Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

« ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

Кафедра конструирования и технологии производства радиотехнических средств (КИПР)

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "Информатика"

«РАСЧЕТ РЕОСТАТНОГО КАСКАДА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ»

Выполнил: А.Б. Перелыгин

группа 231-1

Руководитель Ю.П. Кобрин

Томск 2012



Реферат

Курсовая работа 19 с., 5 рис., 9 источников.

КАСКАД, УСИЛИТЕЛЬ НИЗКИХ ЧАСТОТ, ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ УСИЛЕНИЕ, РЕОСТАТНЫЙ КАСКАД, ТРАНЗИСТОР, СХЕМА, ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, ТОК ПОКОЯ КОЛЛЕКТОРА, РАСЧЕТ

Объектом исследования является реостатный каскад предварительного усиления для усиления сигнала до величины, необходимой для подачи на вход мощного усилителя.

Цель работы - расчет реостатного каскада предварительного усиления с помощью эвм.

Широко применяются в радиосвязи, радиотехнических приборах, усилителях низких частот.

Основные преимущества реостатного каскада в то, что он прост, низкая цена, небольшого размера и имеет хорошую частотную характеристику.

Курсовая работа выполнена в редакторе Microsoft Office 2010.



Содержание

1. Введение

2. Задание к курсовому проекту

3. Теоретическая часть

4. Блок-схема алгоритма

5. Тестовый пример

6. Заключение

Список литературы

Приложение (Листинг программы)



1. Введение

Объектом изучения является реостатный каскад с использование транзистора. Широко используется ввиду простоты, дешевизны, небольших размеров, хорошей частотной характеристике.

Основная задача каскада предварительного усиление в максимальном увеличений подводимого к нему сигнала. При этом без внесение в него частотных и нелинейных искажений.

Широко применяется в бытовых, технических, научных радиоэлектронных системах и приборах.

Основная цель курсовой работы заключается в расчёте каскада предварительного усиления в данном случае реостатного каскада. Расчет реостатного каскада предварительного усиления выполнен на персональном компьютере в среде Turbo Pascal под управлением Windows 7.



2. Задание к курсовому проекту

Студенту Перелыгину Андрею Борисовичу группы 231-1 РКФ

1. Тема работы «Расчет реостатного каскада предварительного усиления»

2. Срок сдачи студентом законченной работы _______________________

3. Исходные данные:

Составить программу для расчета реостатного каскада предварительного усиления на языке программирования Pascal

_____________________________________________________________

4. Пояснительная записка

- титульный лист;

- реферат;

- задание;

- содержание;

- введение;

- теоретическая часть - разработка алгоритма решения;

- блок-схема алгоритма;

- тестовый пример, показывающий правильность разработанной программы;

- заключение;

- список использованной литературы;

- приложение (листинг программ);

- список используемой литературе.

5. Дата выдачи задания "____" сентября 2012 г.

Руководитель __________________________ /___________/

6. Задание принял к исполнению

"___" сентября 2012 г. _________________ /___________/

3. Теоретическая часть

Расчет транзисторного реостатного каскада предварительного усиления предварительного усиления начинают с выбора принципиальной схемы, удовлетворяющей заданным условиям. Решается вопрос о изменении той или ной схемы стабилизации, вводе цепочки фильтра CфRф и т.д. Пример схемы реостатного каскада изображена на рис 2.1; здесь С₀ - емкость, нагружающая каскад, R_вхсл - входное сопротивление следующего каскада с учетом цепей смещения.

Рисунок 3.1 Принципиальная схема транзисторного реостатного каскада с развязывающим фильтром и эмиттерной стабилизацией

После выбора схемы выбирают транзистор, подходящий по граничной частоте и току покоя коллектора. Граничную частоту желательно иметь f_{гр мин об} ? 3f_в в_ср. Максимальное допустимое значение тока коллектора приминаемого транзистора I_к0макс должно быть больше или равно расчетному току коллектора I_k0. Расчетное значение тока коллектора I_k0 должно обеспечить с достаточным запасом как по нелинейным искажениям, так и с точки зрения изменения положения точки покоя при колебаниях температуры окружающей среды и замене транзистора максимальную расчетную амплитуду переменной составляющей входного тока транзистора следующего каскада I_вхтсл.

Если в каскаде есть стабилизации режима, то обычно достаточно иметь:

_, (3.2.1)

где Ikt - сумма амплитуд переменной составляющей входного тока Iвхтсл и переменных составляющих токов, протекающих по другим цепям каскада.

Если полученное значение Iк0 очень мало, его повышают до величины, обеспечивающей нормальный коэффициент усиления тока транзистора. Для выбранного Iк0 определяют смещение по входным характеристикам транзистора для включения с общим эмиттером.

