Каскадный усилитель с параллельным питанием
Основные технические требования к проектируемому каскадному усилителю с параллельным питанием. Схема включения каскадов. Расчет требуемых параметров источника питания, элементов схемы усилителя. Частотные характеристики, тепловой режим устройства.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.12.2017 |
| Размер файла | 522,6 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.
16
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оглавление
- Задание на проектирование
- Постановка задачи
- Технические требования
- Расчёт требуемых параметров источника питания
- Расчёт элементов схемы усилителя
- Принципиальная схема усилителя
- Выходной каскад
- Предоконечный усилитель
- Расчёт КПД схемы
- Частотные характеристики
- Тепловой режим устройства
- Оценка нелинейности схемы
- Список литературы
Задание на проектирование
Постановка задачи
Необходимо спроектировать и рассчитать каскадный усилитель с параллельным питанием. Схема включения первого каскада - общий исток (ОИ, на полевом транзисторе с p-n-переходом), второго каскада - общая база (ОБ).
Усилитель должен соответствовать указанным техническим требованиям.
Технические требования
Технические требования к проектируемому устройству:
– входное сопротивление, МОм, не менее 1
– коэффициент усиления 18
– максимальная амплитуда выходного напряжения, В7
– выходное сопротивление, кОм, не более 5
– рабочая полоса частот, Гц5 - 50 000
Расчёт требуемых параметров источника питания
В соответствии с заданием в проектируемом устройстве используется параллельное питание каскадов. Принцип параллельного питания каскадов многокаскадного усилителя от общего источника питания является целесообразным как с технической, так и с экономической точек зрения. Он применяется не только в усилительных устройствах, но и в других устройствах РС, РВ и ТВ. При этом нужно только иметь в виду, что за счет общего источника питания может возникать паразитная обратная связь между каскадами, которая может ухудшить показатели многокаскадного усилителя и даже привести к его самовозбуждению.
Напряжение источника питания выбирается с учётом максимальной амплитуды
Напряжение на стоке транзистора, включённого с ОИ, в рабочей точке (ориентировочное значения остаточного напряжения В):
В
Напряжение питания каскада:
В
В соответствии с рядом предпочтительных и дополнительных значений напряжения [1, стр.5] выбирается стандартное (дополнительное) напряжение источника питания 30 В. Это значение используется в дальнейших расчётах.
Мощность источника питания при параллельном питании должна обеспечивать ток, потребляемый обоими каскадами. Если предположить, что максимальный ток, потребляемый каждым каскадом, составляет 100 мА (значение будет уточнено при дальнейших расчётах), то суммарный потребляемый усилителем ток:
А
Необходимая мощность источника питания:
Вт
Источник питания с этим значением мощности обеспечит потребление проектируемого усилителя.
Расчёт элементов схемы усилителя
Принципиальная схема усилителя
Принципиальная схема усилители представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Принципиальная схема каскада
Схема представлена последовательным включением каскадов на ПТ, включённого по схеме с ОИ, и на БТ, включённого по схеме с ОБ.
Усиление сигнала по напряжению обеспечивается первым, так и вторым каскадом. В то же время, второй каскад имеет коэффициент передачи по току близкий к единице (несколько меньший).
Резисторы обеспечивают требуемый режим работы транзисторов. Конденсаторы С1 и С3 - разделительные. Они обеспечивают развязку источника сигнала, усилителя и нагрузки по постоянному току. Конденсатор С2 - блокировочный.
каскадный усилитель источник питание
Выходной каскад
Выходной каскад построен по схеме с общей базой. Он строится на транзисторе типа КТ315В. Этот транзистор имеет следующие параметры [2, стр.175]:
– максимальное напряжение коллектор-эмиттер, В40
– максимальный ток коллектора, А0,1
– граничная частота, МГц250
– статический коэффициент передачи тока20-90
– входное сопротивление, Ом40
Выходное сопротивление усилителя в соответствии с заданием кОм.
Тогда сопротивление нагрузки:
кОм
Сопротивление резистора в цепи коллектора:
кОм
Полученное значение соответствует стандартному значению сопротивления [3, стр.24].
Мощность, рассеиваемая резистором:
Вт
Стандартное значение мощности 1 Вт [3, стр.23].
Используется резистор типа С2-33Н 5 кОм ±5% 1 Вт.
Ток покоя эмиттера:
мА
мА, тогда сопротивление эмиттера:
Ом
Резистор в цепи эмиттера предназначен для стабилизации режима работы и рассчитывается с учётом требуемого коэффициента усиления каскада:
Ом
Стандартное значение сопротивления 270 Ом [3, стр.24]. Резистор рассеивает мощность:
мВт
Стандартное значение мощности 0,01 Вт [3, стр.23]. Используется резистор типа С2-33Н 270 Ом ±5% 0,01 Вт.
