/>/>/>/>/>Министерство общего и профессионального образования РФ
Пензенский Государственный Университет
Кафедра ИБСТ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому работе по теме
«Расчёт импульсного усилителя»
Дисциплина: Электроника и схемотехника
Группа 02-ПК1
Разработал студент
Евстигнеев С.А.
Проект принят с оценкой
Руководитель проекта
Богданов В.В.
ПЕНЗА 2008
/>/>Реферат
/>
Пояснительная записка содержит 20 страниц, 2 таблицы, 3источника, 2 приложения.
Импульсный усилитель, транзистор, каскад, рабочая точка,резистор.
Объектом исследования является импульсный усилитель.
Целью работы является расчет импульсного усилителя скоэффициентом усиления К=250 при входном напряжении Uвх=20 мВ ивыходном напряжении Uвых=5 В, напряжении питания Ек =10В, сопротивлением нагрузки Rн=2 кОм, длительности импульса tu= 20 мкс,длительностью фронта импульса tф = 2 мкс,ёмкостью нагрузки Cн = 100 пФ, положительнойполярностью входных импульсов, спадом импульса = 0.1.
Содержание
Введение
1. Расчёт импульсного усилителя
1.1 Выбор схемы усилителя
1.2 Выбор транзистора
1.3 Расчет оконечного каскада
1.3.1 Рабочая точка оконечного каскада
1.3.2 Расчет сопротивлений оконечного каскада
1.4 Расчет первого каскада усилителя
1.4.1 Рабочая точка первого каскада
1.5 Расчет ёмкостей усилителя
1.6 Расчет рассеивающих мощностей резисторов
Заключение
Приложения
/>
Введение
В настоящее время нет ни одной области науки и техники, гдене применялась бы электроника. А основой электроники на сегодняшний деньявляется усилительный каскад, основанный на применении транзистора. Они могутбыть успешно использованы не только в классе устройств, для которых ониразработаны, но и во многих других устройствах.
В электронных устройствах транзисторы могут включаться посхеме с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК).Наилучшими усилительными свойствами (усиление тока, напряжения и мощности)обладает транзистор в схеме с ОЭ. В схеме с ОБ усиление мощности сравнительноменьше, чем в схеме с ОЭ. Кроме того, в схеме с ОБ транзистор имеетсравнительно малое входное и большое выходное сопротивление, что затрудняетсогласование каскадов.
В схеме с ОК транзистор тоже обеспечивает меньшее усилениемощности. Однако в схеме с ОК транзистор имеет сравнительно большое входное инебольшое выходное сопротивления, и поэтому схема с ОК часто применяется вкачестве согласующего каскада между источником сигнала с высокоомным выходнымсопротивлением и низкоомной нагрузкой. Наиболее же часто в электронныхустройствах применяется включение транзистора по схеме с ОЭ.
При разработке, изготовлении и эксплуатацииполупроводниковых приборов следует принимать во внимание их специфическиеособенности. Высокая надежность радиоэлектронной аппаратуры может бытьобеспечена только при учете таких факторов, как разброс параметровтранзисторов, их температурная нестабильность и зависимость параметров отрежима работы, а также изменение параметров транзисторов в процессеэксплуатации.
Под воздействием различных факторов окружающей средынекоторые параметры, характеристики и свойства транзисторов могут изменяться.Для герметичной защиты транзисторных структур от внешних воздействий служаткорпуса приборов.
Все большее распространение получают так называемыебескорпусные транзисторы, предназначенные для использования в микросхемах имикросборках. Кристаллы таких транзисторов защищены специальным покрытием, нооно не дает дополнительной защиты от воздействия окружающей среды.
При конструировании устройств необходимо стремитьсяобеспечить их работоспособность в возможно более широких интервалах измененийважнейших параметров транзисторов. Разброс параметров и их изменение во временипри конструировании могут быть учтены расчетными методами или экспериментально- методом граничных испытаний.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>1. Расчёт импульсного усилителя1.1 Выбор схемы усилителя
Импульсный усилитель напряжения является предварительнымусилителем сигнала, обеспечивающим нормальную работу УМ. Для расчетаимпульсного усилителя необходимо иметь следующие исходные данные:
напряжение питания Ek=8 (В);
входное напряжение Uвх=50(мВ);
выходное напряжение Uвых=4(В);
сопротивление нагрузки Rн=3(кОм);
длительность импульса tи=50(мкс);
длительность фронта импульса tф=2 (мкс);
емкостное сопротивление нагрузки Сн=4 (пФ);
полярность импульса: отрицательный.
