Реферат: Резисторный каскад предварительного усиления на биполярном транзисторе

Министерство образования Российской Федерации

Институт переподготовки кадров

Уральского государственного технического университета

Кафедра микропроцессорной техники

Оценка проекта

Члены комиссии

Резисторный каскад предварительного усиления на биполярном транзисторе

Курсовой проект

Пояснительная записка

Руководитель доц., к.т. н. И.Е. Мясников

Слушатель гр. СП-923 А.Б. Любимов

2000

Реферат

Курсовая работа оформлена на 35 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 16 источников использованной литературы и 5 приложений.

Курсовая работа рассчитана по следующим данным:

Задача 1

Рассчитать резисторный каскад предварительного усиления на биполярном транзисторе. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером и должен иметь эмиттерную стабилизацию точки покоя. Развязывающий фильтр (C_ф, R_ф) отсутствует. Питание цепей смещения и коллекторных цепей осуществляется от общего источника.

U_вх=0,1 В

U_н=2 В

R_i=5 кОм

R_н=3 кОм

C_н=50 пФ

f_н=20 Гц

f_в=2 Мгц

М_н=1,2 дБ

М_в=1,5 дБ

Необходимо выполнить следующее:

Начертить принципиальную электрическую схему каскада;

Выбрать тип транзистора;

Выбрать режим работы транзистора по постоянному току (U_ок, I_ок, I_об, U_обэ);

Рассчитать номиналы резисторов R₁, R₂, R_к, R_э и выбрать их тип;

Рассчитать номиналы конденсаторов C₁, C₂, C_э и выбрать их тип;

Определить коэффициент усиления каскада по напряжению K_U на средней частоте рабочего диапазона;

Составить эквивалентные схемы каскада и рассчитать частотную характеристику каскада в диапазоне от 0,1f_н до 3f_в, построить ее.

Задача 2

Используя данные, полученные при решении задачи 1, рассчитать частотную характеристику каскада для заданных ниже изменений. Начертить полученную характеристику на одном графике с частотной характеристикой задачи 1 и сделать вывод о влиянии заданного изменения на вид частотной характеристики.

Ввести в схему элемент ВЧ коррекции дросселем L=0,01 мГн, начертить принципиальную схему получившегося каскада.

Задача 3

Зная напряжение питания усилителя, рассчитать транзисторный стабилизированный источник напряжения компенсационного типа.

U_вых=12 В

I_вых=10 мА

a_вых= b_вых=0.1 %

a_вх= b_вх=15 %

Ключевые слова:

Усилитель, транзистор, конденсатор, резистор, частота, диод, обратная связь, напряжение, ток, емкость, сопротивление, входная характеристика, выходная характеристика, коэффициент усиления, эквивалентная схема, частотная характеристика, частотная коррекция, амплитудные значения.

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Общие понятия...…………...................................................................5

1.2. Типы усилителей.............……..............................................................5

2. Основная часть

2.1. Расчет каскада предварительного усиления.............................……...6

2.1.1. Принципиальная схема каскада...................................…......…........6

2.1.2. Выбор транзистора..........................................................…..............6

2.1.3. Выбор режима работы транзистора по постоянному току и

расчет номиналов элементов усилителя...........................................…......7

2.2. Расчет амплитудно-частотной характеристики.........................….....10

2.3. Расчет частотной характеристики

каскада с элементом ВЧ коррекции............................................................14

2.4. Расчет стабилизированного источника напряжения

компенсационного типа..............................................................................15

2.5 Расчет выпрямителя..............................................................................18

Заключение

Литература

Приложения

Введение

Общие понятия

В современной технике широко используется принцип управления энергией, позволяющий при помощи затраты небольшого количества энергии управлять энергией, но во много раз большей. Форма как управляемой, так и управляющей энергии может быть любой: механической, электрической, световой, тепловой и т.д.

Частный случай управления энергией, при котором процесс управления является плавным и однозначным и управляемая мощность превышает управляющую, носит название усиления мощности или просто усиления; устройство, осуществляющее такое управление, называют усилителем.

