Уфимский государственный авиационный технический университет

(наименование высшего учебного заведения)

Кафедра___Электроника___________________________________________

Дисциплина Электроника________________ ______________________

Специальность__АТП _____________________________________________

Курс__ 4____Группа __МХ-407 Семестр седьмой

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект (работу) студента

Исаева Виталия Викторовича

(фамилия, имя, отчество)

1. Тема проекта (работы)_Проектирование активного полосового фильтра

2. Срок сдачи студентом законченного проекта (работы)____________________________________

Исходные данные к проекту (работе): 1) Коэффициент усиления K=2; 2)Напряжение питания U_п = 6 В; 3) Частотный диапазон f=10002000 Гц; 4) Входное сопротивление R_вх = 50 кОм; 5) Выходное сопротивление R_вых = 2 кОм; 6) Коэффициент прямоугольности

K_п = 20 дб/дек.

3. Содержание расчётно-пояснительной записки (перечень подлежащих, разрабатываемых вопросов): 1. Постановка задачи ; 2. Выбор элементной базы ; 3. Расчёт ; 4 Вывод ; 5 Перечень используемой литературы ; 6 Приложение (чертежи)________________________

4. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей): 1. Принципиальная электрическая схема .

5. Дата выдачи задания_22.10.2008г____________________________________________________________________________

Содержание

Введение 3

1. Выбор схемы 4

2. Расчеты 6

3. Расчет межкаскадных связей 11

5. Схема в Micro Cap 8 12

4. Расчет надежности 14

Заключение. 16

Список использованной литературы 18

Введение

Активный полосовой фильтр предназначен для выделения и усиления сигналов в определенном диапазоне частот.

Рис. 1 Частотная характеристика активного полосового фильтра

Такие схемы применяются в системах, работающих на фиксированной частоте. В них они обеспечивают высокую помехоустойчивость. Частотная характеристика имеет вид острой резонансной кривой (рис. 1).

1. Выбор схемы

На основании вышеприведенной теории целесообразно применить активный полосовой фильтр на одном транзисторе (поскольку коэффициент усиления требуется не большой, т.е. К = 2). Режим работы транзистора – класс А. Схема включения транзистора – по схеме с общим эмиттером. Для того, чтобы обеспечить термостабилизацию работы транзистора применим схему с фиксирующей рабочей точкой базы на делителе напряжения. В качестве пассивного фильтра применим RC-цепи.

Формула расчета RC-элементов пассивного фильтра для полосы частот:

Нагрузка (Rн) включается в цепь коллектора обязательно через разделительный конденсатор. Построим эскиз схемы (рис. 2) и произведем теоретический расчет ее элементов.

Рис. 2. Активный полосовой фильтр.

Краткое описание схемы и ее элементов.

Активный полосовой фильтр собран на одном транзисторе VT1 по схеме с общим эмиттером с пассивным фильтром на RC-цепях C1, C2, R1, R2, которые рассчитываются и настраиваются на заданный диапазон частот (по заданию 1000-2000 Гц).

Здесь R3, R2 – делитель напряжения, и выполняет роль выбора рабочей точки транзистора (режим его работы) и термостабилизацию. R5 – сопротивление эмиттера, задает чувствительность (коэффициент усиления) каскаду.

Между фильтром и нагрузкой имеются разделительный конденсатор (С₃). Они предназначены для удаления постоянных составляющих из выходных сигналов каскадов.

2. Расчеты

Рис. 3. Схема выходного каскада

Дано: выходная сопротивление Rвых=2 кОм, напряжение питания Uпит = 6 В, коэффициент усиления Ку = 2.

Приняли: Rн = 100 Ом

Определение параметров нагрузки.

Ток на нагрузк: Iн = Uпит / Rн = 6 / 100 = 60 mA.

Мощность нагрузки: Pн = Uпит  Iн = 60,06=0,36 Вт

Выбор транзисторов, по допустимой мощности рассеяния на коллекторе, и максимальной амплитуде коллекторного тока:

Ток коллектора транзистора: Iк = Iн = 60 mA.

Мощность : Pmax = 0,36 Вт

Напряжение на переходе коллектор - эмиттер Uкэ = 6 В

По этим параметрам выбираем транзистор для фильтра:

BC547 со следующими параметрами:

Максимальный прямой ток коллектора: I_{k max} = 0,1 (A) Максимальное напряжение на транзисторе U_{кэ max} = 45 (B)

Мощность рассеивания: P_{k max} = 0,5 (Bт)

Коэффициент усиления: h₂₁ = 110-800 (среднее значение 440).

Материал полупроводника: Si.

Графоаналитический метод:

U_кэ = Е_п / 2 = 6 / 2 = 3 B (при усилении переменных сигналов на коллекторе, как правило, устанавливается половина напряжения питания при закрытом транзисторе)

I_к = Е_п / 2R_н = 6 / (2*100) = 0,03 A

В системе координат выходной характеристики строим треугольник мощности:

прямая U_нач. отсекает область существенной нелинейности токов базы, от U_нач. откладываем величину U_кэ, затем соединяем точки I_к и U_кэ. Далее строим Р_{к доп}- нагрузочная кривая, которая в данных расчётах не должна заходить в область треугольника мощности, но максимально приближаться к нему. Из этого следует, что транзисторы работают без радиаторов (т.е. рассеиваемая мощность на транзисторе не превышает его допустимой выходной мощности).

I, А

3

U, В

6010^-3

Рн

Iб = 70 мкА

Iк = 30 мА

Uэк = 3В

Рис. 4 Семейство выходных характеристик транзистора ВС547

7010^-6

I, А

U, В

I_б = 70 мкА

U_бэ0 = 760мВ

76010^-3

Рис.5 Входная характеристика транзистора ВС547

Определяем рабочую точку по входной характеристике.

I_{б 0} = 70 mкA U_{бэ 0} = 0,76 B

Определяем сопротивление резистора на коллекторе транзистора R4.

По заданию выходное сопротивление R4 = 2 кОм Примем 2 кОм по ряду Е24.

Определяем сопротивление резистора на эмиттере транзистора R5.

Этим сопротивлением определяется чувствительность каскада, т.е. коэффициент усиления. Поскольку в схеме применяется пассивный фильтр, то необходимо учитывать его коэффициент ослабления сигнала.

Как правило R₁=R₂=R, C₁=C₂=C. Тогда форбула примет вид:

Т.к. коэффициент ослабления сигнала 1/3 и коэффициент усиления фильтра должен быть 2 по заданию, то коэффициент транзисторного каскада должен быть 3*2=6

Определим Rэ:

По ряду Е24 примем R5 = 16 Ом.

Выбираем ток делителя из условия:

I_дел = (2…5)*I_бр ; I_бр = 70 mкA; I_дел=4 * 70 = 280 mкA.

Здесь I_дел – ток, протекающий по делителю напряжения;

I_бр – ток рабочей точки в цепи базы транзистора.

Падение напряжения на резисторе R₅ :

; U_бэ0 = 0,76 В.

Определение сопротивлений резисторов R3 и R2.

Цепь этих сопротивлений представляет собой делитель напряжения - и обеспечивают выбор рабочей точки транзистора и условия эмиттерной термостабилизации (т.е. I_б0 = const).

; .

По стандартному ряду Е24 примем R3 = 15 кОм, по ряду Е24 - R2 = 5,1 кОм.

Определяем элементов пассивного фильтра (C1, R1, R2, C2), настроенные на заданный диапазон частоты.

Эти элементы вычисляются по формуле: w₀=1/(RС).

R1=R2=5.1 кОм

Тогда по формуле: рассчитаем емкость конденсаторов фильтра:

Тогда C1 = C2 = 20 нФ.