Розрахунок імпульсного підсилювача

Міністерство загальної та професійної освіти РФ

Пензенський Державний Університет

Кафедра ІБСТ

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсового роботі по темі

«Розрахунок імпульсного підсилювача»

Дисципліна: Електроніка та схемотехніка

Група 02-ПК1

Розробив студент

Євстигнєєв С.А.

Проект прийнятий з оцінкою

Керівник проекту

Богданов В.В.

Пенза 2008

Реферат

Пояснювальна записка містить 20 сторінок, 2 таблиці, 3 джерела, 2 додатки.

Імпульсний підсилювач, транзистор, каскад, робоча точка, резистор.

Об'єктом дослідження є імпульсний підсилювач.

Метою роботи є розрахунок імпульсного підсилювача з коефіцієнтом посилення К = 250 при вхідній напрузі U _вх = 20 мВ і вихідній напрузі U _вих = 5 В, напрузі живлення Е _к = 10 В, опором навантаження R _н = 2 кОм, тривалості імпульсу t _u = 20 мкс, тривалістю фронту імпульсу t _ф = 2 мкс, ємністю навантаження C _н = 100 пФ, позитивної полярністю вхідних імпульсів, спадом імпульсу = 0.1.

Зміст

Введення

1. Розрахунок імпульсного підсилювача

1.1 Вибір схеми підсилювача

1.2 Вибір транзистора

1.3 Розрахунок кінцевого каскаду

1.3.1 Робоча точка кінцевого каскаду

1.3.2 Розрахунок опорів кінцевого каскаду

1.4 Розрахунок першого каскаду підсилювача

1.4.1 Робоча точка першого каскаду

1.5 Розрахунок ємностей підсилювача

1.6 Розрахунок розсіюючих потужностей резисторів

Висновок

Програми

_{Введення}

В даний час немає жодної галузі науки і техніки, де не застосовувалася б електроніка. А основою електроніки на сьогоднішній день є підсилювальний каскад, заснований на застосуванні транзистора. Вони можуть бути успішно використані не тільки в класі пристроїв, для яких вони розроблені, але і в багатьох інших пристроях.

В електронних пристроях транзистори можуть включатися по схемі із загальною базою (ПРО), з загальним емітером (ОЕ) і загальним колектором (ОК). Найкращими підсилювальними властивостями (посилення струму, напруги та потужності) має транзистор в схемі з ОЕ. У схемі з ПРО посилення потужності порівняно менше, ніж у схемі з ОЕ. Крім того, у схемі з ПРО транзистор має порівняно малу вхідний і великий вихідний опір, що ускладнює узгодження каскадів.

У схемі з ОК транзистор теж забезпечує менший посилення потужності. Однак у схемі з ОК транзистор має порівняно великий вхідний і невелике вихідний опору, і тому схема з ОК часто застосовується як погодить каскаду між джерелом сигналу з високоомним вихідним опором і низкоомной навантаженням. Найбільш ж часто в електронних пристроях застосовується включення транзистора по схемі з ОЕ.

При розробці, виготовленні та експлуатації напівпровідникових приладів слід приймати до уваги їхні специфічні особливості. Висока надійність радіоелектронної апаратури може бути забезпечена тільки при обліку таких чинників, як розкид параметрів транзисторів, їх температурна нестабільність і залежність параметрів від режиму роботи, а також зміна параметрів транзисторів у процесі експлуатації.

Під впливом різних факторів навколишнього середовища деякі параметри, характеристики та властивості транзисторів можуть змінюватися. Для герметичній захисту транзисторних структур від зовнішніх впливів служать корпуси приладів.

Дедалі більшого поширення набувають так звані безкорпусні транзистори, призначені для використання в мікросхемах і мікроскладаннях. Кристали таких транзисторів захищені спеціальним покриттям, але воно не дає додаткового захисту від впливу навколишнього середовища.

При конструюванні пристроїв необхідно прагнути забезпечити їх працездатність в можливо більш широких інтервалах змін найважливіших параметрів транзисторів. Розкид параметрів і їх зміна в часі при конструюванні можуть бути враховані розрахунковими методами чи експериментально - методом граничних випробувань.

