Расчёт многокаскадного усилителя низкой частоты

Размещено на http: //www. allbest. ru/

МИНИСТЕРСЕВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Пояснительная записка

к курсовой работе по курсу: ”Основы аналоговой и цифровой электроники”

Тема работы: “Расчёт многокаскадного усилителя низкой частоты.”

Студент: Сверлов Д.А.

Группа: 31-Р факультет: Электроники и приборостроения.

Руководитель работы: Рабочий А.А.

Орёл, 2003

Оглавление

Введение

1. Обоснование выбора структурной схемы

2. Расчёт каскадов, выбор параметров элементов

2.1 Расчёт выходного каскада

2.2 Расчёт промежуточного каскада

2.3 Расчёт входного каскада

Заключение

Список использованных источников

Введение

Многокаскадные усилители используют для получения нужных коэффициентов усиления в том случае, если однократного усилительного каскада оказывается недостаточно. Многокаскадный усилитель получают путём последовательного соединения отдельных каскадов. В этом случае выходной сигнал первого каскада является входным для второго и т. д. Выходной каскад - бестрансформаторный. Он представляет собой соединение двух эмиттерных повторителей, работающих на общую нагрузку. Предоконечный и входной каскады могут быть либо по схеме ОК, либо ОЭ. Может использоваться чередование ОЭ - ОК - ОЭ. Не исключается использование каскадов с транзисторами, включенными по схеме с общей базой, учитывая, что этот каскад даёт усиление по напряжению.

Задание на курсовую работу

Кафедра: ”ПТЭиВС”

Студент: СверловД.А. шифр : 010630 группа : 31-Р

1. Тема работы : Расчёт многокаскадного усилителя низкой частоты

2. Срок сдачи работы к защите:

3. Исходные данные : Рвых = 3 (Вт), Кр = 51(дБ), Rн = 15(Ом), Кu = 42(дБ)

4. Содержание пояснительной записки : Оглавление, введение, обоснование выбора структурной схемы, расчёт каскадов, выбор параметров элементов, заключение, список использованной литературы.

5. Перечень графического материала : схема усилителя низкой частоты, характеристики элементов.

Руководитель работы : Рабочий А.А.

Задние принял к исполнению

коллектор транзистор усилитель мощность

1. Обоснование выбора структурной схемы

Наш усилитель состоит из трёх каскадов, причём входной и промежуточный каскады выполнены по схеме ОЭ, а оконечный - бестрансформаторный каскад, представляющий собой соединение двух эмиттерных повторителей. Выбор такой структурной схемы обусловлен тем, что нам необходимо получить большое усиление по напряжению и по мощности. А нам известно, что выходной каскад усиливает ток, а остальные каскады помимо усиления по току дают хорошее усиление по напряжению. Хотя в задании от нас не требуется усиление по току, но без усиления по току мы не сможем получить заданного усиления по мощности.

2. Расчёт каскадов, выбор параметров элементов

2.1 Расчёт выходного каскада

1. По заданным параметрам нагрузки определяем амплитуду напряжения на нагрузке:

Umn=(2Pвых*Rн)=10,2(В).

2.Определим ориентировочно напряжение питания оконечного каскада по условию:

Еп2(Uнач+Umn);

при:

Uнач=3В.

3.Рассчитаем допустимую мощность рассеивания на коллекторе транзистора:

Ркмах(0,250,3)Рвых=0,9(Вт).

Максимальную амплитуду коллекторного тока Iк.max определяем из

условия:

IкмахImn=(2Pвых/Rн)=0.65(A);

Uкэмах=Еп/2=13,5(В);

4. Рассчитаем максимально допустимую амплитуду напряжения между коллектором и эмиттером транзистора:

5. Подбираем комплементарную пару транзисторов [4] на основе cравнения данных, приведённых для транзисторов разного типа проводимости:

ГТ703А: p - n - p ГТ705А: n - p - n

h21 = 30…70; h21 = 30…70;

Uкmax = 20 В; Uкmax = 20 В;

Iкmax = 3,5 А; Iкmax = 3,5 А;

Pкmax = 1,6 Вт: Pкmax = 1,6 Вт:

Fн 10кГц; Fн 10кГц;

Построим нагрузочную прямую и по положению точки “a” уточняем значение Uнач : Uнач = 3В, что меньше принятого произвольно.