Очень широкое применение в современной технике имеют усилители, у которых как управляющая, так и управляемая энергия представляет собой электрическую энергию. Такие усилители называют усилителями электрических сигналов.

Управляющий источник электрической энергии, от которого усиливаемые электрические колебания поступают на усилитель, называют источником сигнала, а цепь усилителя, в которую эти колебания вводятся, - входной цепью или входом усилителя. Источник, от которого усилитель получает энергию, преобразуемую им в усиленные электрические колебания, назовем основным источником питания. Кроме него, усилитель может иметь и другие источники питания, энергия которых не преобразуется в электрические колебания. Устройство, являющееся потребителем усиленных электрических колебаний, называют нагрузкой усилителя или просто нагрузкой; цепь усилителя, к которой подключается нагрузка, называют выходной цепью или выходом усилителя.

Усилители электрических сигналов (далее просто усилители), применяются во многих областях современной науки и техники. Особенно широкое применение усилители имеют в радиосвязи и радиовещании, радиолокации, радионавигации, радиопеленгации, телевидении, звуковом кино, дальней проводной связи, технике радиоизмерений, где они являются основой построения всей аппаратуры.

Кроме указанных областей техники, усилители широко применяются в телемеханике, автоматике, счетно-решающих и вычислительных устройствах, в аппаратуре ядерной физики, химического анализа, геофизической разведки, точного времени, медицинской, музыкальной и во многих других приборах.

Типы усилителей

Усилители делятся на ряд типов по различным признакам. По роду усиливаемых электрических сигналов усилители можно разделить на две группы:

– усилители гармонических сигналов, предназначенные для усиления периодических сигналов различной величины и формы, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее длительности устанавливающихся процессов в цепях усилителя.

– усилители импульсных сигналов, предназначенные для усиления непериодических сигналов, например непериодической последовательности электрических импульсов различной величины и формы.

По ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых частот усилители делятся на ряд следующих типов:

– усилители постоянного тока или усилители медленно меняющихся напряжений и токов, усиливающие электрические колебания любой частоты в пределах от низшей нулевой рабочей частоты до высшей рабочей частоты.

– усилители переменного тока, усиливающие колебания частоты от низшей границы до высшей, но неспособные усиливать постоянную составляющую сигнала.

– усилители высокой частоты (УВЧ), предназначенные для усиления электрических колебаний несущей частоты, например принимаемых приемной антенной радиоприемного устройства.

– усилители низкой частоты (УНЧ), предназначенные для усиления гармонических составляющих не преобразованного передаваемого или принимаемого сообщения.

Усилители низкой частоты характеризуются большим отношением высшей рабочей частоты к низшей, лежащим в пределах 10 - 500 для усилителей звуковых частот и превышающим 10⁵ для некоторых типов видео усилителей. Усилители с высшей рабочей частотой порядка сотен килогерц и выше, одновременно имеющие большое отношение высшей рабочей частоты к низшей, обычно называются широкополосными усилителями.

Избирательные усилители усиливают электрические сигналы в очень узкой полосе частот.

Из трех типов транзисторных каскадов для усиления напряжения пригодны два: каскад с общей базой и каскад с общим эмиттером. Каскад с общим коллектором может быть применен в многокаскадных системах, однако непосредственного усиления напряжения такой каскад не дает и выполняет вспомогательную роль.

Для усиления напряжения звуковых частот наиболее пригоден каскад с общим эмиттером, так как он имеет более высокое входное и более низкое выходное сопротивления по сравнению с каскадом с общей базой.

Расчет каскада предварительного усиления

Принципиальная схема каскада

_­­Принципиальная схема каскада предварительного усиления представлена на рис.1 приложения 1.

Выбор транзистора

Для резисторного каскада транзистор выбирают по трем параметрам: верхней граничной частоте f_, величине тока покоя коллектора I_K0, и наибольшему допустимому напряжению коллектора U_{КЭ доп}.

Граничная частота передачи тока базы f_ должна более чем в 5 раз превышать заданную верхнюю частоту усилителя f_в:

f_5 f_в = 10⁷ Гц.