Реализуемое усиление:
Амплитуда подводимого напряжения:
Сопротивления резисторов делителя в цепи базы рассчитываются на основе выражений:
Входное сопротивление каскада:
Ом
Пусть Ом, тогда:
кОм
Значение соответствует стандартному сопротивлению [3, стр.24].
кОм
Стандартное сопротивление 16 кОм [3, стр.24].
Используются резисторы типа С2-33Н 150 кОм ±5% 0,01 Вт и С2-33Н 16 кОм ±5% 0,01 Вт.
Эквивалентное сопротивление базового делителя определяется как сопротивление при параллельном включении двух резисторов базового делителя:
кОм
Предоконечный усилитель
Предоконечный усилитель построен по схеме с ОИ на полевом транзисторе типа 2П333Б. Параметры этого транзистора [2, стр.858]:
– максимальное напряжение сток-исток, В40
– начальный ток стока, мА20
– напряжение отсечки, В-3
– крутизна, мА/В5
– ёмкость затвор-исток, пФ10
– ёмкость проходная, пФ4
При напряжении затвор-исток ток стока и крутизна составят:
мА
При таком токе стока крутизна (по графику в [8]) крутизна мВ/А.
Как правило, напряжение на истоке В, а напряжение сток-исток В, тогда напряжение на стоке:
В
Напряжение на затворе: В
Сопротивление R2 рассчитывается из условия обеспечения требуемой верхней рабочей частоты. Так как частота верхнего среза входной цепи должна быть больше верхней рабочей частоты, а она определяется сопротивлением R4 и суммарной емкостью пФ, то:
кОм
Стандартное значение сопротивления резистора кОм [3, стр.24]. Используется резистор типа С2-33Н 220 кОм ±5% 0,05 Вт.
Ток делителя:
мкА
кОм
кОм
Стандартное значение сопротивления для резисторов: кОм, кОм [3, стр.23].
Используются резисторы типа С2-33Н 1,1 кОм ±5% 0,05 Вт, С2-33Н 330 кОм ±5% 0,05 Вт.
Ёмкость разделительных конденсаторов рассчитывается с учётом того, что достаточно хорошая связь по переменном току обеспечивается при условии , где - следующее за конденсатором активное сопротивление (нагрузка). Тогда для конденсатора на входе усилителя:
кОм
мкФ
Стандартное значение ёмкости 20 мкФ [4], используется конденсатор типа К50-35 20 мкФ, 50 В (электролитический алюминиевый).
Для конденсатора на выходе усилителя:
кОм
мкФ
Стандартное значение ёмкости 27 мкФ [4], используется конденсатор типа К50-35 27 мкФ, 50 В (электролитический алюминиевый).
Ёмкость блокировочного конденсатора:
нФ
Стандартная ёмкость 4700 пФ [4, стр.9]. Используется конденсатор типа К50-35 4700 пФ, 50 В (электролитический алюминиевый).
Расчёт КПД схемы
При воздействии на вход схемы синусоидального напряжения 0,2 выходное напряжение:
В
Выходной ток:
мкА
Мощность выходного сигнала:
мкВт
Потребляемая от источника питания мощность:
Мощность усилителя:
мВт
Тогда потребляемая мощность:
мВт
КПД усилителя в заданных условиях:
При заданном уровне сигнала КПД усилителя крайне низок и устройство работает неэффективно. При более высоком уровне сигнала эффективность усилителя будет более высока.
Частотные характеристики
Анализ частотных характеристик усилителя выполнен машинным методом с использованием программы MicroCap. В результате получена амплитудно-частотная характеристика усилителя, представленная на рисунке 2.
Форма АЧХ показывает, что в заданном диапазоне частот усилитель обеспечивает равномерное усиление, т.е. соответствует требованиям задания.
Рисунок 2 - АЧХ усилителя
Тепловой режим устройства
При номинальном выходном напряжении 9 В выходной ток в нагрузке составит:
мкА
Мощность в нагрузке:
мкВт
Мощность, потребляемая усилителем от источника питания, была посчитана ранее и составляет 55,3 мВт
Мощность, выделяемая на транзисторе:
мВт
В соответствии со справочными данными транзистор рассеивает 250 мВт, т.е. в данном случае нет необходимости в использовании радиатора. То же относится к транзистору второго каскада.
Оценка нелинейности схемы
Нелинейность является следствием изменения коэффициента усиления в результате изменение тока стока ПТ и тока коллектора БТ. Пределы изменения тока:
мА
мА
Соответствующие значения крутизны:
мА/В
мА/В
Коэффициенты усиления усилителя:
Соответствующие значения общего коэффициента усиления составят 22,095 и 22,14. Коэффициент нестабильности:
То же значение, выраженное в децибелах составит 54 дБ.
Оценка нелинейности также выполнялась с применением программы MicroCap. Результаты анализа в графической форме представлены на рисунке 3.
По результатам анализа можно заключить, что нелинейные искажения в схеме невелики. Коэффициент гармоник составляет %. Это является результатом выбора рабочей точки первого каскада на линейном участке характеристики транзистора, где вероятность возникновения нелинейных искажений минимальна.
