πfнRф. Після вибору номінальної величини і типу конденсатора записуємо в специфікацію.

9. Розрахунок коефіцієнтів підсилення по напрузі і струму.

Коефіцієнти підсилення по напрузі і струму згідно визначення відповідно дорівнюють: КU=Uвихm/Uвхm, КІвихmвхm.

Амплітуда струму сигналу у вхідному колі, з урахуванням втрат в базовому подільнику, розраховується за слідуючим співвідношенням: Івхmбm+Uбm(1/Rб1ном+1/Rб2ном), де Ібm=(ІбМаксбМін)/2, Uбm- амплітуда напруги сигналу на базі транзистора.

Амплітуду напруги сигналу у вхідному колі Uвхm, враховуючи шунтування опору резистора в колі емітера практично нульовим ( в смузі пропускання ) опором Се, можна прийняти рівною Uбm.

В вихідному колі підсилювача, враховуючи схему заміщення вихідного кола ( в смузі пропускання ), можна прийняти, що амплітуда напруги на навантаженні -Uвихm дорівнює значенню UКm. Амплітуда струму в навантаженні може бути розрахованою за формулою: Івихmкm-Uкm(1/Rкном+1/Rвих тр), де Rвих тр - вихідний опір транзистора, який розраховується графічно, тобто чисельно дорівнює котангенсу кута нахилу (до вісі напруг) дотичної в робочій точці вихідної ВАХ (рис. 4).

10. Розрахунок частотної характеристики підсилювача.

Якісно частотна характеристика підсилювача ПНЧ розраховується за співвідношенням, яке отримується з аналізу схеми заміщення вихідного кола (рис. 2) по змінній складовій сигналу.



Р ис. 2

В цій схемі заміщення ми нехтуємо конденсатором Ср1, що не впливає на якісний вигляд нормованої АЧХ і дозволяє отримувати приблизні значення граничних частот. Відповідно до схеми заміщення частотну характеристику можна отримати як К(f)= Uвих/І, тобто, як залежність від частоти коливань комплексного опору вихідного кола ПНЧ. Виходячи з цього:

,

де , , .

Розрахунок частотної характеристики за цими співвідношеннями проводиться на ЕОМ із складанням програми на будь – якій мові програмування ( за вибором курсанта ). Значення Rк, Rвих тр, Ср2 беруться розраховані номінальні, Rн, Сн – із завдання. В результаті повинні бути побудовані АЧХ - |К(f)| і ФЧХ – θ(f)=arg(К(f)) підсилювача. Приклад отриманих характеристик приведений на рис. 3. Потрібно відмітити, що у побудовах бажано застосовувати логарифмічний масштаб по осі частот, так як характеристики будуються в широкому діапазоні частот ( рекомендується 0 – 20 кГц ). З графіків необхідно визначити граничні частоти смуги пропускання підсилювача (fвгр та fнгр визначаються на нормованій АЧХ по рівню 0.707), порівняти їх із завданням і зробити висновки. Графіки привести на окремому аркуші курсової роботи.



Рис. 3

11. Перевiрка виконання вимог поставлених до підсилювача.

1. Підсилювач повинен забезпечувати задану потужність в навантаженні при амплітуді напруги вхідного сигналу Uвхmс.

2Отриманий коефіцієнт підсилення по потужності КРUКІ повинен бути більшим ніж вимагається, що дорівнює Рнвх, де Рвх= Ес2/4Rс.

3. Спроектований підсилювач задовольняє задані вимоги по величині частотних спотворень на нижній частоті смуги пропускання тому, що величини всіх ємностей вибрані з запасом.

4. Розрахований коефіцієнт нелінійних спотворень (коефіцієнт гармонік) Кг повинен бути менше заданого.

5. Коефіцієнт частотних спотворень спроектованого підсилювача на верхній частоті смуги пропускання - МВ повинен бути менше заданого МВзад. З урахуванням частотних спотворень, які вносяться транзистором - МВтр, МВВтр·МВСн, де МВСн- складова коефіцієнта частотних спотворень за рахунок конденсатора Сн, яка розраховується за співвідношенням: МВСн= .

Значення МВтр розраховується за формулою: МВтр= .

Заключення по курсовій роботі.

······

Спецiфiкацiя елементної бази підсилювача.

№пп

Позначення на схемі

Найменування

Кількість

Примітка







Резистори ГОСТ 2825-67







1.

R1

МЛТ-0,125-150±5%

1




2.

······

······

······










Конденсатори ГОСТ 21415-75







3.

С1

К50-3-5 мкФ-9 В

1




4.

······

······

······










Транзистори







5.

VT1

ГТ-108 А

1




6.

······

······

······





Вхідні і вихідні вах транзистора.



Рис. 4

Література.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас