Архив2 / курсовая docx200 / Kursovaya(36)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»

Курсовая работа

по теме:

«РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЕЙ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ»

Вариант 10

Работу выполнил:

студент группы РТЭ-11-10

Картинов Р. О.

Проверила:

Чебоксары – 2012

СОДЕРЖАНИЕ

1. Аннотация

2. Введение

3. Расчёт трёхкаскадного усилителя переменного тока

4. Заключение

5. Список используемой литературы

АННОТАЦИЯ

В данной курсовой работе рассмотрен многокаскадный усилитель. Он представляет собой трёхкаскадный усилитель переменного тока. Рассмотрен принцип действия усилителя. Также произведён его расчёт.

ВВЕДЕНИЕ

Как правило, коэффициент усиления одиночного транзисторного каскада не превышает нескольких десятков. Поэтому в случае необходимости получения больших значений коэффициента усиления используют многокаскадные усилители, построенные путём последовательного соединения нескольких одиночных каскадов. При таком соединении встает проблема согласования входных и выходных сигналов раз­личных каскадов как по постоянному, так и по переменному току, Ранее отмечалось, что усилительные устройства могут классифицироваться, в частности, и по виду межкаскадных связей. При этом было выделено две группы усилителей: усилители перемен­ного тока; усилители постоянного тока.

К первой группе относятся усилители с трансформаторными и RC-связями. Вторую группу, в основном, представляют усилители с гальваническими связями.

Особенностью усилителей первой группы является отсутствие между отдельными каскадами связи по постоянному току. Ввиду этого в каждом отдельном каскаде можно установить наиболее оптимальный режим работы по постоянному току, например с точки зрения коэффициента усиления или вносимых искажений. Однако, если в этих усилителях входной сигнал кроме переменной содержит и постоянную составляющую, то после усилителя информация о постоянной составляющей будет потеряна.

В усилителях с гальваническими связями необходимо заботиться о согласовании сигналов как по постоянному, так и по переменному току. Это накладывает определенные ограничения на выбор режимов работы транзисторов и в большинстве случаев существенно затрудняет проектирование усилителя.

РАСЧЕТ ТРЕХКАСКАДНОГО УСИЛИТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рисунок 1 - Схема трёхкаскадного усилителя переменного тока с RC-связями.

1. Исходные данные для расчета:

U_п=32В; R_н=40Ом; f_н=110Гц; f_в=30 кГц; =120; U_m=8В, S=4.

2. Рассчитаем каскад на транзисторе VT3. При этом определяем максимальный эмиттерный ток транзистора VT3 из условия, что на рабочей частоте резисторы R_э3 и R_н включены параллельно:

I_э3max =2 U_mвых(R_э3+R_н)/(R_э3 R_н).

Минимальное падение напряжения на резисторе R_к2

U_Rк2 min=U_п –2U_mн – U_бэз –U_кэ2.

Сопротивление резистора R_к2

R_к2 =U_rк2 min(h_21эз+1)/I_эзmax.

Для обеспечения термостабильности каскада воспользуемся известным соотношением

R_б=R_э(S_i – 1),

где S_i=2…5-коэффициент нестабильности.

Так как для каскада на транзисторе VT₃ R_б=R_к2, получаем

U_rк2 min(h_21эз+1)/I_эзmax=R_эз(S_i-1).

Для выбора типа выходного транзистора допустим, что R_н=R_эз. Тогда транзистор должен отвечать следующим требованиям:

I_кmax доп>U_mвых(2/R_н)=0,8 А;

U_кэ max доп > U_п=32 В;

f_р > f_в=3*10⁴ Гц;

P_к > (U_п – U_m)² /R_н=(32 – 8)²/40=14,4 Вт.

По полученным данным, по справочнику выбираем транзистор КТ 816Б со следующими параметрами:

U_кэ=45 В; I_кmax=3 А; P_к=25Вт h_21э=25; f_гр=3 МГц.

Полагая U_Rэ2=2 В, S_i=4, U_бэз=0.8 В, с учетом выражения для минимального напряжения на резисторе R_к2, находим

Ом

Принимаем R_эз=280 Ом.

3. Рассчитываем каскад на транзисторе VT2:

Ом

Определяем ток покоя транзистора VT2

мА

R_э2=U_rэ2/I_к2п=2/0,03=67 Ом.

Транзистор VT₂ должен отвечать следующим требованиям:

I_кmax доп>U_п/R_к2=32/750=42,7 мА;

U_кэ max доп>U_п=32 В;

f_р>3·10⁴ Гц;

P_к max доп>I_кпU_кэп=28 8=224 мВт.

По полученным данным по справочнику выбирают транзистор

КТ 503В со следующими параметрами:

U_кэ max доп =40 В;

I_к max доп =150 мА;

P_к max доп =350 мВт;

h₂₁=40-120;

f_гр=5 МГц.

На основе известного расчетного соотношения: R_б=R_э(S_i-1) получаем

R_б2=R_э2(S_i-1)=67(4-1)=201 Ом.

Тогда (R_бз·R_б4)/(R_бз+R_б4)=R_б2;

U_п·R_б4(R_бз+R_б4)=U_rэ2+U_бэ2=U_б2.

Из приведенных выражений при условии U_бэ=0.8 В находим:

Ом.

Ом.

Принимаем 2,3 кОм

Ток покоя базы транзистора VT2

I_б2п=I_к2п/h_21э=28/40=0.7 мА.

Ток делителя на резисторах R_бз,R_б4

I_дел = U_п/(R_бз+R_б4)=32/(2300+219)=13 мА;

I_дел>>I_б2п-отвечает условию независимости выходного напряжения делителя U_б2 от тока базы VT2 .

Сопротивление нагрузки каскада на транзисторе VT2

R_н=R_к2║(R_эз║Rн)h_21эз=Ом.

Коэффициент усиления каскада на транзисторе VT2 без учета действия цепи местной ООС (R_вх=262 Ом)

К_uк = R_к h_21э/R_вх=133840 / 262=204,3 204 .

Сопротивление нагрузки для каскада на транзисторе VT1 по переменному току

1/R_н2=1/R_бз+1/R_б4+1/R_вх=1/2.3+1/0.22+1/0,26;

R_н2=113 Ом.

4. Рассчитываем каскад на транзисторе VT1.

Резистор R_к1 определяют из условия

R_к1=>>R_н2.

Принимаем R_к1=1 кОм.

Ток покоя транзистора VT1 в предположении , что U_к1=U_п/2, равен

I_к1п=(U_п-U_к1)/R_к1=(32-16)/1000=16 мА.

Транзистор VT1 выбираем из условий:

I_кmax доп >U_п/R_к1=32/1000=32 мА;

U_кэ max доп >U_п=32 В;

f_р>3 · 10⁴ ;

P_к max доп > I_к1п U_кэп=168=128 мВт.

Этим требованиям удовлетворяет транзистор КТ 315 Г:

U_кэ=35 В, I_к=100 мА, P_к=150 мВт,

h_21э=50…350 , f_гр=250 МГц.

Ток покоя базы транзистора VT1:

I_б1п=I_кп/h_21э min=16/50=0,32 мА.

Принимаем ток делителя на резисторах R_б, R_б2 равным

I_дел1 = 10 I_б1п.

Тогда

R_б1+R_б2=U_п/I_д1=32/(10 ·0,32)=10 кОм.

Значение Rэ1=R′_э1+R″_э находим из условия:

R_б=R_э(S_i-1) в предположении S_i=4 и U_бэ1=0,75В

R_б1·R_б2/(R_б1+R_б2) = R_э1(S_i-1);

U_п R_б2/(R_б1+R_б2) = U_бэ1+I_кR_э1.

Решая приведенные уравнения и округляя полученные значения до ближайших из стандартного ряда величин, находим R_Б2=9064 Ом;

Принимаем R_б2=9.1 кОм;

R_б1=10 – R_б2=0.9 кОм.

кОм.

Для введения общей цепи ООС резистор R_э1 разделяют в соотношении

R′_э1=760 Ом; R″_э1=60 Ом.

Тогда коэффициент усиления каскада транзистора VT1 по переменному току:

К_u1=R_н2║R_к1/R״_э1=

Входное сопротивление усилителя для переменной составляющей находим из условия:

1/R_вх=1/R_б1+1/R_б2+1/R_б2+1/(h_21э1 R״_э1)=1/900+1/9100+1/(5060) ,

откуда R_вх=644 Ом.

5. Рассчитываем цепи связи и конденсаторы цепи местной ООС

Расчет конденсаторов схемы выполняют, полагая что разделительные и эмиттерные конденсаторы формируют значение f_н, а конденсатор C_ос – значение f_в усилителя. Так как усилитель трехкаскадный, то для получения требуемого значения ω_н необходимо, чтобы частота среза каждого каскада была равна ω_срн<ω_н/2. Тогда суммарный коэффициент усиления на частоте ω_н достигнет 3 дБ.

Используя выражения для усилителя с RC-связями, получим:

R₂=(R_б R_c)/(R_б+R_с);

(R_c+R_б)С_р=R_эС_э.

Тогда соответственно получим для каскада на транзисторе VT1:

R₂=R_б1R_б2/(R_б1+R_б2)+h_21Э·R″_э= кОм;

;

ω_ср = π·f_н=110π.

Принимаем С_э1=50 мкФ;

C_р1=760·50·10^-6 /3819=10 мкФ.

Для каскада на транзисторе VT2:

1/R₂=1/R_б3+1/R_б4+1/R_к1=1/2329+1/219+1/1000

откуда R₂=167 Ом.

.

Принимаем С_э2=1000 мкФ;

мкФ.

Принимаем С_Р2=300 мкФ

Конденсатор С_р3 выбираем в предположении, что выходное сопротивление эмиттерного повторителя равно нулю. Тогда для выходной цепи справедлива передаточная функция

W(p)=T₁p/(T₁p+1),

где, T₁=R_н C_р3.

Отсюда:

С_р3=1/ω_срR_н=1/(110π·40)=72 мкФ.

Принимаем С_р3=100 мкФ.

6. Рассчитываем цепи общей ООС.

Цепь общей ООС имеем передаточную функцию:

W(p)_оос=К(T₁p+1)/(T₂p+1),

где:

К=R″_э1/(R″_э1+R_ос);

T₁=R_ос·C_ос;

T₂=R_ос·R″_э1·С_ос/(R_ос+R″_э1).

Для расчета цепи ООС определяем частоты среза для каждого каскада характеризующихся собственными частотными свойствами транзисторов.

Для каскада на VT1: f_ср1=250·10⁶/350=714 кГц.

Для каскада на VT2: f_ср2=5·10⁶/120=42 кГц.

Для каскада на VT3: f_ср3=3·10⁶/25=120 кГц.

Следовательно, цепь ООС должна обеспечить спад частотной характеристики в диапазоне частот f_н<f<f_ср2.

Суммарный коэффициент усиления усилителя без цепи ООС:

КΣ=К_u1·К_u2=1.7·204=347

Требуемый коэффициент усиления К_uΣ=120.

Тогда коэффициент передачи цепи по постоянному току

Отсюда

R_ос=R″_э1/К =кОм.

Принимаем R_ос=10.9 кОм;

.

Принимаем С_ос=50 нФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Требования к современным усилителям настолько высоки, что их невозможно обеспечить одним каскадом усиления. Действительно, большое входное сопротивление обеспечивает входной каскад с малым усилением, большой усиления – маломощные промежуточные каскады, заданную мощность в нагрузке – мощный выходной каскад. Ввиду этого усилительные устройства почти всегда оказываются многокаскадными.

В многокаскадном усилителе выход предыдущего каскада соединяется с выходом последующего. Связь каскадов осуществляется через конденсатор, трансформатор или непосредственно.

В усилителях, выполненных в виде интегральных схем, возможны непосредственные связи меду каскадами. Трансформаторную связь используют

В избирательных усилителях, а реализуется она на частично включенном резонансном контуре. Конденсаторную связь применяют для подключения источника сигнала ко входу ИС, выходу ИС к нагрузке или для связи отдельных усилителей меду собой.

Достоинство каскадных усилителей проявляется при их использовании для усилителей высокочастотных радиосигналов. Благодаря уменьшению паразитной обратной связи, которая имеет место в однокаскадных усилителях, в каскадных значительно уменьшаются собственные высокочастотные шумы, обеспечивается устойчивость. Поэтому каскадные усилители используют в качестве входных каскадов малошумящих высокочастотных усилителей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И., Аналоговая и цифровая

электроника. М.: Радио и связь , 1996 . 768 с.

2. Ежов Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей. – М.:И П Радио Софт, 2002.- 272с.:ил.

3. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. М.: Радио и связь, 1990.512с.

4. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник – 2-е изд. /А.А Зайцев и др.; под ред. А.В Голомедова.-М.: Радио и связь, КУБК-а, 1995.-384с.

5. Полупроводниковые приборы транзисторы средней и большой мощности: Справочник 3-е изд./А.А Зайцев и др.; под ред. А.В. Голомедова. -М.: КУБК - а,1995.-640с.

6. Полупроводниковые приборы: Справочник /Под ред. Н.Н. Горюнова.-М.: Энергоатомиздат, 1984.