_{1. Розрахунок імпульсного підсилювача}

_{1.1 Вибір схеми підсилювача}

Імпульсний підсилювач напруги є попереднім підсилювачем сигналу, що забезпечує нормальну роботу УМ. Для розрахунку імпульсного підсилювача необхідно мати такі вихідні дані:

напруга живлення E _k = 8 (В);

вхідна напруга U _вх = 50 (мВ);

вихідна напруга U _вих = 4 (В);

опір навантаження R _н = 3 (кОм);

тривалість імпульсу t _і = 50 (мкс);

тривалість фронту імпульсу t _ф = 2 (мкс);

ємнісний опір навантаження С _н = 4 (пФ);

полярність імпульсу: негативний.

Загальний необхідний коефіцієнт підсилення:

K = - = - = 80;

Даний підсилювач повинен містити дві каскаду. Коефіцієнт посилення на кожному каскаді

К1 = 10 і К2 = 8

Коефіцієнт посилення каскаду характеризує статичний коефіцієнт передачі струму h _21Е, який також характеризує підсилювальні властивості транзистора. Чисельне значення цього параметра показує, у скільки разів струм колектора більше викликав його струму бази. Чим більше коефіцієнт h _21Е, тим більше посилення сигналу може забезпечити даний транзистор. При вимірі цього параметра транзистор включають по схемі з ОЕ. Визначаємо необхідний коефіцієнт передачі базового струму транзистора в схемі з загальним емітером:

(1)

де k _з - коефіцієнт запасу дорівнює: 1,3, R _{вх. е} = h _11е = 1000 Ом.

_{1.2 Вибір транзистора}

Розраховуємо загальний коефіцієнт підсилення:

(2)

Для вибору транзистора також необхідно розрахувати його граничну частоту:

(3)

де t _`ф - тривалість фронту імпульсу, яка припадає на один каскад, що розраховується за формулою:

Виходячи з цих параметрів і враховуючи, що на практиці транзистор необхідно вибирати з більшою граничною частотою, так як з підвищенням частоти вхідного сигналу коефіцієнт h _21е транзистора зменшується, з довідника був вибраний транзистор КТ315А, що володіє наступними характеристиками:

h _21Емін = 20;

f _{h 21етреб} = 2 ∙ 10 ⁷ (Гц);

Р _Кмакс = 150 (мВт) при t = 20 ⁰ C;

t _макс = 100 ⁰ С;

I _Кпост = 100 (мА);

є транзистором n - p - n типу;

_{1.3 Розрахунок кінцевого каскаду}

_{1.3.1 Робоча точка кінцевого каскаду}

Першим кроком у виборі режиму роботи транзистора по постійному току є визначення робочої точки. Визначення робочої точки для першого каскаду було вироблено графоаналітичним методом.

Рис.1

Даний метод полягає в побудові на графіку вихідної характеристики транзистора робочої прямій. Робоча пряма проходить через точки U _ке = E _к і I _к = E _до ÷ R _н і перетинає графіки вихідних характеристик (струми бази). Для досягнення найбільшої амплітуди при розрахунку імпульсного підсилювача робоча точка була обрана ближче до найменшого напрузі т.к у кінцевого каскаду імпульс буде негативний. За графіком вихідних характеристик (рис.1) були знайдені значення I _Кпост = 4,5 мА, U _КЕпост = 0,5 В, а також I _Бпост. = 0,1 мА.

Для знаходження напруги база-емітер U _БЕпост на графіку вхідних характеристик було відкладено значення I _Бпост (див. рис 2).

Для робочої точки кінцевого каскаду були розраховані такі значення:

U _КЕпост = 0,5 (В);

I _Кпост = 4,5 (мА);

I _Бпост = 0,1 (мА);

U _БЕпост = 0,4 (В);

_{1.3.2 Розрахунок опорів кінцевого каскаду}

Вхідний опір транзистора визначається за формулою (4):

(4)

Формула (4) надалі знадобиться для обчислення коефіцієнта посилення каскаду без негативного зворотного зв'язку (ООС).

Визначаємо максимальну потужність:

Для того щоб транзистор задовольняв умовам проекту має виконуватися співвідношення (5):

(5)

де (6)

Співвідношення (5) виконується, так як 0,0225 <0,075, тому даний транзистор задовольняє умовам проекту. Загальний опір колекторному ланцюзі по постійному струмі для кінцевого каскаду розраховується за формулою (7):

(7)

Для розрахунку підсилювача по змінному струмі необхідно спочатку за формулами (8) і (9) обчислити значення коефіцієнта посилення каскаду без негативного зворотного зв'язку та необхідного коефіцієнта посилення відповідно.