Ток покоя коллектора выбирается из условия

I_{К доп} > I_К0 > 1.5 I_н,

где

I_н = U_н / R_н = 667 мкА.

Напряжение питания усилителя Е_к должно быть выбрано исходя из значения наибольшего допустимого напряжения коллектора, т.е. меньше 0.8 U_{КЭ доп}.

Поставленным требованиям удовлетворяет транзистор КТ315Б. Его параметры:

– f_ = 250 Мгц

– I_{К доп} = 100 мА >> 1.5 I_н = 1 мА

– U_{КЭ доп} = 25 В. Зададимся Е_К = 12 В < 0.8U_{КЭ доп} = 20 В.

Выбор режима работы транзистора по постоянному току и расчет номиналов элементов усилителя

Сначала по семейству выходных характеристик транзистора (рис.2 приложения 1) выберем рабочую точку. Для этого построим нагрузочную прямую по переменному току: выберем значение максимального тока коллектора I_{К макс} таким образом, чтобы точка, соответствующая выбранной величине, располагалась по меньшей мере над пятью - шестью кривыми i_K = f (U_K) при i_Б = const, приведенными в справочнике. Из этих соображений выбираем значение

I_{K макс} =15 мА.

Значение максимального напряжения на коллекторе U_{K макс} = Е_К. Ток I_К0 можно взять равным половине I_{К макс}:

I_K0 = 0.5 I_{K макс} = 8 мА.

Рассчитываем сопротивление в цепи эмиттера R_Э. Для этого прежде всего зададимся падением напряжения на нем:

U_Rэ = 0.2 E_К = 2.4 В,

Отсюда

R_Э = U_RЭ / I_Э0  U_RЭ / I_K0 = 300 Ом.

Теперь с помощью выбранной рабочей точки определяем напряжение покоя между коллектором и эмиттером:

U_КЭ0 = 5.5 В.

По входной характеристике (рис.3 приложения 1) находим: ток покоя базы, напряжение покоя между базой и эмиттером, и входное сопротивление каскада (по переменному току):

I_Б0 = 0.1 В,

U_БЭ0 = 0.47 В,

R_{ВХ ОЭ}  R_{ВХ ~} = 860 Ом.

Сопротивление в цепи коллектора R_K рассчитываем аналогично R_Э, задавшись напряжением на нем:

U_Rк = E_K – U_Rэ – U_КЭ0 = 4.1 В,

R_K = U_Rэ / I_K0 = 510 Ом.

Расчет делителя произведем, задавшись значением R₂:

R₂ = 10 R_{вх ОЭ} = 8.6 кОм,

Затем рассчитываем R₁ с помощью следующего выражения:

(E_К – (U_Rэ – U_БЭ0)) R₂ R_вх

R₁ = –––––––––––––––––––––– = 20 кОм,

(U_Rэ – U_БЭ0) (R₂ + R_вх)

где

U_Rэ + U_БЭ0

R_вх = –––––––––– = 28.7 кОм.

I_Б0

Сопротивление нагрузки цепи коллектора переменному току R_K0 образовано параллельным соединением R_Н и R_К и равно

1

R_К~ = –––––––––– = 436 Ом.

1 1

–– + ––

R_К R_Н

Максимальный ток нагрузки равен

U_Н

I_НМ = –––– = 4.6 мА,

R_К

масимальный входной ток каскада

I_НМ 4.6

I_{вх м} = ––– = ––– = 0.09 мА,

_мин 50

отсюда коэффициент усиления каскада по току

U_Н

К_I = –––––– = 7.4.

R_Н I_{вх м}

Максимальное входное напряжение

U_{вх м} = I_{вх м} R_{вх ОЭ} = 0.077 В,

откуда получаем коэффициент усиления по напряжению

U_Н

K_U = –––– = 26.

