Національний технічний університет
України “КПІ”
Кафедра Фізичної та біомедичної електроніки
КУРСОВА РОБОТА
з курсу Аналогова схемотехніка
тема Розрахунок номіналів компонентів електронних схем
Зміст
1. Підсилювальні каскади на біполярних транзисторах
1.1 Початкові дані
1.2 Методика розрахунку
1.3 Кінцеві схеми з вказаними номіналами елементів
2. Активні RC–фільтри нижніх частот
2.1 Початкові дані
2.2 Методика розрахунку
2.3 Кінцеві схеми з вказаними номіналами елементів
3. RC–генератори
3.1 Початкові дані
3.2 Методика розрахунку
3.3 Кінцева схема з вказаними номіналами елементів
Висновки
1. Підсилювальні каскади на біполярних транзисторах
1.1 Початкові дані
/>
Рис 1.1 Підсилювальні каскади на біполярних транзисторах,, включені за схемою: а) з загальним емітером; б) з загальною базою
Табл. 1
№ Варіанту
Схема включення
fH, Гц
fв, кГц
Мн=Мв
RH, кОм
U2m, В
Тип транзистора
1
ЗЕ, ЗБ
100
120
1,1
18
2
МП39
Для даних схем включення і у відповідності з номером варіанта був вибраний транзистор МП39. Це германієвий сплавний транзистор p-n-p типу. Призначений для використання в каскадах підсилення напруги проміжної та низької частоти, імпульсних та інших пристроях радіоелектронної апаратури широкого використання. Випускаються в металоскляному корпусі з гнучкими виводами.
/>
Рис.1.1. Транзистор МП39
В таблиці 2 представлені основні характеристики вибраного транзистора.
Табл. 2. Основні характеристики транзистора МП39
Параметри
Режим вимірювання
Значення параметрів
h21Э
Uкб=5 В, IЭ=1 мА, f=1 кГц, Θокр=200 С
12
IКБО, мкА
Uкб=5 В, Θокр=200 С
15
Θокр=700 С
≤400
fh21Э, МГц
Uкб=5 В, IЭ=1 мА
0.5
h11Б, Ом
Uкб=5 В, IЭ=1 мА, f=1 кГц
25
h22Б, мкСм
Uкб=5 В, IЭ=1 мА, f=1 кГц
3,3
Cк, пФ
Uкб=5 В, f=465 кГц
60
Iк доп, мА
Uкб=5 В, IЭ=1 мА, f=1 кГц, Θокр=200 С
40
Табл.3. Гранично допустимі експлуатаційні дані транзистора МП39
Параметри
Режим вимірювання
Значення параметрів
UКЭ max, B
RбЭ=200 Ом, Θокр =400 С
15
UКБ max, B
-600 С ≤Θокр≤400 С
10
IК max, мА
-600 С ≤Θокр≤700 С--PAGE_BREAK--
40
IК нас max, мА
-600 С ≤Θокр≤700 С
150
IЭ нас max, мА
-600 С ≤Θокр≤700 С
150
PК max, мВт
-500 С ≤Θокр≤550 С
150
Θпер max, 0 С
-
85
1.2 Розрахунок параметрів для схеми з ЗЕ
Транзистор обирається з вимоги забезпечення необхідної амплітуди вихідного сигналу />і смуги пропускання />при заданій вихідній напрузі та коефіцієнті частотних спотворень />в області верхніх частот />:
/>
/>
Вибираємо (для p-n-p транзистора живлення набуває від`ємного значення)
Опір резистора RKОЭ, і допустима ємність конденсатора навантаження Cн.доп. обираються з умови
/>
/>
/>
На сімействі вихідних характеристик транзистора побудуємо лінію навантаження по постійному струму і визначимо положення точки спокою (UкэA, IкA, IбA) для режиму класа А. На сімействі вхідних характеристик транзистора по IбA визначається напруга початкового зміщення UбэA.
/>
Рис. 1.2 Сімейство вхідних характеристик транзистора МП39 схеми з ЗЕ (А — обрана робоча точка).
/>
Рис. 1.3 Сімейство вихідних характеристик транзистора МП39 схеми з ЗЕ (А- обрана робоча точка).
При заданих Е1=-10 В маємо UкэA=- 5 В, IкA= 20 мА, IбA= 500 мкА,
IэA= IкA +IбA =20,5 мА, UбэA=-0.27 В.