(8)

де R _вхЕ розраховується за формулою (4).

(9)

Глибина зворотного зв'язку каскаду g розраховується за формулою (10).

(10)

де k _ос = k _треб = 10.

За формулою (11), розраховуємо опір, що забезпечує негативний зворотний зв'язок:

(11)

де g визначається формулою (10).

Колекторне опір R _до розраховується за формулою (14).

(14)

де (R _К + R _Е) визначається формулою (7).

Розділове опір R ₂ обчислюється за формулою (15).

(15)

де R _Е і I _Справ визначаються формулами (13) і (16) відповідно.

(16)

Розділове опір R ₁ обчислюється за формулою:

Вхідний опір розраховується за формулою:

_{1.4 Розрахунок першого каскаду підсилювача}

_{1.4.1 Робоча точка першого каскаду}

Оскільки на перший каскад подається позитивний імпульс, робоча точка вибирається на осі струму бази, причому так, щоб робоча пряма перетиналася з цією віссю в точці, проекція якої на вісь U _ке буде мати найбільшу напругу. За робочої точці першого каскаду були знайдені наступні значення:

U _кепост = 7 (В)

I _Кпост = 1 (мА)

I _бпост = 0,05 (мА)

U _БЕП = 0,35 (В)

Для розрахунку підсилювача по змінному струмі необхідно спочатку за формулами (8) і (9) обчислити значення коефіцієнта посилення каскаду без негативного зворотного зв'язку та необхідного коефіцієнта посилення відповідно.

де R _вхЕ розраховується за формулою (4).

Глибина зворотного зв'язку каскаду g розраховується за формулою (10).

де k _ос = k _треб = 25.

Глибину зворотного зв'язку також можна обчислити за формулою (11).

З формули (12) легко отримати формулу для розрахунку опору, що забезпечує негативний зворотний зв'язок (12).

де g визначається формулою (10).

Колекторне опір R _до розраховується за формулою (14).

де (R _К + R _Е) визначається формулою (7).

Розділове опір R ₂ обчислюється за формулою (15).

де R _Е і I _Справ визначаються формулами (13) і (16) відповідно.

Розділове опір R ₁ обчислюється за формулою:

Вхідний опір R _вх1 підсилювача знаходять за формулою:

_{1.5 Розрахунок ємностей підсилювача}

Для визначення ємностей конденсаторів, що забезпечують допустимий спад імпульсу необхідно розрахувати співвідношення перерозподілу спотворень по місткостях:

де δ - відносний спад вершини рівний 0,01, δ В - рівний 0,05

Розділові ємності розраховуються за формулою:

Для розрахунку місткості емітерний кола необхідно розрахувати відносний спад, що припадає на ємність конденсатора в ланцюзі автоматичного зсуву:

де

_{1.6 Розрахунок розсіюючих потужностей резисторів}

Розсіюючі потужності резисторів, наведені у таб.1, обчислюється за формулою:

Таблиця 1.

_{Висновок}

У процесі проведеної роботи з початковим параметрами була розрахована схема двокаскадного імпульсного підсилювача. Підсилювач побудований за схемою з загальним емітером на транзисторах КТ315А (кремнієвий n - p - n типу) і забезпечує коефіцієнт посилення по напрузі К = 250. Схема містить резистори МЛТ ОЖО.467.104ТУ: R 1 = 820 (Ом), R2 = 6,8 (кому), R3 = 2 (кому), R4 = 160 (Ом), R5 = 120 (Ом), R6 = 20 (кОм), R7 = 2 (кому), R8 = 56 (Ом), конденсатори ТКЕ ОЖО.461.093ТУ С1 = С2 = С4 = 0,12 (мкФ), С3 = 1 (мкФ).

Таким чином, завдання на курсову роботу виконано в повному обсязі.

_{Список використаних джерел}

В.В. Богданов. Розрахунок підсилювальних схем на дискретних елементах: Методичні вказівки. - Пенза, 1991. -18 С.

Н.І. Чистяков. Довідник радіоаматора - конструктора. - Москва, 1983. - 560 с.

Горюнов М.М., Клейман А.Ю., Комков М.М. Довідник по напівпровідникових діодів, транзисторів і інтегральних схем. - Москва, 1976. -744 С.

_{Програми}

Додаток А

Принципова СХЕМА ІУ

Додаток Б

ПЕРЕЛІК ЕЛЕМЕНТІВ

Таблиця 2.