U_{вх м}

Для расчета разделительных конденсаторов С_р1 и С_р2 необходимо задаться коэффициентом частотных искажений на нижней рабочей частоте М_НР, вносимых этим конденсатором, распределяя заданные допустимые искажения M_Н = 1.2 дБ между разделительным С_р и блокировочным С_Э конденсаторами. Пусть

М_НР = М_{НЭ ­­}= 0.6 дБ = 1.07 раза,

тогда

0.159

С_р1,2  –––––––––––––––––––– = 6 мкФ,

f_н (R_К + R_Н)  М_НР² – 1

a ­­__________________

0.16  (1+S^”_ЭС R_Э)² – М_НЭ²

С_Э  ––––––––––––––––––––––––– = 6000 мкФ,

f_н R_Э  М_НЭ² – 1

где

1 + _макс

S^”_ЭС = ––––––––––– = 0.1 См,

R_ист + R_{вх ОЭ}

где

R_i R_дел

R_ист = –––––––– = 2.7 кОм,

R_i + R_дел

где, в свою очередь,

R₁ R₂

R_дел = –––––––– = 6 кОм.

R₁ + R₂

Теперь рассчитаем коэффициент частотных искажений на верхней рабчей частоте M_В

­­ _____________

M_В =  1 + ( 2  f_В _В ) ;

здесь

_В = С₀ R_экв ,

где

0.16

С₀  С_{вх дин} = ––––––– + С_К (1 + К_U) = 1.9 · 10^–10 Ф,

f_ R_{вх ОЭ}

где С_К для выбранного транзистора С_К = 7 пФ. Далее

R_{вх ОЭ} R_ист

R_экв = –––––––––– = 0.65 кОм.

R_{вх ОЭ} + R_ист

Отсюда значение _В = 0.012мкс и M_В = 1.18, или в децибелах М_В =1.5 дБ, что соответствует поставленной задаче.

Расчет амплитудно-частотной характеристики каскада

Нашей задачей является выяснение поведения АЧХ каскада в его полосе пропускания и в прилегающих к ней областях. Диапазон охваченных расчетом частот простирается от 0.1 f_В до 3 f_В, т.е. от 2 Гц до 6 Мгц.

Эквивалентная схема каскада для расчета АЧХ на низких ( = 10 ... 10000 рад/с) частотах представлена на рис.4 приложения 1.

Коэффициент усиления каскада по напряжению

U_Н

K_U = –––– ,

U_ВХ

где

U_Н = I_Н R_Н,

где

U_Rк

I_Н = ––––––––– ,

1

R_Н + ––––

jC₂

где

U_Rк = i_К R_К = (SU₁ – i_н) R_К.

Подставим это выражение в предыдущее и после несложных преобразований получим

jC₂ S R_К

I_н = ––––––––––––––––– U₁.

jC₂ (R_К + R_Н) + 1

Теперь серией последовательных шагов найдем U_ВХ в зависимости от U₁:

напрэжение на R_Э

I_Э S U₁ + g_вх U₁

U_Rэ = ––– = ––––––––––––,

g_Э 1

jC_Э + –––

R_Э

напряжение на R_дел

S + g_вх

U_Rдел = U₁ + U_Rэ = U₁ + –––––––––––– U_1,

1

jC_Э + –––

R_Э

ток делителя

i_дел = U_Rдел / R_дел

входной ток каскада

i_вх = U₁ g_вх + i_дел

теперь

i_вх

U_вх = ––––– + U_Rдел ;

jC₂

откуда после подстановок i_вх, U_Rдел и серии преобразований получаем

[1 + jR_ЭС_Э + (S + g_вх) R_Э] (1 + jC₁ R_дел)

g_вх + ––––––––––––––––––––––––––––––––––––

R_дел (1 + jR_ЭС_Э)

U_вх = ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– U₁.

jC₁

Наконец, подставляем найденные U_вх и I_Н R_Н в формулу для К_U, а затем, перейдя к численным значениям номиналов элементов и упростив полученное выражение, найдем модуль К в следующем виде:

­­ ­_______________

К_U =  (a² + b²) / (c² + d²) .

здесь

a = –0.11 ²_,

b = –0.19 ³,

c = 137.3 – 1.56 ²,

d = 73.9  – 0.0014 ³.

График АЧХ каскада на низких частотах представлен на рис.7,8,9 приложения 1.