6. По графикам заполняем таблицу значений входных и выходных токов и напряжений: табл.1.

Uкэ,В	2,5	3	7,5	11,5
Iк,А	0,8	0,65	0,5	0,32
Iб,мА	5	10	15	20
Uбэ,В	0,5	0,41	0,37	0,24

8. По полученным данным строим сквозную характеристику транзистора.

Выберем рабочую точку транзистора, исходя из условия, что выходной каскад должен работать в режиме А или АВ, то есть ток покоя должен быть минимальным. За рабочую точку возьмём точку “K”, которая характеризуется параметрами: Iбо=5(мА), Uбэо=0,24(В).

По построенной сквозной характеристике, откладывая значение Imн, определяем Um.бэ, а по нему - значение Iбmax=14(мА) тока базы, соответствующего амплитуде тока в нагрузке.

9. Определяем усреднённое значение крутизны сквозной характеристики:

g21=Imn/Um.бэ=1,6

10. Определим глубину обратной связи:

F=1+g21*Rн=25,3

11. Определим входную проводимость транзистора:

g11=Iбмах/Uм.бэ=0,036

12. Определим сопротивления делителя R1 и R2:

R1=R2=(Eп-2Uбэо)/Iдел=1,2(кОм);

Rдел=R1/2=600(Ом); где Iд=5*Iбо=25(мА).

Из соответствующего ряда [5] выбираем резистор на 1,2 (кОм) и проверяем данный резистор на допустимую мощность рассеивания:

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Резисторы: МЛТ-0,5*1,2к+10%;

13. Определим входное сопротивление каскада с учётом отрицательной обратной связи:

Rвх=F*Rдел/(F+g11*Rдел)=322(Ом), где Rдел=R1/2=600(Ом).

 14. По принятому току делителя необходимо подобрать диод VD, падение напряжения на котором при токе Iд должно быть не менее 2*Uбэо:

Д223B Uн=0,92 (В), Iн=25 (мА).

15. Определяем ёмкости входного Cp и выходного Cк разделительных конденсаторов:

Cp=(vMn2-1)/2fRвх=25(мкФ);

Cк=(vMn2-1)/2fRн=530(мкФ);

Выбираем конденсаторы из соответствующего ряда [3]:

K50-22 50*560 мкФ 20%, К50-15 50*47 мкФ 20%.

16. Определим параметры усилителя:

Наименование	Расчётная формула	Значение
Коэффициент усиления по напряжению	;	0,96
Амплитуда напряжения входного сигнала, В	;	11
Амплитуда входного тока, мА	;	0,035
Коэффициент усиления по току	;	19
Коэффициент усиления по мощности	;	18,24

17. Определяем нелинейные искажения выходного каскада: согласно методике, приведённой в [2]:

Размещено на http: //www. allbest. ru/

где Кгз - коэффициент нелинейных искажений по третьей гармонике с учётом отрицательной обратной связи.

I1,I2 - токи коллектора, определённые по графику сквозной характеристики для двух значений.

Коэффициент нелинейных искажений по второй гармонике:

Кг2=/(2F(2+))=0.0074;

где - коэффициент асимметрии плеч схемы выходного каскада, обусловленный нелинейностью параметров подобранных транзисторов, =0,5.

Общий коэффициент нелинейных искажений :

Kг=(Кг3+Кг2)=0,0095;

Кг<0,05

2.2 Расчёт промежуточного каскада

1.Промежуточный каскад выберем по схеме с общим эмиттером.