Общий требуемый коэффициент усиления:
K= — = — = 80;
Данный усилитель должен содержать 2 каскада. Коэффициентусиления на каждом каскаде
К1=10 и К2=8
Коэффициент усиления каскада характеризует статическийкоэффициент передачи тока h21Э, который также характеризуетусилительные свойства транзистора. Численное значение этого параметрапоказывает, во сколько раз ток коллектора больше вызвавшего его тока базы. Чембольше коэффициент h21Э, тем большее усиление сигнала можетобеспечить данный транзистор. При измерении этого параметра транзистор включаютпо схеме с ОЭ. Определяем требуемый коэффициент передачи базового токатранзистора в схеме с общим эмиттером:
/> (1)
где kз — коэффициентзапаса равный: 1,3, Rвх. э =h11э=1000 Ом.1.2 Выбор транзистора
Рассчитываем общий коэффициент усиления:
/> (2)
Для выбора транзистора также необходимо рассчитать егопредельную частоту:
/> (3)
где t`ф — длительностьфронта импульса, приходящаяся на один каскад, рассчитываемая по формуле:
/>
Исходя из этих параметров и учитывая, что на практикетранзистор необходимо выбирать с большей предельной частотой, так как сповышением частоты входного сигнала коэффициент h21этранзистора уменьшается, из справочника был выбран транзистор КТ315А,обладающий следующими характеристиками:
h21Эмин=20;
fh21этреб = 2∙107(Гц);
РКмакс=150 (мВт) при t=200C;
tмакс=1000С;
IКпост=100 (мА);
является транзистором n-p-n типа;1.3 Расчет оконечного каскада
/>/>1.3.1 Рабочая точка оконечного каскада
Первым шагом в выборе режима работы транзистора попостоянному току является определение рабочей точки. Определение рабочей точкидля первого каскада было произведено графоаналитическим методом.
/>
Рис.1
Данный метод заключается в построении на графике выходнойхарактеристики транзистора рабочей прямой. Рабочая прямая проходит через точки Uкэ=Eк и Iк=Eк÷Rн и пересекает графики выходных характеристик (токибазы). Для достижения наибольшей амплитуды при расчёте импульсного усилителярабочая точка была выбрана ближе к наименьшему напряжению т.к у оконечногокаскада импульс будет отрицательный. По графику выходных характеристик (рис.1)были найдены значения IКпост=4,5 мА, UКЭпост=0,5 В, а также IБпост.=0,1мА.
Для нахождения напряжения база-эмиттер UБЭпостна графике входных характеристик было отложено значение IБпост(см. рис 2).
/>
Для рабочей точки оконечного каскада были рассчитаныследующие значения:
UКЭпост=0,5 (В);
IКпост=4,5 (мА);
IБпост=0,1 (мА);
UБЭпост=0,4 (В);1.3.2 Расчет сопротивлений оконечного каскада
Входное сопротивление транзистора определяется по формуле (4):
/> (4)
Формула (4) в последствии понадобится для вычислениякоэффициента усиления каскада без отрицательной обратной связи (ООС).
Определяем максимальную мощность:
/>
Для того чтобы транзистор удовлетворял условиям проектадолжно выполняться соотношение (5):
/> (5)
где /> (6)
Соотношение (5) выполняется, так как 0,0225
/> (7)
Для расчёта усилителя по переменному току необходимопервоначально по формулам (8) и (9) вычислить значения коэффициента усилениякаскада без отрицательной обратной связи и требуемого коэффициента усилениясоответственно.
/> (8) />
где RвхЭрассчитываетсяпо формуле (4).
/> (9)
Глубина обратной связи каскада g рассчитывается по формуле (10).
/> (10)
где kос = kтреб = 10.
По формуле (11), рассчитываем сопротивление, обеспечивающееотрицательную обратную связь:
/> (11)
где g определяетсяформулой (10).
Коллекторное сопротивление Rкрассчитывается по формуле (14).
/> (14)
где (RК+RЭ) определяется формулой (7).
Разделительное сопротивление R2вычисляется по формуле (15).
/> (15)
где RЭ и IДел определяются формулами (13) и (16) соответственно.
/> (16)
Разделительное сопротивление R1вычисляется по формуле:
/>
Входное сопротивление рассчитывается по формуле:
/>1.4 Расчет первого каскада усилителя1.4.1 Рабочая точка первого каскада
/>
Поскольку на первый каскад подается положительный импульс, рабочаяточка выбирается на оси тока базы, причем так, чтобы рабочая прямаяпересекалась с этой осью в точке, проекция которой на ось Uкэбудет иметь наибольшее напряжение. По рабочей точке первого каскада былинайдены следующие значения:
Uкэпост = 7 (В)
Iкпост = 1 (мА)
Iбпост = 0,05 (мА)
Uбэп = 0,35 (В)
Для расчёта усилителя по переменному току необходимопервоначально по формулам (8) и (9) вычислить значения коэффициента усилениякаскада без отрицательной обратной связи и требуемого коэффициента усиления соответственно.