Эквивалентная схема каскада для расчета АЧХ на средних ( = 10000 ... 100000 рад/с) частотах представлена на рис.5 приложения 1.

Коэффициент усиления каскада по напряжению

U_Н

K_U = –––– ,

U_ВХ

где

U_Н = S U_ВХ (R_К || R_Н).

Подставляя последнее выражение в формулу для К_U, получим

S R_К R_Н

K_U = –––––––– = 140.

R_К + R_Н

Таким образом, мы видим, что на средних частотах заданного диапазона коэффициент усиления по напряжению не зависит от частоты и равен 140.

График АЧХ каскада на низких частотах представлен на рис.10 приложения 1.

Эквивалентная схема каскада для расчета АЧХ на высоких ( = 10⁵ ... 4·10⁷ рад/с) частотах представлена на рис.6 приложения 1.

Коэффициент усиления каскада по напряжению

U_Н

K_U = –––– .

U_ВХ

Ток в цепи коллектора

h_21Э I₁ = i_Cвых + i_Rк + i_Rн + i_Cн ,

или

h_21Э I₁ = U_Н (g_Cвых + g_Rк + g_Rн + g_Cн),

откуда

h_21Э I₁

U_Н = ––––––––––––––––––– .

g_Cвых + g_Rк + g_Rн + g_Cн

Здесь ток I₁ можно представить в виде

I₁ = U_ВХ g_вх ,

а, следоваательно,

h_21Э g_вх

К_U = ––––––––––––––––––– .

g_Cвых + g_Rк + g_Rн + g_Cн

Здесь

g_Cвых + g_Cн = j (C_вых + С_н),

где C_вых = С_К = 7 пф, а С_н = 50 пф,

1

g_н = –– ,

R_Н

следовательно

h_21Э g_вх

К_U = ––––––––––––––––––––––– .

1 1

j (C_вых + С_н) + –– + ––

R_Н R_К

Подставляя численные значения номиналов и находя модуль коэффициента усиления, имеем

­­ ­________

К_U = a / (b² + c²) ,

где

а = 320,

b = 2.29,

c = 0.57 · 10⁷ .

Из полученного выражения легко видеть, что при увеличении частоты коэффициент усиления падает, что и изображено на рис 11,12 приложения 1 (АЧХ каскада на высоких частотах).

Расчет частотной характеристики каскада с элементом ВЧ коррекции

Для поднятия АЧХ каскада на высоких частотах в цепь коллектора транзистора вводят элемент ВЧ коррекции в виде дросселя с индуктивностью L. В нашем случае необходимо ввести L = 0.01 мГн.

Схема такого каскада представлена на рис.1 приложения 2.

Расчет резистивного каскада с вышеупомянутыми изменениями в целом аналогичен расчету каскада без коррекции для высоких частот (см. п. 2.2), за исключением того, что в выражение для проводимости коллекторной ветви схемы будет входить кроме R_К также еще и сопротивление дросселя, зависящее от частоты: jL.

Эквивалентная схема для нижеследующего расчета представлена на рис.2 приложения 2.

Итак, коэффициент усиления каскада по напряжению

h_21Э g_вх

К_U = ––––––––––––––––––– .

g_Cвых + g_Rк + g_Rн + g_Cн

Здесь

g_Cвых + g_Cн = j (C_вых + С_н),

где C_вых = С_К = 7 пф, а С_н = 50 пф,

1

g_н = –– ,

R_Н

а

1

g_к = –––––––––,

R_К + jL

Подставляя выражения для проводимостей в выражение дла К_U, а затем приведя получившееся выражение к стандартному виду, имеем:

h_21Э g_вх

K_U = ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––.

j [ (C_вых + С_н) – L / (R_К² + ² L²)] + 1 / R_Н + R_К / (R_К² + ² L²)

Отсюда, подставив значения констант и упростив полученне выражение, найдем модуль коэффициента усиления каскада по напряжению в виде

­­ ­________

К_U = a / (b² + c²) ,

где

а = 320 · 10^–3,

1

b = 3.33 · 10^–4 + ––––––––––––––––––––,

510 + 1.96 · 10^–13²

10^–5

с = 4 · 10^–10 – –––––––––––––––––.