Ориентировочно можно выбрать низкочастотный транзистор, имеющий параметры:

Iкмах?2,5Iмн=0,09(А); Uкмах?(1,2ч1,5)Еп=40,5(В);

где IMН - амплитуда тока в нагрузке - амплитуда входного тока последующего каскада. Выбираем транзистор [4]:KT503Д: n-p-n; Iкмах=300(мA); P=0,3(Вт); fГР=400(кГц); U=60(В); h21Э=40…120:

Выберем исходный режим:

Iкп ?4*Iмн=0,09(А); Uкэп ?0,5Еп=40,5(В); где

IКП - ток коллектора в исходном режиме.

UКЭ.П - напряжение коллектор-эмиттер соответствующее режиму покоя.

Выбираем ток делителя:

Iдел=5*Iкп/h21min =0,018 (А);

Находим значения сопротивлений RЭ и RК :

Rк=0,5*Еп/Iкп=100(Ом); Rэ=0,2*Еп/Iкп=39(Ом);

Выбираем сопротивления из стандартного ряда сопротивлений [5], и выполняем проверку по допустимой мощности рассеивания.

; МЛТ - 1*100(Ом)+10% ;

; МЛТ - 0,125*39(Ом)+10%;

Рассчитаем сопротивления R1 и R2 делителя:

R2=(Iкп*Rэ+Uбэ)/Iдел=330(Ом); R1=(Еп-R2*Iдел)/Iдел+Iбп=1100(Ом); где UБЭ = 0,5(В).

Выбираем сопротивления из стандартного ряда сопротивлений [5], и выполняем проверку по допустимой мощности рассеивания.

; МЛТ - 0,5*330(Ом)+5%;

; МЛТ - 0,125*1(кОм)+20%;

Для определения коэффициента усиления каскада по току определим эквивалентное сопротивление цепи коллектора по переменному току:

Rэкв=Rк*Rвх.сл/(Rк+Rвх.сл)=73(Ом); где Rвх.сл - входное сопротивление

следующего каскада.

Определим коэффициент усиления по току:

Кi=h21* Rэкв/Rвх.сл=11;

Определим амплитуду входного тока:

Iмахвх=Iмах.вх.сл/Ki=6,52(А); где Iмах.вх.сл - амплитуда входного тока

следующего каскада.

Определим входное сопротивление каскада:

Rвх=R1//R2//((h21/gм)+h21*Rэ)=223(Ом); где

gм=Iкп/UТ=5,475(См); - усреднённое значение крутизны сквозной

характеристики.

Uт - тепловой потенциал, Uт =0,026(В).

Определим коэффициент усиления по напряжению:

Ku=h21*Rэкв/(Rг+Rвх)=12;

Амплитуда входного напряжения:

Uмах.вх=Uмах.вх.сл/Ku=0,917(В); где Uмах.вх.сл - амплитуда входного

напряжения следующего каскада.

Определим параметры конденсаторов в каскаде:

Cp=(vMn2-1)/2fRвх=31(мкФ);

Сэ=(vMn2-1)/2fRэ=142(мкФ);

Uск.ном1,2Еп=40,5(В);

На основании этих данных выбираем конденсаторы [4]:

К50-15 50*47 мкФ 20%; К50-31 40*150 мкФ 20%.

2.3 Расчёт входного каскада

Выберем в качестве входного каскада усилительный каскад по схеме с общим эмиттером.

Ориентировочно можно выбрать низкочастотный транзистор, имеющий параметры:

Iкмах?2,5Iмн; Uкмах?(1,2ч1,5)Еп;

где IMН - амплитуда тока в нагрузке - амплитуда входного тока последующего каскада. Выбираем транзистор [4]: КТ503Д: n-p-n; Iкмах=300(мA); Pкмах=0,3(Вт); fГР=400(кГц); Uкэмах=60(В); h21Э=40…120:

Выберем исходный режим:

Iкп ?4*Iмн=0,009(А); Uкэп ?0,5Еп=40,5(В); где

Iкп - ток коллектора в исходном режиме.

Uкэп - напряжение коллектор-эмиттер соответствующее режиму покоя.