/> />
где RвхЭрассчитываетсяпо формуле (4).
/>
Глубина обратной связи каскада g рассчитывается по формуле (10).
/>
где kос = kтреб/> = 25.
Глубину обратной связи также можно вычислить по формуле (11).
/>
Из формулы (12) легко получить формулу для расчетасопротивления, обеспечивающего отрицательную обратную связь (12).
/>
где g определяетсяформулой (10).
Коллекторное сопротивление Rкрассчитывается по формуле (14).
/>
где (RК+RЭ) определяется формулой (7).
Разделительное сопротивление R2вычисляется по формуле (15).
/>
где RЭ и IДел определяются формулами (13) и (16)соответственно.
/>
Разделительное сопротивление R1вычисляется по формуле:
/>
Входное сопротивление Rвх1усилителя находят по формуле:
/>1.5 Расчет ёмкостей усилителя
Для определения ёмкостей конденсаторов, обеспечивающихдопустимый спад импульса необходимо рассчитать соотношение перераспределенияискажений по емкостям:
/>
где δ — относительный спадвершины равный 0,01, δВ — равный 0,05
Разделительные емкости рассчитываются по формуле:
/>
Для расчета емкостей эмиттерной цепи необходимо рассчитатьотносительный спад, приходящуюся на емкость конденсатора в цепи автоматическогосмещения:
/>
/>
/>
где/>
/>/>1.6 Расчет рассеивающих мощностей резисторов
Рассеивающие мощности резисторов, приведенные в таб.1,вычисляется по формуле:
/>
Таблица 1.Элемент Мощность Элемент Мощность R1 0,016 Вт R5 0,00012 Вт R2 0,125 Вт R6 0,02 Вт R3 0,04 Вт R7 0,002 Вт R4 0,003 Вт R8 0,000054 Вт
Заключение
В процессе проведенной работы по начальным параметрам быларассчитана схема двухкаскадного импульсного усилителя. Усилитель построен посхеме с общим эмиттером на транзисторах КТ315А (кремниевый n-p-n типа) и обеспечивает коэффициентусиления по напряжению К=250. Схема содержит резисторы МЛТ ОЖО.467.104ТУ: R1=820 (Ом), R2=6,8 (кОм), R3=2 (кОм), R4=160 (Ом), R5=120 (Ом),R6=20 (кОм), R7=2 (кОм), R8=56 (Ом), конденсаторы ТКЕ ОЖО.461.093ТУ С1=С2=С4=0,/>12 (мкФ), С3=1 (мкФ).
Таким образом, задание на курсовую работу выполнено в полномобъёме.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Списокиспользованных источников
1. В.В. Богданов. Расчет усилительных схем на дискретных элементах:Методические указания. — Пенза, 1991. -18 с.
2. Н.И. Чистяков. Справочник радиолюбителя — конструктора. — Москва, 1983.- 560 с.
3. Горюнов Н.Н., Клейман А.Ю., Комков Н.Н. Справочник по полупроводниковымдиодам, транзисторам и интегральным схемам. — Москва, 1976. -744 с.
/>/>Приложения
Приложение А
/>/>
Принципиальная СХЕМА ИУ
/>
/>Приложение Б
ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ
/>
Таблица 2.Элемент Основные параметры Кол-во Примечание МЛТ ОЖО.467.104ТУ R1 МЛТ 820 Ом 0,125 Вт ±2% 1 R2 МЛТ 6,8 кОм 0,125 Вт ±2% 1 R3 МЛТ 2 кОм 0,125 Вт ±2% 1 R4 МЛТ 160 Ом 0,125 Вт ±2% 1 R5 МЛТ 120 Ом 0,125 Вт ±2% 1 R6 МЛТ 20 кОм 0,125 Вт ±2% 1 R7 МЛТ 2 кОм 0,125 Вт ±2% 1 R8 МЛТ 56 Ом 0,125 Вт ±2% 1 ОЖО.461.093ТУ С1 ТКЕ 0,12 мкФ 10 В ±20% 1 С2 ТКЕ 0,12 мкФ 10 В ±20% 1 С3 ТКЕ 1 мкФ 10 В ±20% 1 С4 ТКЕ 0,12 мкФ 10 В ±20% 1 С5 ТКЕ 1 мкФ 10 В ±20% 1