2.6 · 10^–5 +10^–10²

Полученная зависимость коэффициента усиления от частоты представлена на одном рисунке (рис.3,4 приложения 2) с АЧХ каскада без коррекции. Рисунок наглядно показывает преимущества каскада с коррекцией перед каскадом без коррекции – АЧХ каскада остается линейной далеко за пределами заданной верхней граничной частоты.

Расчет компенсационного стабилизированного источника напряжения компенсационного типа

Для нормальной работы усилителя на него необходимо подавать устойчивое постоянное напряжение питания. Так как для реализации этого условия простого выпрямителя переменного напряжения недестаточно, между последним и усилительным устройством ставят стабилизатор напряжения, который сглаживает пульсации напряжения питания, тем самым обеспечивая корректную работу усилительного устройства.

Компенсационный стабилизатор напряжения представляет собой управляемый делитель входного напряжения, состоящий из сопротивления нагрузки и регулирующего элемента, работающего в линейном (усилительном) режиме. Выходное напряжение стабилизатора сравнивается с эталонным (опорным) и возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается усилителем и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось достичь эталонного уровня.

Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения приведена на рис.1 приложения 3.

Исходные параметры стабилизатора следующие:

– нестабильность входного напряжения a_вх...................................0.15

– нестабильность выходного напряжения а_вых...............................0.001

– выходное напряжение U_вых, В.......................................................12

Максимальный выходной ток I_вых есть сумма токов делителя и коллектора, т.е.

E_К

I_вых = I_дел + I_К0 = ––––––– + I_К0 = 8.4 мА,

R₁ + R₂

или, с запасом,

I_вых = 10 мА.

Входное напряжение стабилизатора выберем из условия

U_вх – U_вх > U_вых + U_вых ,

или

U_вх (1 – a_вх) > U_вых (1 + а_вых),

или, подставив числа,

U_вх > 14.2 В.

Выберем значение входного напряжения с запасом:

U_вх = 18 В.

Далее, максимальное напряжение эмиттер-коллектор транзистора VT1

U_{КЭ1макс} = U_вх + U_вх – U_вых + U_вых = 8.7 В.

Выберем транзистор VT1 таким же, как и транзистор усилителя: КТ315Б. Для него

U_{КЭ1макс} = 8.7 В < U_{КЭ макс доп} = 25 В,

а

I_К1  I_{н макс} = 10мА < I_{К доп} = 100мА.

Выберем опорный стабилитрон из соображений, что напряжение на нем должно быть меньше минимального выходного напряжения стабилизатора:

U_оп < U_вых – U_вых .

Выбираем стабилитрон КС168А, т.к. его опорное напряжение – 6.8 В – удовлетворяет поставленному условию. Теперь выберем транзистор VT2, задавшись максимальным напряжением коллектор-эмиттер:

U_{КЭ2макс} = U_{вых макс} – U_оп = U_вых + U_вых – U_оп = 5.2 В.

Из соображений технологической простоты и стоимости выберем транзистор таким же, как и предыдущий – КТ315Б – так как он удовлетворяет поставленному условию.

Номиналиный ток стабилитрона I_{ст. ном} = 20мА. Зададимся I_Э2 = 10 мА, тогда

| U_вых – U_оп |

R₂ = –––––––––––– = 0.51 кОм,

I_{ст. ном} – I_Э2

а

| U_вх – U_{н макс}|

R₁ = ––––––––––––– = 0.6 кОм.

I_{Б1 макс} – I_К2

Здесь

I_{н макс}

I_{Б1 макс} = ––––––– = 0.2 мА.

₁ + 1

Теперь рассчитаем сопротивления делителя R₃R₄R₅ .

| U_{вых мин} – U_оп |

R₃ = ––––––––––––– = 1.8 кОм,

I_дел

где

I_К2

I_дел = 15...20 ––– = 3мА;

₂

далее,

| U_{вых макс} – U_оп |

R₄ = ––––––––––––– = 1.8 кОм,

I_дел

а

| U_оп |

R₅ = –––––––– = 1.8 кОм.