Опір резисторів забезпечуючих початкове зміщення фіксованим струмом бази:
/>
Емність розподільчих конденсаторів С1, С2
/>
/>
/>
1.3 Розрахунок параметрів для схеми з ЗБ
Транзистор обирається з вимоги забезпечення необхідної амплітуди вихідного сигналу />і смуги пропускання />при заданій вихідній напрузі та коефіцієнті частотних спотворень />в області верхніх частот />:
/>
/>
Вибираємо (для p-n-p транзистора живлення набуває від`ємного значення)
Опір резистора />і допустима ємність конденсатора навантаження />обираються як і в схемі з ЗЕ, тобто
/>
/>
/>
На сімействі вихідних характеристик транзистора побудуємо лінію навантаження по постійному струму і визначимо положення точки спокою (UкбA, IкA, IэA) для режиму класа А. На сімействі вхідних характеристик транзистора по IэA визначається напруга початкового зміщення UэбA.
/>
Рис. 1.2 Сімейство вхідних характеристик транзистора МП39 схеми з ЗБ (В — обрана робоча точка).
/>
Рис. 1.3 Сімейство вихідних характеристик транзистора МП39 схеми з ЗБ (В- обрана робоча точка).
При заданих Е1=-10 В і Е2=-1 В маємо UкбA=0 В, IкA= 20 мА, IэA= 20 мА,
IбA= IкA +IэA =40 мА, UэбA=0.32 В.
Опір резисторів забезпечуючих початкове зміщення фіксованим струмом бази :
/>
Ємність розподільчих конденсаторів С1, С2
/>
/>
2. Активні RC–фільтри нижніх частот
2.1 Початкові дані
Частота зрізу />.
Схеми фільтрів наведені на рис. 2.1
2.2 Методика розрахунку
Параметри компонентів схеми для фільтрів нижніх частот 1–го порядку продолжение
--PAGE_BREAK--
/>, обираємо />;
/>, />;
/>
/>
/>/>
Рис. 2.1. Схеми фільтрів нижніх частот: а – першого порядку; б – другого порядку.
/>.
Для фільтрів нижніх частот 2–го порядку
/>, обираємо />;
/>, />;
/>, />;
/>;/>, />.
В якості операційного підсилювача можна взяти модель К140УД6.
2.3 Кінцеві схеми з вказаними номіналами елементів
Схеми фільтрів першого та другого порядків наведені на рис. 2.2.
3. RC–генератори
3.1 Теоретичні відомості
Лінійні електронні осциляторні схеми, які генерують синусоїдальний вихідний сигнал, складаються з підсилювача і частотно-вибіркового елемента — фільтра. Схеми генераторів які використовують RC кола, комбінацію резисторів і конденсаторів, в їх частотно-вибіркових частинах називаються RC генераторами.
3.2 Початкові дані
Частота генерації />, />10
Вихідна напруга />, />2
Схема генератора представлена на рис. 1.
/>/>
Рис. 2.2 Схеми фільтрів нижніх частот с вказаними номіналами елементів:
а – першого порядку; б – другого порядку.
/>
3.3 Методика розрахунку
Генератор з мостом Віна. В схемі (рис. 1) RC–генератора використовується частотно–залежний позитивний зворотній зв'язок (міст Віна) і частотно–незалежний негативний зворотній зв'язок (НЗЗ) за допомогою резисторів />та />. Для зменшення нелінійних спотворень в ланцюгу НЗЗ резистор />шунтується двома зустрічно ввімкненими стабілітронами />, />з напругою стабілізації />. Коли напруга на виході ОП стає більше />стабілітрон (в залежності від полярності />) відкривається та шунтує резистор />, зменшуючи тим самим коефіцієнт підсилення і попереджує досягнення />рівня />. Резистор />дозволяє регулювати амплітуду вихідної напруги />віл />до />.
Вибір та розрахунок допоміжних параметрів.
Приймаємо
/>, />.
Обрана модель операційного підсилювача: К140УД6
Вхідний струм />, />100
Різниця вхідних струмів/>, />/>
Вхідний опір />, />/>
Напруга зміщення нуля />, />/> продолжение
--PAGE_BREAK--
Коефіцієнт підсилення напруги />/>
Коефіцієнт ослаблення синфазних вхідних напруг />, />70
Частота одиничного підсилення />, />/>
Вихідний опір />, />150
Максимальний вихідний струм />, />25
Максимальна вихідна напруга />, />/>
Максимальна вхідна диференціальна напруга />, />/>
Напруга живлення />, />/>
Струм споживання />, />/>
Вибір стабілітрона:
/>, />,
таку напругу стабілізації має стабілітрон КС133Г.
Розрахунок опорів та ємностей
/>, />;
/>, />.
Резистори />, />обираються у відповідності з умовами
/>;/>,
де />, />– вхідний, вихідний опір ОП.
Обираємо
/>, />.
При таких значеннях опорів вказані вище умови виконуються:
/>;
/>.
3.4 Кінцева схема з вказаними номіналами елементів
Схема представлена на рис. 2.
/>
Рис. 2
Висновки
В даній курсовій роботі проведено розрахунок типових підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах, активних RC–фільтрів нижніх частот та RC–генераторів. Розглянуто і обґрунтовано методику розрахунків.