Линейный усилитель
Обоснование выбора структурной схемы усилителя и расчет числа его каскадов. Обоснование выбора принципиальной схемы и определение ее элементов по постоянному току. Расчет глубины отрицательной обратной связи трансформаторной дифференциальной системы.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.03.2013 |
| Размер файла | 255,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
19
Министерство науки и образования РК
Алматинский колледж связи при КАУ
Курсовая работа
по предмету ОЭиСТ
На тему: «Линейный усилитель»
Выполнила:Саханов Т.
Группа: 10-ОиЭО-904-2р
Проверила: Айгараева Г.А.
г.Алматы 2012г.
Содержание
1. Обоснование выбора структурной схемы усилителя
2. Расчет числа каскадов усиления
3. Обоснование выбора принципиальной схемы усилителя
4. Расчет оконечного каскада
5. Расчет элементов схемы по постоянному току
6. Расчет глубины общей отрицательной обратной связи (ООС)
Заключение
1. Обоснование выбора структурной схемы усилителя
трансформаторный усилитель схема ток
Структурная схема линейного усилителя представлена на рис.1. В качестве входного и выходного устройства линейного усилителя используются трансформаторные дифференциальные системы.
Оконечный каскад (ОК) усилителя обеспечивает заданную мощность сигнала в нагрузке при допустимых, с учетом действия ООС, нелинейных искажений.
Достаточная величина тока (напряжения) сигнала, необходимого для управления оконечным каскадом, обеспечивается каскадами предварительного усиления (КПУ).
Значения качественных показателей (затухания нелинейности, нестабильность и т.д.). Определяются максимальной глубиной ООС, которая охватывает все каскады усиления.
В цепь общей ООС для компенсации затухания усилительного участка и коррекции вносимых линий амплитудно-частотных искажений включаются:
ь переменный удлинитель (дБ);
ь контур начального наклона (КНН),
ь контур автоматической регулировки (АРУ).
Источником сигнала и нагрузки служит линия связи.
2. Расчет числа каскадов усиления
Число каскадов усиления определяется из формулы
N = (1)
где S без ос - усиление усилителя без обратной связи дБ;
Sбезос = S + Aос(2)
Sбезос= 40+ 20 =60;
где S номинальное усиление усилителя (по таблице1); S = 40дБ;
Aос- глубина ООС, выбирается в пределах 20-30 дБ; берем значение Aос=20,
Sкаск - усиление одного каскада, выбирается в пределах 20-25 дБ. Берем значение Sкаск =20.
N ==3 дБ;
Выбираем 3 каскада.
3. Обоснование выбора принципиальной схемы усилителя
Принципиальная схема простейшего трехкаскадного линейного усилителя, составленного согласно описанной ранее структурной схеме, приведена на рис.2. Усилитель состоит из трех каскадов по схеме с ОЭ на транзисторах V1, V2, V3. Ток покоя каждого каскада стабилизируется с помощью эмиттерных схем стабилизации. Между первым и вторым каскадомсвязь непосредственная, между вторым и третьим - осуществляется через разделительный конденсатор C8.
Отсутствие делителя напряжения и разделительного конденсатора на входе второго каскада дает экономию количества элементов схемы и некоторую экономию тока питания, кроме того, отсутствие разделительного конденсатора снижает амплитудно-частотные искажения на низких частотах.
Однако использование непосредственной связи имеет недостаток - требуется большее напряжение питания. Так как для второго каскада делителем напряжения служит первый каскад, все колебания режима первого каскада вызывают колебания режима второго. Поэтому в этой схеме важна особенно стабилизация режима первого каскада.
Для ослабления паразитной обратной связи между каскадами через общий источник питания цепь питания содержит фильтрующие цепи R6, C3, R11, C5. Входные и выходные устройства усилителя выполнены на дифференциальных трансформаторах Т1, Т2. Резисторы R1, R16 - балансные. В усилителе применена общая ООС, организуемая с помощью входного и выходного устройств. По входу и выходу имеет место комбинированная ООС. Обратная связь осуществляетсятолько по переменному току, поэтому на входе и выходе цепи ООС установлены разделительные конденсаторы C2, C11.