I_дел

Расчет выпрямителя

Выпрямитель источника напряжения строится по схеме, и изображенной на рис. 2 приложения 3. Трансформатор Т понижает напряжение сети до 18 В, диоды V1-V4, включенные по мостовой схеме, выпрямляют это напряжение, а конденсатор фильтра C_ф сглаживает его пульсации.

Нагрузкой выпрямителя является стабилизатор напряжения питания усилителя, отсюда имеем исходные параметры для расчета выпрямителя:

U_н = 18 В,

I_{н макс} = 0.1 А.

Далее, зная ток нагрузки, определяем максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

I_VD = 0.5 · А · I_{н max} = 0.12 А

Здесь А ~ 2.4.

Т. о., для выпрямителя можно использовать диоды серий Д7, Д226, Д229 с любыми буквенными обозначениями, поскольку их средний выпрямленный ток и обратное напряжение значительно больше расчетных.

Выбираем диоды Д226Б.

Обратное напряжение диодов должно быть в 1.5 раза больше напряжения источника питания:

U_обр = 1.5 · U_н = 27 В

Емкость фильтрующего конденсатора определяют по формуле:

I_н

С_ф = 3200 · ––––––––– [мкФ],

(U_н · K_п )

где K_п – коэффициент пульсаций выпрямленого напряжения – обычно берется равным 0.01, откуда

С_ф = 2000 мкФ.

Номинальное напряжения конденсатора С_ф берем равным 25В.

Теперь произведем электрический расчет трансформатора блока питания. Габаритная мощность трансформатора

P_Г = U_Н I_Н / = 2.25 Вт.

Здесь  = 0.8 – коэффициент полезного действия трансформатора. Им мы задаемся.

Далее, площадь сечения сердечника составит

–––

S = 1.2 P_Г = 1.8 см.

Легко видеть, что в данном случае имеет смысл использовать магнитопровод с минимальной площадью сечения сердечника, поэтому принимаем магнитопровод УШ15x15 (площадь поперечного сечения принимается равной 2,25 см²).

Далее, рассчитываем число витков на 1 вольт:

k

n = –– = 18,

S

где k берется равным 40. Теперь число витков первичной обмотки

W_I = U_I · n = 3960,

а вторичной

W_II = U_I · n = 324.

Ток первичной обмотки

P_Г

I_I = ––– = 8.2 мА.

U_I

Выберем для обеих обмоток провод ПЭВ-2. Диаметр провода первичной обмотки

––

d_I = p I_I = 0.06 мм,

где p = 0.69 для выбранного типа провода. Диаметр провода вторичной обмотки

––

d_II = p I_II = 0.1 мм.

Таким образом, для первичной и вторичной обмоток трансформатора можно использовать провод диаметром 0,1…0,12 мм.

Заключение

В результате выполнения курсового задания я разобрался в принципах работы усилителя электрических сигналов, научился рассчитывать резисторный каскад предварительного усиления, частотные характеристики такого каскада, а также транзисторный стабилизатор напряжения.

Список литературы

1. Бурин Л. И., Васильев В. П., Каганов В. И. под редакцией Линде Д. П. Справочник по радиоэлектронным устройствам; том 2. – М.: Энергия. 1978. –440 с.

2. Гершунский Б. С. Расчет основных электронных и полупроводниковых схем на транзисторах. – К.: Изд. Киев ун-та. 1968. –422 с.

3. Изюмов Н. М., Линде Д. П. Основы радиотехники, 2-е издание, переработанное. – М.-Л.: Энергия. 1965. –480 с.

4. Лавриненко В. Ю. Справочник по полупроводниковым приборам; 8-е издание, переработаное. – К: Техніка. 1977. –376 с.

5. Редзько К. В., Досычев А. Л. Сборник задач и упражнений по радиоприемным устройствам. – М.: Высшая школа. 1981. –296 с.

6. Скаржепа В. А., Новацкий А. А., Сенько В. И. Электроника и микроэлектроника: лабораторный практикум. – К.: Высшая школа. 1989. –297 с.

