Задача № 1
Приведите структурную схему усилителя с заданными каскадами; на схеме укажите заданные напряжения.
Рассчитайте указанный коэффициент усиления.
Перечертите заданную характеристику, укажите её название. Поясните физический смысл заданных качественных показателей, и с помощью приведённой характеристики рассчитайте их.
Дано: состав структурной схемы – КПУ, ПОК, ОК.
Параметры для расчёта: Uвх ус =10мВ, Uвых ус = 0,5В, Uвых кпу = 100мВ.
Найти: Ккпу., ДРЧ Мf=100 Гц
Решение:
Структурная схема усилителя с заданными каскадами
Uвх ПОКUвх ОК
/>/>/>/>Uвых КПУUвых ПОК
/>/>/>/>
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
/>/>/>/>/>
/>/>/>/>/>
/>/>/>/>/>/>/>/>UИС UВХ КПУUВЫХ ОКUН
/>/>
Расчёт коэффициента усиления (Ккпу) по заданным величинам напряжений.
Коэффициент усиления, показывает во сколько раз КПУ, усиливает входное напряжение. За входное напряжение КПУ берем значение Uвх ус =10мВ, так как входное устройство является элементом согласования каскадов усилителя и усилительными свойствами не обладает.
/>
3) Амплитудно-частотная характеристика усилителя:
К
/>
60
50 К ср
40
0,707КСР
30
20
10
f кГц
0 0,1 0,2 0,4 0,8 1,6 3,2 6,4 12,9
АЧХ усилителя отображает зависимость К от частоты, на ней видно, что в диапазоне частот от 0,05 до 0,2 кГц коэффициент возрастает, затем в диапазоне от 0,2 до 3.2 кГц коэффициент не изменяется, а затем начинает уменьшаться.
ДРЧ (диапазон рабочих частот) – диапазон частот, в котором коэффициент усиления К уменьшается не более, чем на 1 дБ, то есть в 1.41 раза.
Поэтому на уровне />, проводим вспомогательную линию, параллельную оси f. Точки пересечения этой линии с АХЧ проецируем на ось f. Получаем искомый ДРЧ от нижней частоты fН до fВ.
По примеру из методического пособия (рис.8), для решения задачи находим из графика среднее значение КСР. КСР =50
Затем находим 0,7КСР = 0.7 50 = 35, на этом уровне проводим прямую параллельную оси f.
Из получившихся расчетов делаем вывод, что предложенная в задаче АЧХ усилителя находится в диапазоне рабочих частот и данный диапазон лежит в пределах от
fН =0,075 кГц и до fВ =11,6 кГц.
ДРЧ усилителя от fН =0,075 кГц и до fВ =11,6 кГц.
Рассчитаем значение />
/>
КСР =50 = определили из графика, по графику также определяем значение Кf для частоты 100 Гц оно равно 40 (Кf =40).
Рассчитываем по формуле значение />
Задача № 3
Укажите назначение операционного усилителя (ОУ) и его преимущества.
Приведите схему на операционном усилителе, выполняющую заданную функцию, поясните назначение элементов схемы.
Рассчитайте элементы схемы и постройте ее АЧХ.
Дано: Активный фильтр нижних частот. fСР = 1 кГц, КФНЧ =100, RИС =1 кОм
Определить: 1) указать назначение операционного усилителя и его преимущества;
2) привести схему на операционном усилителе, выполняющую заданную функцию, пояснить назначение элементов схемы;
3) рассчитать элементы схемы и постройте ее АЧХ.
Решение:
1) Назначение и преимущества операционного усилителя.
Операционный усилитель предназначен для выполнения различных операций с входными сигналами: усиления, сложения, вычитания, умножения, интегрирования и т.д.
OУ выполняется в виде интегральных схем. В состав схем входят дифференциальный усилитель, имеющий высокое входное сопротивление, малый шум; каскад предварительного усиления и усилитель мощности (эмиттерный повторитель).
Для ОУ характерны большой коэффициент усиления, большое входное и малое выходное сопротивление, широкий диапазон рабочих частот, низкий уровень шума.