4. Расчет оконечного каскада
Оконечный каскад обеспечивает получение заданной мощности сигнала в нагрузке, при этом он должен вносить допустимые нелинейные искажения. В линейных усилителях аппаратуры систем передачи используются однотактные трансформаторные оконечные каскады с включением транзистора по схеме с ОЭ. Усилительный элемент в таких каскадах работает в режиме А, что позволяет получить небольшие нелинейные искажения.Тип транзистора оконечного каскада выбирается по максимальной допустимой рассеиваемой мощности коллектора Рkmaxи граничной частоте коэффициента передачи тока fгр в схеме с ОЭ. При этом должны выполняться условия: где Рн- мощность, отдаваемая в нагрузку.
fгр ?(40ч100) fв; (3)
Рк мах ?(4ч5) Рн, (4)
fгр ? 50*552= 30360Гц;=30кГц
Рк мах ? 4*45 = 180 мВт.
Из проведенных расчетов выбираем транзистор типаКТ312А.
Заносим параметры транзистора КТ312А в таблицу 2.
Таблица 2
|
Параметры транзистора |
КТ312А |
|
|
Структура транзистора |
n-p-n |
|
|
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ѓгр, МГц |
80 |
|
|
Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора P к max, мВт |
225 |
|
|
Коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала в схеме с ОЭ: h21э min |
10 |
|
|
h21э max |
100 |
|
|
Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор - эмиттер Uкэmах, В |
20 |
|
|
Максимально допустимый постоянный ток коллектора I k max, мA |
30 |
|
|
Объемное сопротивление базы на высоких частотах rб', Oм |
100 |
Определяем рабочую область характеристики транзистора. Для этого на выходных характеристиках (рис.5) транзистора строим характеристику максимально допустимой мощности рассеяния. Определяем ток коллектора по следующей формуле:
Iк = (5)
Iк 1= 180/5=36мA
Полученные данные тока коллектора вносим в таблицу 3.
Таблица 3
|
Uкэ, В |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
|
|
Iк, мА |
36 |
18 |
12 |
9 |
7,2 |
6 |
Для построения этой характеристики задаем значения Uкэдля транзистораКТ312Аот 5 В до 30 В.
На оси напряжений (рис.5)отмечаемэти значения и восстанавливаем перпендикуляры до пересечения с соответствующим каждому значению Uкэтоку Iк. Затем полученные точки соединяем плавной линией, далее проводятся линии, соответствующие Uкэ мах и Uост. Значение Uост определяется графически, для этого опускается на ось напряжений перпендикуляр из точки перегиба верхней вольт - амперной характеристики (Рис.5).
Определяем напряжение покоя транзистора по максимально допустимому напряжению Uкэ мах:
Uко ? (6)
Uко=(25+0,75)/2=13B;
Определяем мощность, отдаваемую транзистором с учетом заданного КПД трансформатора зтр = 0,95:
Р'~ = (7)
Р'~ =45/0,95=47,4 мВт;
Определяем мощность рассеяния на коллекторе транзистора:
Рко =Р'~ /зА*зос(8)
Рко =47,4/ 0,4*0,95=131,6мВт;
гдезА- максимальный КПД каскада в режиме А, принимается равным 0,4;
зос - коэффициент, учитывающий потери мощности сигнала в цепи обратной связи, принимается равным 0,9;
Ток покоя рассчитываем, исходя из мощности рассеяния на коллекторе транзистора:
Iко = (9)
Iко=131,6/13= 10,1 мА;
На семействе выходных характеристик транзистора (Рис. 5.) отмечаем выбранные Uко, Iко и определяем соответствующей точке покоя ток базы Iбо (входной ток). Полученное значение Iбо отмечаем на входной характеристике (Рис.6)и определяем соответствующее ему напряжение смещения Uбо.
Uко = 13 В;
Iко = 10,1мА
Iбо= 0,20 мА;
Uбо= 0,37В;
Определяем амплитуду напряжения выходного сигнала:
Uкm ? Uко - Uост (10)
Uкm = 13-0,75=11,6 В;
Определяем амплитуду тока выходного сигнала:
Iкm = (11)
Iкm=2*47,4/11,6=8,1 мА;
Строим нагрузочную прямую переменного тока. Для этого на семействе выходных характеристик (рис.5) транзистора от координаты точки покоя на оси токов вниз откладываем амплитуду тока Iкм, а от координаты точки покоя вправо - амплитуда напряжения Uкм. Пересечением уравнений Iко - Iкм и Uко + Uкм определяется точка М. Через точку М и точку покоя проводим нагрузочную прямую переменного тока.