Выбираем ток делителя:

Iдел=5*Iкп/h21min =0,036 (А);

Находим значения сопротивлений RЭ и RК :

Rк=0,5*Еп/Iкп=75(Ом); Rэ=0,2*Еп/Iкп=30(Ом);

Выбираем сопротивления из стандартного ряда сопротивлений [5], и выполняем проверку по допустимой мощности рассеивания.

; МЛТ-2*75(Ом)+5%;

; МЛТ-1*30(Ом)+5%;

Рассчитаем сопротивления R1 и R2 делителя:

R2=(Iкп*Rэ+Uбэ)/Iдел=270(Ом); R1=(Еп-R2*Iдел)/Iдел+Iбп=866(Ом);

где Uбэ = 0,5(В). Выбираем сопротивления из стандартного ряда сопротивлений, и выполняем проверку по мощности рассеивания.

; МЛТ-1*270(Ом)+10%;

; МЛТ-0,25*866(Ом)+5%;

Для определения коэффициента усиления каскада по току определим эквивалентное сопротивление цепи коллектора по переменному току:

Rэкв=Rк*Rвх.сл/(Rк+Rвх.сл)=57,5(Ом);

где Rвх.сл - входное сопротивление следующего каскада.

Определим коэффициент усиления по току:

Кi=h21* Rэкв/Rвх.сл=12;

Определим амплитуду входного тока:

Iмахвх=Iмах.вх.сл/Ki; где Iмах.вх.сл

- амплитуда входного тока следующего каскада.

Определим входное сопротивление каскада:

Rвх=R1//R2//((h21/gм)+h21*Rэ)=179(Ом); где

;

- усреднённое значение крутизны сквозной характеристики.

Uт - тепловой потенциал, Uт =0,026(В).

пределим коэффициент усиления по напряжению:

Ku=h21*Rэкв/(Rг+Rвх)=12;

Амплитуда входного напряжения:

Uмах.вх=Uмах.вх.сл/Ku=0.076(В);

где Uмах.вх.сл - амплитуда входного

напряжения следующего каскада.

Определим параметры конденсаторов в каскаде:

Cp=(vMn2-1)/2fRвх=44(мкФ);

Сэ=(vMn2-1)/2fRэ=265(мкФ);

Uск.ном1,2Еп=40,5(В);

На основании этих данных выбираем конденсаторы [4].

К50-24 50*47 мкФ20%; K50-22 50*340 мкФ 20%.

Заключение

Мы получили нужные коэффициенты усилительного каскада:

Ku=42,5 (дБ); Kр=55 (дБ);

Причём, отклонение полученного коэффициента усиления по мощности не превышает 10% от заданного коэффициента, а полученный коэффициент усиления по напряжению практически совпадает с заданным.

Рассчитаем фазовый сдвиг усилителя. Так как помимо конденсаторов фазу сдвигают и каскаду ОЭ, то это нужно учитывать. Но в нашей схеме включены два каскада ОЭ, поэтому их суммарный фазовый сдвиг равен 360 градусов, то есть учитывать поворот фазы каскадами ОЭ можно не учитывать. Фазовый сдвиг от одного конденсатора определяется по формуле:

;

где - постоянная времени.

=135 (градус).

Список использованных источников

1. Гусев В.Г., Гусев В.М. “Электроника” - М. : Высшая школа, 1991- 621с.

2. Справочник по полупроводниковым приборам / под ред. Галкин В.И., Булычев А.Л., Лямин П.М. - М. 1995 - 575с.

3. Цыкина А.В. “Электронные усилители” - М. : Радио и связь, 1982 - 288с.

4. Полупроводниковые приборы : Диоды, транзисторы, оптоэлектронные приборы. Справочник / Под общ. Ред. Н.Н. Горюнова - М. : Энергоиздат, 1985 - 744с.

5. Резисторы: Справочник / Под ред. И.И. Четверткова - М. : Радио и связь, 1991 - 575с.

Размещено на Allbest.ru

...