2) Активный фильтр нижних частот на ОУ:
ССВ
/>/>/>/>
RСВ
/>/>/>
R1DA
/>
R2
RНUВЫХ
UВХ
/>
R1 и RСВ – задают коэффициент усиления схемы;
R2 согласует неинвертирующий вход ОУ с источником сигнала;
RСВ и ССВ определяют частоту среза фильтра.
Расчет элементов схемы и построение АЧХ.
Чтобы согласовать инвертирующий вход ОУ с источником сигнала значение R2 выберем равным RИС. RИС по условию задачи равно 1 кОм. Можно записать--PAGE_BREAK--
R2= RИС=1кОм
Коэффициент передачи фильтра рассчитаем по формуле
/>
Величина сопротивления R1 выбирается из расчета от 1 до 3 кОм. Пусть R1 = 2 кОм.
Тогда />( КФНЧ =100 по условию задачи).
Для расчета емкости ССВ сначала рассчитываем круговую частоту среза
/>вычисляем /> [ рад/с]
Частота среза определяется цепочкой RСВ и ССВ и равна
/>, отсюда
/>/>
Рассчитаем частоту />, на которой КФНЧ = 0/>
/>
Строим график:
Для построения графика от значений ω был взят десятичный логарифм от полученных ранее значений.
lgωСР = lg 6280 = 3,8 ;lgω0= lg 126∙104 = 6,1
/>К
60
50
/>
40
30
20
10
/>
0 6280 126∙104ω (рад/с)
ωСР ω0lgω, дек
1 2 3 4 5 6 7 8
Задача № 4
Рассчитать каскад предварительного усиления на биполярном транзисторе КТ312А
n-p-n — типа, включенном с общим эмиттером, с последовательной отрицательной обратной связью по току.
Дано: Ек = 15В, КООС = 10, FH = 75Гц, RH = 10кОм, IКmaxДОП = 30мА, h21эmin = 10,
h21эmax = 100, rб = 100 Ом.
Рассчитать: элементы схемы и рабочий режим транзистора.
Решение:
Принципиальная схема резистивного усилителя напряжения:
ЕК
/>/>/>/>/>+ −
/>/>
/>RК
/>/>СР
/>/>/>RД1
/>
СР VT
/>
/>UВЫХ
/>RН
/>UВХ RД2
RЭ СЭ
/>/>/>/>/>
/>/>
1. Сопротивление нагрузки коллекторной цепи RК
/>кОм (стандарт 620 Ом), где IKmax= КЗIКmaxДОП = = 0.75 IKmaxДОП =0,75∙ 30=22,5 (мА) где КЗкоэффициент запаса по току IК.
Обычно КЗ= 0,7…0,8. приняли для задачи КЗ=0,75
2. Сопротивление резистора в цепи эмиттера RЭ.
Требуемая стабилизация режима работы достигается, если Rэ≈ 0,1RK
Rэ ≈ 0,1∙ 610 = 61 Ом. Выберем стандарт Rэ= 62 Ом.
3. Эквивалентное сопротивление делителя Rд1, Rд2:
Rдел= RЭ∙ (Si – 1),
где Si– коэффициент нестабильности в реальных схемах Si=2…5. Примем среднее значение Si= 3,5.
Rдел = 61 ∙ (3,5 – 1) = 61 2,5 = 152,5 Ом.
4. Определяем рабочий режим транзистора:
— минимальный коллекторный ток
IKmin= 0.1∙ IKmax= 0.1∙ 0.75∙ 30 = 2.25мА.
— максимальный коллекторный ток:
IKmax=0.75∙ IKmaxдоп= 0,75 ∙ 30 = 22,5 мА.
— максимальное коллекторное напряжение ( UKЭ max)
/>
— минимальное значение UКЭ
/>, продолжение
--PAGE_BREAK--
где Uкэнас= 0,8В, так как для кремниевых транзисторов такое значение напряжения насыщения.