Iк min=Iко - Iкm(12)
Uкmax= Uко + Uкm (13)
Iк min = 10,1-8,1=2 мА;
Uкmax =13+11,6=25 В;
На семействе выходных характеристик транзистора (рис.5) отмечаем точкуN на нагрузочной прямой переменного тока, соответствующая пересечению уровня Uост и нагрузочной прямой.
Определяем соответствующий точкам M и N входной ток. Точке М будет соответствовать минимальный входной ток Iбmin, а точке N - Iб maxмаксимальный.
Iбmin= 0,03мА;
Iб max= 0, 48 мА;
Определяем амплитуду тока входного сигнала:
Iбm = (14)
Iбm=(0,48-0,47)/2=0,005мА; Определяем мощность, отдаваемую транзистором в выбранном режиме:
Р~ = (15)
Р~ =11,6*8,1/2=47,4 мВт;
Сравниваем полученные величиныР~ с Р'~.Условие соблюдается:
Р~ ?Р'~ (16)
47,4 мВт ?47,4 мВт
На входной характеристике транзистора (рис.6) отмечаем токи Iб max, Iбо, Iбmin, и определяем соответствующие этим токам значения входного напряжения.
Uбэ мах = 0,45 В;
Uбэ min =0,32В;
Определяем амплитуду напряжения входного сигнала:
Uбm= (17)
Uбm=(0,45-0,32)/2=0,12 В;
Определяем коэффициент усиления по напряжению:
К = (18)
К =11,6/0,12=96?96 раз;
Определяем входное сопротивление транзистора:
Rвх = (19)
Rвх=0,12/0,09*10-3= 1333Ом;
Определяем сопротивление нагрузки выходной цепи:
R~ =(20)
R~=11,6/8,1*10-3= 1432 Ом;
Определяем мощность, потребляемую выходной цепью транзистора от источника питания:
Р = Iко * Uко (21)
Р= 10,1*13=131,1 мВт;
Определяем фактический коэффициент полезного действия цепи:
зф = (22)
зф=47,4/131,1=0,36;
Полученные при расчетах параметры оконечного каскада вносим в таблицу 4
Таблица 4
|
Nкаск |
Uко, В |
Iко, mА |
Uбо, В |
Iбо, mА |
К |
Rвх, Ом |
R~ , Ом |
зф |
|
|
3 |
13 |
10,1 |
0,52 |
0,20 |
96 |
1333 |
1432 |
0,36 |
5. Расчет элементов схемы по постоянному току
Расчет начинается с оконечного каскада. Для удовлетворительной стабилизации точки покоя в оконечном каскаде определяется ток делителя третьего каскада:
Iд = (5 ч 10) Iбо (23)
Iд= 5* 0,20=1мА;
Рис.7. Расчет оконечного каскада по постоянному току
Напряжение на резисторе в цепи эмиттера третьего каскада составит:
UR15 = (5ч10) Uбо(24)
UR15= 5*0,52=2,6В;
Определяем сопротивление резистора в цепи эмиттера третьего каскада:
R15 = (25)
R15=2,6/(10,1+0,20)*10-3=252,4Ом;
Определяем напряжение источника питания:
Е = UR15 + U ко+ Iко*R16 (26)
Е = 9,3+13 +10,1* 10* 286,4
22,3+6,4=28,7
где R16? (1/5) R~ = 0,20*1432=286,4? 286 Ом;
Напряжение на резисторе в цепи эмиттера третьего каскада:
UR15 = (Iко+ Iбо)* R15 (27)
UR15 = (10,1+ 0,20) * 252,4= 9,3 В;
Определяем мощность резистора в цепи эмиттера третьего каскада:
РR16 = Iко2*R 16 (28)
РR16 = 10,12 * 286,4= 292715,64 мВт ? 29,2 Вт;
Определяем сопротивление резисторов делителя смещения:
R13 = (29)
R13=(28,7-0,52-9,3)/(1*10-3+0,20*10-3) =1573Ом?1,5кОм
Сопротивление на резисторе в цепи эмиттера третьего каскада:
R14 = (30)
R14=(0,52 +2,6)/1 =3,12?3кОм;
Прежде чем перейти к расчету каскадов предварительного усиления, наносим заданные координаты точки покоя первого и второго каскадов предварительного усиления на выходные характеристики транзистора, (рис.5) определимUбо, Iбо. Координаты точек покоя первого и второго каскада вносим в таблицу 5.