Сопротивление Rф, Rк, Rэ рассчитывают по формулам:

(3.2.2)

(3.2.3)

, (3.2.4)

где Е_к - напряжение питания рассчитываемого каскада;

I_ф - постоянная составляющая тока, текущего через R_ф;

I_к0 - постоянная составляющая тока, текущего через R_к;

I_э0 - постоянная составляющая тока, текущего через R_э;

Значение коэффициентов при E_к в формулах для R_к и R_э выбирают такими, чтобы напряжение коллектор - эмиттер U_кэ0 равное разности Е_к и падений напряжения на указанных сопротивлениях составляло (0.3ч0.4)Е_к. Коэффициент усиления каскада по току находят по формуле:

, (3.2.5)

где R_{вх Тр сд} - входное сопротивление переменному току транзистора следующего каскада;

R_к? - сопротивление нагрузки переменному току цепи коллектора рассчитываемого каскада, равное параллельному соединению R_к, R_{вх Тр сл} и других сопротивлений.

Расчетную амплитуду входного напряжения сигнала находят по формуле:

(3.2.6)

Емкость конденсатора межкаскадной связи С_с рассчитывают по формуле:

_, (3.2.7)

где R_вых - выходное сопротивление каскада;

R_{вх сл} - входное сопротивление следующего каскада с учетом его цепей смещения и стабилизации;

М_нс - коэффициент частотных искажений;

Коэффициент частотных искажений на нижней частоте f_н рассчитывают по формуле:

, (3.2.8)

где R_вых - выходное сопротивление каскада;

R_{вх сл} - входное сопротивление следующего каскада с учетом его цепей смещения и стабилизации;

f_н - нижняя рабочая частота;

C_c - емкость конденсатора межкаскадной связи;

Расчет коэффициента частотных искажений каскада на верхней рабочей частоте f_в считают по формуле:

, (3.2.9)

где f_в - верхняя рабочая частота;

C₀ - емкость нагружающая каскад;

R_экв - эквивалентное сопротивление;

Нагружающая емкость каскада:

(3.3)



4. Блок - схема алгоритма программы

Размещено на http://www.allbest.ru/

5. Тестовый пример

Приведем тестовый пример для расчета реостатного каскада предварительного усиления, а потом просчитаем в программе в среде Turbo Pascal и сверим результаты.

Рисунок 5.1 Схема реостатного каскада к тестовому примеру

реостатный каскад транзисторный усиление

Рассчитаем транзисторный реостатный каскад предварительного усиления для однократного каскада мощного усиления со следующими данными

f_н = 90 Гц, f_в = 5000 Гц, M_нс ? 1.06,

М_нэ ? 1.12,М_в ? 1.26, Т_{окр макс} = +30^оС, Т_{окр мин} = +10^оС, напряжение питания каскада Е_к = 11 В, коэффициент усиления желательно иметь наибольшим. Каскад должен нормально работать при установке в него любого исправного экземпляра транзистора выбранного типа. Данные каскада мощного усиления таковы:

I_{вх т сл} = 12.9 мА = 0.0129 А, U_{вх т сл} = 0.13 В, R_{вх Тр сл} = 10.1 Ом, К_сл = 73.3,

f_{гр мин об} = 200 кГц = 200000 Гц, С_{к макс} 500 пФ = 0.000000000500 Ф, R_{вх об сл} = 0.288, R_1сл=360 Ом, R_2сл = 68 Ом.

Так как каскад должен быть рассчитан на установку в него любого экземпляра транзистора, применяется эмиттерная схема стабилизации режима, для развязки и дополнительного сглаживания пульсации источника питания в цепь делителя включаем развязывающий фильтр С_ф R_ф. Схема рассчитываемого каскада изображена на рисунке Рисунок 5.1 Найдем значение I_кт, просумировав токи сигнала, текущие через сопротивления R_{вх Тр сл,} R_2сл, R_1сл, R_к:

,

где ориентировочное значение R_op находим, положив падение напряжения на нем равным 0.4Е_к:

Таким образом, минимальный ток покоя коллектора транзисторного реостатного каскада составит:

Выбираем для каскада транзистор П15А, для которого:

I_{к0 макс} = 20 мА, в_мин = 50, в_макс = 100, U_{кэ доп} = 15 В, f_{гр мин} = 2МГц, I_кнс = 10 мА,

R_тт = 0.2^оС/мвт, С_к = 50 пФ.