7. Терещук Р. М., Терещук К. М., Седов С. А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя, 4-е издание, стереотипное. – К.: Наукова думка 1989. –800 с.

8. Терещук Р. М., Терещук К. М., Чаплинский А. Б., Фукс Л. Б., Седов С. А. Малогабаритная радиоаппаратура: Справочник радиолюбителя, 3-е издание, переработанное и дополненое. – К.: Наукова думка. 1975. –600 с.

9. Усатенко С. Т., Каченюк Т. К., Терехова М. В. Графическое изображение электрических схем: Справочник. – К.: Техника. 1986. –120 с.

10. Цыкин Г. С. Электронные усилители, 3-е издание, дополненое. – М.: Связь. 1965. –512 с.

11. Цыкина А. В. Усилители. – М.: Связь. 1972. –360 с.

12. Беляев С.В., Кабызев Г.Н. Усилительные устройства. –М.: МВГУ, 1977, - 98 с.

13. Фишер Дж.Э., Гетланд Х.Б. Электроника от теории к практике. - М.: Энергия, 1980, - 398 с.

14. Борисов В.Г. Кружок радиотехнического конструирования. - М.: Просвещение, 1990, - 224 с.

15. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Радио и связь, 1985, - 488 с.

16. Скаржепа В.А. и др. Электроника и микросхемотехника. Лабораторный практикум. - К.: Вища школа, 1989, - 279 с.

Приложение 1

Рис.1. Принципиальная схема усилительного каскада

Рис.2. Выходная характеристика транзистора КТ315Б.

Рис.3. Входная характеристика транзистора КТ315Б.

Рис.4. Эквивалентная схема каскада для расчета АЧХ на низких частотах.

Рис.5. Эквивалентная схема каскада для расчета АЧХ на средних частотах.

Рис.6. Эквивалентная схема каскада для расчета АЧХ на высоких частотах.

Рис 7. АЧХ каскада в диапазоне 10 ... 100 рад/с.

Рис 8. АЧХ каскада в диапазоне 100 ... 1000 рад/с.

Рис 9. АЧХ каскада в диапазоне 10³ ... 10⁴ рад/с.

Рис 10. АЧХ каскада в диапазоне 10⁴ ... 10⁵ рад/с.

Рис 11. АЧХ каскада в диапазоне 10⁵ ... 2 · 10⁶ рад/с.

Рис 12. АЧХ каскада в диапазоне 2 · 10⁶ ... 4 · 10⁷ рад/с.

Приложение 2

Рис.1. Принципиальная схема усилительного каскада с элементом ВЧ коррекции.

Рис.2. Эквивалентная схема каскада для расчета АЧХ на высоких частотах.

Рис 3. АЧХ каскада с коррекцией и без коррекции в диапазоне 10⁵ ... 2 · 10⁶ рад/с.

Рис 4. АЧХ каскада с коррекцией и без коррекции в диапазоне 2 · 10⁶ ... 4 · 10⁷ рад/с.

Приложение 3

Рис.1. Принципиальная схема стабилизатора напряжения питания

Рис.2. Принципиальная схема выпрямителя

Спецификация 1

Усилительный каскад

Спецификация 2

Стабилизатор напряжения

Спецификация 3

Источник питания

Аналоговые перемножители и напряжения

Электронные цепи и приборы (шпаргалка)

Изучение режимов работы диодов и транзисторов в электронных схемах

Синхронные машины. Машины постоянного тока

Лекции по твердотельной электронике

Теория

Анализ и моделирование биполярных транзисторов

Модернизация релейной защиты на тяговой подстанции Улан-Удэ на базе микропроцессорной техники

Разработать лабораторный стенд для испытания устройств защиты судовых генераторов

Основные качества полупроводников

Физические основы электроники

Тиристорные устройства для питания автоматических телефонных станций

Биполярные транзисторы

Двухосный индикаторный стабилизатор телекамер на ВО

Передающее устройство одноволоконной оптической сети

Оптоволоконные линии связи