Таблица 5
|
Номер каскада |
Uко1, В |
Iко1, мА |
Uбо1, В |
Iбо1, мА |
|
|
1 |
3 |
2 |
0,33 |
0,06 |
|
|
Номер каскада |
Uко2, В |
Iко2, мА |
Uбо2, В |
Iбо2, мА |
|
|
2 |
4 |
3 |
0,35 |
0,09 |
Режим работы каскадов предварительного усиления определяем условием получения максимального усиления, а во входном каскаде - условием получения максимальной помехозащищенности.
Для расчета каскадов предварительного усиления задается напряжение на резисторах UR6 = UR11 = 1В.
Расчёт каскадов предварительного усиления по постоянному току
Ток делителя первого каскада составит:
Iд = (5 ч 10) Iбо (31)
Iд = 6*0,02 = 0,12 мА;
Напряжение на резисторе в цепи эмиттера первого каскада составит:
UR5 = (5 ч 10) Uбо (32)
UR5= 5*0,52= 2,6В;
Рис.8. Расчет каскада предварительного усиления по постоянному току
Определяем сопротивление резистора в цепи коллектора первого каскада:
R5 = (33)
R5=2,6/(2*10-3+0,02*10-3)=1,2 кОм;
Определяем сопротивление резистора в цепи коллектора первого каскада:
R4 = (34)
R4=(28,7-1-1-3-2,6)/(2*10-3+0,04*10-3)= 11,8кОм;
Определяем сопротивление резисторов делителя смещения первого каскада:
R2 = (35)
R2=(28,7-1-1-0,52-3)/(0,12*10-3+0,02*10-3)=165,5 кОм;
R3= (36)
R3=(0,52+2,6)/0,52*10-3=6кОм;
Определяем сопротивление резистора в цепи эмиттера второго каскада:
R9 = (37)
R9=(2,6+3-0,52)/(0,04*10-3+3*10-3)=1,6кОм;
Определяем напряжение резистора в цепи коллектора второго каскада:
UR9 = (+) * R9 (38)
UR9=(4*10-3+0,04*10-3)*1,6= 6,4В;
Определяем сопротивление резистора в цепи коллектора второго каскада:
R8 = (39)
R8=(28,7-1-6,4-4)/4*10-3= 4,3кОм;
Определяем сопротивление резисторов фильтрующих цепей:
R6= (40)
R6=1/(0,12*10-3+2*10-3+0,02*10-3+0,04*10-3)=458? 4,5кОм
Определяем сопротивление резисторов фильтрующих цепей:
R11 = (41)
R11=1/(0,12*10-3+2*10-3+0,02*10-3+0,04*10-3+3*10-3)=51,8Ом
Заключение
Мы выбрали транзистор КТ312А со структурой типа n-p-n, произвели соответствующие расчеты усилителя и получили ожидаемое усиление.
Число каскадов = 3.
Коэффициент усиления по напряжению равен 96.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Обоснование выбора структурной и принципиальной схемы усилителя. Ориентировочный расчет числа каскадов усиления. Расчет оконечного каскада, элементов схемы по постоянному току, глубины общей отрицательной обратной связи, коэффициента усиления усилителя.
курсовая работа [986,3 K], добавлен 02.01.2011Описание принципиальной схемы. Расчет элементов схемы по постоянному току. Проверка расчета по постоянному току с помощью компьютера. Расчет усилителя на переменном токе. Построение амплитудно-частотной характеристики. Определение сопротивления передачи.
курсовая работа [579,9 K], добавлен 26.02.2014Структурная схема усилителя с одноканальной обратной связью. Выбор транзистора, расчет режима работы выходного каскада. Расчёт необходимого значения глубины обратной связи. Определение числа каскадов усилителя, выбор транзисторов предварительных каскадов.
курсовая работа [696,7 K], добавлен 24.09.2015Структурная схема усилителя с одноканальной обратной связью. Выбор и расчет режима работы выходного каскада. Расчет необходимого значения глубины обратной связи. Определение числа каскадов усилителя. Выбор транзисторов предварительных каскадов.
курсовая работа [531,0 K], добавлен 23.04.2015Обоснование и выбор функциональной схемы усилителя низкой частоты. Выбор функциональной схемы. Предварительный усилитель и усилитель мощности. Особенности выбора обратной связи и операционного усилителя для ВУ и ПУ. Питание операционных усилителей.