Найдем R_к и R_э:

При этом

Максимальная температура коллекторного перехода равна:

Сопротивление нагрузки цепи коллектора переменному току равно:

Где

Амплитуда входного тока и коэффициент усиления каскада равны:

= 0.314 мА

= 41

Амплитуда напряжения входного сигнала равна:

*258 = 0.078 В

Емкость конденсатора связи С_с:

Ф,

Где

Сопротивлением источника сигнала для рассчитываемого каскада R_ист является выходное сопротивление предыдущего каскада, соединенное параллельно с сопротивлениями R₁ и R₂ делителя смещения данного каскада:

Необходимая емкость блокировочного конденсатора С_э равна:

Где

Емкость нагружающая рассчитываемый каскад предварительного усиления, и его коэффициент частотных искажений на высшей рабочей частоте равны:

А теперь посмотрим результат программы написанной на языке Pascal в среде Turbo Pascal:

Рисунок 5.2 Программа

Рисунок 5.3 Ввод данных

Рисунок 5.4 Результаты расчета программы

Результаты расчета программы совпадают с тестовым примером с учетом того что при вычислений машиной теряется точность при округлений.



6. Заключение

В данной программе рассмотрена методика расчета реостатного каскада предварительного усиления. Существуют другие каскады. Можно улучшить программу, так что бы можно было считать разные каскады предварительного усиления и автоматически выбирать из таблицы нужный транзистор. Все это будет удобнее реализовать в среде программирования Delphi 7.



Список литературы

1. Цыкина А.В. Проектирование транзисторных усилителей низкой частоты. Издательство «Связь»,Москва 1968.182 с.

2. Брежнева К.М.,Сметанина Д.И., Машарова Т.С., Супов С.В., Николаевский И.Ф., Фишбейн Т.И., Хотимский А.Б. Транзисторы и полупроводниковые диоды. Связьиздат, Москва, 1963. 646 с.

3. ОС ТУСУР 6.1-97. Образовательный стандарт ВУЗа. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Общие требования и правила оформления. Томск: ТУСУР, 1997. 37 с.

4. Синельников А.Х. Бестрансформаторные транзисторные усилители низкой частоты. Издательство «Энергия», Москва, 1969. 52 с.

5. Стоцкий Ю., Васильев А., Телина И. Office 2010, Самоучитель. СПб.: Питер, 2011. 432 с.

6. Лукин С.Н. Турбо-Паскаль 7.0.Для начинающих, Самоучитель. Спб.: Диалог-МИФИ, 1999. 384 с.

7. Фаронов В.В. Turbo Pascal 7.0. Начальный курс, Учебное пособие, -М.: Издательство «ОМД Групп» 2003. 616.

8. http://blogee.ru/programmers/pascal-proverka-korrektnosti-vvodimyx-znachenij.html. Pascal -- проверка корректности вводимых значений. 2012. 1 с.

9. Кобрин Ю.П. Методические указания к курсовой работе, Томск, 2012. 16 с.



Приложение (Листинг программы)

Модуль программы:

Unit Procedur;

Interface

uses crt;

Procedure def(a:real;s:string;d:integer);

procedure FonColor(Fon,Color:byte);

implementation

procedure FonColor(Fon, Color: byte); {установка фона и цвета символов на экране}

begin {начало тела процедуры}

TextBackGround(Fon); {Fon - номер цвета фона}

TextColor(Color) {Color - номер цвета символов}

end;

end.

program UHN;

uses crt,PROCEDUR;

var Ikt,Rkop,Uki0,Ik0,Rk,Ri,Tpmax,Rdls,Rkti,Ivxt,Kt,Uvxs,K,Rvvs,Cc,Rdl,Rist,Sic,Ci,C0,Mv,Uvxt:real;

s:string;

a,gor,fv,fgr,i,fn,Ci1,Ci2,Ik,Ek,Rvxts,Mnc,Ivxs,Uvxts,Kcl,Ckmax,Rvxobs,R1s,R2s,Tokmax,Rvxt,Ks:real;

flag:boolean;

const

{Џ а ¬Ґвал ва ­§Ёбв®а Џ15Ђ}

Rtt=0.2;

Ik0max = 0.02;

Bmin=50;

Bmax=100;

{}

R1=2960;

R2=1356;

begin

{$I-} {$R-}

FonColor(LightGray,Black);

clrscr;

flag:=false;

writeln(' Программа: Расчет транзисторного реостатного каскада предварительного усиления');

writeln(' ' );

writeln( ' ___ …Є ');

writeln( ' іДДііДДДДДД___ДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДo ');

writeln( ' Cд і Rд і і ');

writeln( ' і і і ');

writeln( ' і і і ');

writeln( ' R1і і RЄі і R1б«і і ');

writeln( ' і і і і і і ');

writeln( ' і і_______ і ');

writeln( ' і Џ15Ђ / і `б і ');

writeln( ' o_______і_____(і) і___і і___і____________ ');

writeln( ' і \ і і і і і ');

writeln( ' і і_____ і і і ');

writeln( ' R2і і і і і і і ');