Параметры рабочего режима транзистора в рабочей точке:
— выходное напряжение UКЭРТ– напряжение на коллекторе в рабочей точке:
/>
/>
Выходной ток — ток коллектора в рабочей точке:
/>
Входной ток в рабочей точке — ток базы
/> ,
где h21э – средне- геометрическое значение коэффициента передачи тока./>, тогда входной ток />
Входное напряжение – напряжение на базе транзистора в рабочей точке UБЭРТ:
/>,
где UБЭ0– пороговое напряжение биполярного транзистора. Для кремниевых транзисторов UБЭ0= 0,7 В; rБ=100 Ом из данных задачи
/>
— расчёт делителя Rд1 и Rд2
/>
Стандартное значение Rд2=180 Ом />10%
/>
Стандартное значение Rд1=1,6 кОм />5%
— значение емкости разделительного конденсатора определяется, исходя из нижней частоты диапазона усиливаемого сигнала
/>
стандартное значение 0,2 мкФ
— Расчет емкости блокировочного конденсатора:
/> Стандартное значение: 330 мкФ/>10%
расчет коэффициента усиления каскада
/>
коэффициент получился меньше заданного. Возьмем величину RКиз стандартного ряда сопротивлений равной 680 Ом и рассчитаем вновь:
/> что соответствует требованию задания.
Задание № 5
Привести схему автоколебательного мультивибратора, указать его назначение. Рассчитать длительность импульсов tИ1и tИ2, период следования импульсов Т и частоту следования импульсов ƒ. Построить временные диаграммы Uк1= ƒ(t) и Uк2= ƒ(t).
Дано: RК1= 100 Ом; RК2= 82 Ом; R1= 2кОм; R2 = 3кОм; C1= C2= 10нФ; E= 15В.
Рассчитать: tИ1, tИ2, Т, ƒ.
Решение:
Схема автоколебательного мультивибратора
/>/>+ Е −
RК1R2R1 RК2
/>С2 С1
/>/>/>/>/>/>/>
VT1 VT2
/>/>UВЫХ1 UВЫХ2
/>/>
/>/>
Мультивибратор – это релаксационный генератор. Мультивибратор формирует импульсы не синусоидальной формы – на выходе мультивибратора могут быть импульсы прямоугольной или пилообразной форм. Мультивибратор имеет накопитель энергии – конденсатор и электронный ключ – транзистор – переключение которого обусловлено запасом энергии в конденсаторе. Параметры выходных импульсов определяются параметрами элементов схемы. Мультивибраторы применяются в устройствах автоматики, измерительной и вычислительной техники.
2. Расчёт длительности импульсов проводится по формуле tИ= 0,7 RC
расчет tИ1=0,7 R1C1
/>
расчет tИ2=0,7 R2C2 продолжение
--PAGE_BREAK--
/>
Длительность фронтов импульсов зависит от времени заряда емкости и определяется по формулам:
/>
/>
Период следования импульсов:
Т = tИ1+ tИ2= 14 + 21 = 35мкс
Частота следования импульсов:
/>
Амплитуда импульсов:/>по среднему значению />
Временные диаграммы выходных сигналов: Uк1= ƒ(t) и Uк2= ƒ(t).
Для построения: tИ1=14 мкс;tИ2=21 мкс
tФ1= 2,5 мкс tФ2= 2,05 мкс
Um=12В
/>/>/>/>/>UК1
/>/>/>/>/>tИ1
/>/>/>16
/>
/>/>/>/>/>/>/>/>12
/>
/>8
/>
/>4
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
/>0
/>/>5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 60 t, мкс
tФ1
/>/>UК2
/>/>/>/>/>/>/>
/>/>/>16 tИ2
/>/>
/>/>/>/>/>/>12
/>
/>/>8
/>
/>4
/>/>/>/>/>
/>/>/>/>/>/>/>/>/>
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 t, мкс
/>/>
tФ2
Литература
Электронная техника. Программа, методические указания… М, 2003
Электронные приборы и усилители. Программа, методические указания …М, 1995