курсовая работа [360,9 K], добавлен 27.02.2010Обзор аналогов изделия. Описание структурной схемы. Описание схемы электрической принципиальной. Разработка и расчет узлов схемы электрической принципиальной. Обоснование выбора элементов схемы. Расчет печатной платы. Тепловой расчет.
дипломная работа [622,7 K], добавлен 14.06.2006Проектирование радиоприемника, обоснование выбора гетеродинной схемы с разделенными каналами изображения и звука. Выбор и обоснование структурной схемы приемника, расчет его электрической схемы, цепи контроля и питания, элементов усилителя радиочастоты.
курсовая работа [750,4 K], добавлен 07.07.2009Схемотехнические принципы проектирования усилителя электрических сигналов. Обоснование его структурной схемы. Выбор типов и номиналов элементов устройства. Обоснование схемы инверсного и реостатного каскадов. Проверка расчётов по коэффициенту усиления.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 07.01.2015Расчет структурной схемы усилителя. Определение числа каскадов. Распределение искажений по каскадам. Расчет оконечного каскада. Выбор транзистора. Расчет предварительных каскадов. Расчет усилителя в области нижних частот (больших времен).
курсовая работа [380,2 K], добавлен 19.11.2003Описание работы каскада с указанием назначения элементов, построением токов и напряжений на вольт-амперных характеристиках транзистора. Обоснование выбора элементов схемы каскада по типу, допуску номинала, мощности, напряжению. Расчет элементов схемы.
курсовая работа [693,5 K], добавлен 09.02.2014Разработка структурной и принципиальной схемы устройства. Расчет двухкаскадной схемы усилителя низкой частоты с использованием полевого и биполярного транзисторов. Выбор навесных элементов и определение конфигурации пленочных элементов усилителя частоты.
курсовая работа [220,7 K], добавлен 22.03.2014Составление и расчет электрической схемы, выбор радиодеталей и составление перечня их. Выбор и обоснование структурной схемы усилителя. Расчет оконечного каскада усилителя. Построение результирующей амплитудной и фазовой характеристик усилителя.
курсовая работа [467,3 K], добавлен 11.07.2012Обоснование, принципиальная схема и расчет элементов усилительного каскада. Характеристики транзистора и обоснование выбора рабочей точки. Проверка работы каскада с помощью DesignLab 8.0. Оценка работоспособности схемы и соответствия ее критериям.
курсовая работа [17,4 M], добавлен 27.02.2015Выбор и обоснование выбора структурной схемы приемника. Выбор числа поддиапазонов. Выбор значения промежуточной частоты. Параметры избирательной системы токов высокой частоты. Распределение частотных искажений по трактам. Определение числа каскадов.
курсовая работа [621,9 K], добавлен 27.05.2014Расчет широкополосного усилителя мощности. Определение числа каскадов. Расчет резистивного и дроссельного каскадов. Расчет схемы Джиаколетто выходного транзистора и его однонаправленной модели. Расчет разделительных емкостей и коллекторных дросселей.
курсовая работа [800,8 K], добавлен 23.10.2013Расчет элементов схемы по постоянному току. Определение координат рабочей точки транзистора на выходных характеристиках. Графоаналитическтй расчет параметров усилителя, каскада по переменному сигналу. Нахождение постоянного тока и мощности в режиме покоя.
курсовая работа [5,3 M], добавлен 14.03.2014Расчет усилителя мощности с представлением структурной схемы промежуточных каскадов на операционных усилителях. Расчет мощности, потребляемой оконечным каскадом. Параметры комплементарных транзисторов. Выбор операционного усилителя для схемы бустера.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 05.02.2013Понятие и назначение усилителя низкой частоты. Разработка и расчет принципиальной схемы. Проектирование усилителя низкой частоты, состоящего из двух каскадов и RC-цепочки связи. Анализ работы схемы при помощи программы Electronics Workbench Version 5.12.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 27.08.2010Выбор варианта построения структурной схемы и его техническое обоснование. Описание принципиальной схемы усилителя низких частот. Расчет выходного и дифференциального, предоконечного каскада. Принципы моделирования в программной среде CircuitMake.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 31.01.2016Выбор структурной схемы многокаскадного усилителя низкой частоты. Расчет показателей выходного, предокочечного и входного каскадов электронного устройства. Оценка параметров частотного искажения, фазовых сдвигов и усиления по напряжению, мощности и току.
курсовая работа [220,0 K], добавлен 03.12.2010