writeln( ' ~ і і і _і_ R2б«і іRўеаі і _і_ ');

writeln( ' і Rні і _ _`н і і і і _ _`® ');

writeln( ' і і і і і і і ');

writeln( ' o_______і________і____і__________і______і____і ');

repeat

writeln(' ');

write(' Введите частоту fgr в Гц: ');readln(fgr);

write(' Введите частоту fv в Гц: ');readln(fv);

write(' Введите частоту fn В Гц: ');readln(fn);

write(' Введите напряжение питания каскада Е_к в В ‚: ');readln(Ek);

write(' Введите входное сопротивление транзистора сл. Rvxts в ом: ');readln(Rvxts);

write(' Введите коэффициент частотных искажений Mnc: ');readln(Mnc);

write(' Введите входной ток транзистора сл. Ivxs: ');readln(Ivxs);

write(' Введите входное напряжение транзистора сл.Uvxts ў ‚: ');readln(Uvxts);

write(` Введите Kcl: ');readln(Kcl);

write(' Введите максимальную емкость каскада Ckmax в ф: ');readln(Ckmax);

write(' Введите входное сопротивление Rvxobs в Ом: ');readln(Rvxobs);

write(' R1s: ');readln(R1s);

write(' R2s: ');readln(R2s);

write(' Tokmax: ');readln(Tokmax);

if IoResult = 0 then

flag:=true

else

writeln('Ошибка ввода данных. Повторите ввод.');

until flag = true;

Rkop:= (0.4*Ek)/(1.5*Ivxs);{Ориентировочное значение Rop}

Ikt:= Ivxs +(Uvxts/R2s)+(Uvxts/R1s)+(Uvxts/Rkop);

Ik0:= 1.1*Ikt; {Минимальный ток покоя коллектора}

Rk:= (0.4*Ek)/(Ik0);

Ri:=(0.2*Ek)/(Ik0);

Uki0:= Ek-(Ik0*Rk)-(Ik0*Ri);

Tpmax:=Tokmax+(Ik0*Uki0*Rtt);{Максимальная температура коллекторного перехода }

Rdls:=(R1s*R2s)/(R1s+R2s);

Rkti:=(Rk*Rdls*Rvxts)/(Rk*Rdls+Rvxts*Rk+Rvxts*Rdls);{сопротивление нагрузки коллектора переменному току}

Ivxt:= Ikt/Bmin; {Амплитуда входного сигнала и коэффициент усиления каскада}

Kt:= Ivxs/Ivxt;

Uvxt:= Ivxt*Rkop; {Амплитуда напряжения входного каскада и коэффицент усиления каскада }

{Для удобства в программе сумму сопротивлений Rvix+Rvxs заменим на Rvvs}

Rvvs:= Rk+(( Rvxts*Rdls)/(Rvxts+Rdls));

Cc:= 0.159/(fn*(Rvvs)*sqrt(sqr(Mnc)-1)); {Емкость конденсатора связи }

Rdl:= (R1*R2)/(R1+R2);

Rist:=(Rk*Rdl)/(Rk+Rdl);

Sic:= (1+Bmax)/(Rist+Rvxt);

Ci1:= 0.16/(fn*Ri);

Ci2:= sqrt(sqr(1+Sic*Ri)-sqr(Mnc))/(sqr(Mnc-1));

C0:= 0.16/(fgr*Rvxobs)+(Ckmax*(1+Ks));

Ci:= Ci1*Ci2;

Mv:= sqrt(1+sqr(6.28*fv*C0*Rkti));

writeln(' ');

writeln('Результаты расчета');

writeln(' Rkop= ',Rkop:8:3);

writeln(' Ikt = ',Ikt:5:3);

writeln(' Ik0= ',Ik0:5:3);

writeln(' Rk= ',Rk:8:3);

writeln(' Ri= ',Ri:8:3);

writeln(' Uki0= ',Uki0:5:3);

writeln(' Tpmax= ',Tpmax:5:0);

writeln(' Rkti= ',Rkti:4:3);

writeln(' Rdls= ',Rdls:5:3);

writeln(' Ivxt= ',Ivxt);

writeln(' Kt= ',Kt:5:3);

writeln(' Uvxt = ',Uvxt);

writeln(' Cc= ',Cc);

writeln(' Rvvs= ',Rvvs:4:3);

writeln(' Rdl= ',Rdl:5:3);

writeln(' Rist= ',Rist:5:3);

writeln(' Ci= ',Ci);

writeln(' Sic= ',Sic:5:3);

writeln(' C0= ',C0);

writeln(' Mv= ',Mv:2:1);

writeln(' ' );

write(' ');

write('Программа завершила расчет. Для выхода нажмите клавишу Esc')

repeat

readkey

until readkey=#27;

end.

Размещено на Allbest.ru

...