Рисунок 3 - Результаты анализа искажений
Список литературы
1. ГОСТ29322-92 (МЭК38-83) Стандартные напряжения.
2. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник / В.Л. Аронов, А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др. Под общ. ред.Н. Н. Горюнова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 904 с.
3. Резисторы: Справочник / В.В. Дубровский, Д.М. Иванов, Н.Я. Пратусевич и др.; Под ред.И. И. Четвертакова и В.М. Терехова. - М.: Радио и связь, 1991. - 528 с.
4. Горячева Г.А., Добромыслов Е.Р. Конденсаторы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984. - 88 с.
5. Павлов В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.Н. Павлов. - М.: Издательский центр "Академия", 2008. - 288 с.
6. Ровдо А.А. Схемотехника усилительных каскадов на биполярных транзисторах. - М.: Додэка-XXI, 2009. - 256 c.
7. Амелина М.А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 464 с.
8. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др. под ред. Б.Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981. - 656 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Обзор литературы по усилителям мощности. Описание электрической схемы проектируемого устройства - усилителя переменного тока. Разработка схемы вторичного источника питания. Выбор и расчет элементов схемы электронного устройства и источника питания.
реферат [491,0 K], добавлен 28.12.2014Расчет элементов схемы транзисторного усилителя. Характеристики источника питания. Выбор всех элементов схемы (номиналов и мощностей). Оценка нелинейности схемы. Расчет печатной платы (толщина, размеры отверстий, контактных площадок, ширина проводников).
контрольная работа [321,9 K], добавлен 07.12.2014Расчет элементов управляемого выпрямителя с параллельным включением вентилей, системы импульсно-фазового управления на операционных усилителях, источника ее питания. Проектировка принципиальной электрической схемы управления реверсивного выпрямителя.
курсовая работа [497,9 K], добавлен 31.01.2011Расчёт и обоснование требуемых характеристик источника питания. Определение и выбор всех элементов схемы (номиналов и мощностей). Вычисление параметров конденсаторов, резисторов, транзисторов. Расчёт КПД схемы при синусоидальном входном сигнале.
контрольная работа [170,2 K], добавлен 05.12.2010Параметры избирательного усилителя. Выбор функциональной схемы устройства. Расчет основных узлов. Схема неинвертирующего усилителя. Оптимальный коэффициент усиления полосового фильтра. Номиналы конденсаторов и резисторов. Частотные характеристики фильтра.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 14.07.2013Расчет напряжения, параметров элементов усилителя. Коэффициент передач электрических сигналов. Выбор марки транзисторов. Моделирование устройства в системе схемотехнического моделирования Electronics Workbench. Характеристики усилительных каскадов.
курсовая работа [260,9 K], добавлен 24.11.2014Технические характеристики типового источника питания. Основные сведения о параметрических стабилизаторах. Расчет типовой схемы включения стабилизатора на К142ЕН3. Расчет источника питания с умножителем напряжения, мощности для выбора трансформатора.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 17.03.2015Структурная схема усилителя. Определение числа каскадов, распределение искажений по ним. Расчет требуемого режима и эквивалентных параметров транзистора, предварительных каскадов. Расчет усилителя в области нижних частот. Оценка нелинейных искажений.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 08.09.2014Разработка и расчет схемы двухтактного усилителя мощности с заданными параметрами. Расчет оконечного, промежуточного и входного каскада. Выбор цепи стабилизации тока покоя. Результирующие характеристики усилителя. Требования к мощности источника питания.
курсовая работа [617,9 K], добавлен 16.10.2011Схема включения фотоприемника. Принципиальная электронная схема предварительного усилителя, обеспечивающая согласование с приемником. Сигнал на выходе фотоприемного устройства. Спектральная чувствительность фотодиода. Усилитель сигнала на транзисторе.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 30.04.2011Описание блок–схемы транзисторного двухкаскадного усилителя мощности низких частот. Вычисление мощности, потребляемой цепью коллектора транзистора от источника питания. Расчёт выходного и предварительного каскадов усилителя, фильтра нижних частот.
контрольная работа [323,8 K], добавлен 18.06.2015Расчет параметров резисторов, исходя из заданного положения рабочей точки в классе А и ее нестабильности при определенном напряжении источника питания схемы и выбранном типе транзистора. Упрощённая схема усилителя для расчёта постоянных составляющих.
курсовая работа [768,5 K], добавлен 16.01.2015Структурная и принципиальная схемы усилителя для фоторезистора. Проектирование входного устройства. Расчет масштабирующего усилителя, блока регулировки, усилителя мощности. Разработка фильтра нижних частот, режекторного фильтра, источника питания.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 10.12.2015Построение принципиальной схемы однотактного резистивного трансформаторного усилителя и расчет его параметров. Определение коэффициентов усиления по току, напряжению и сопротивлению для включения. Изучение особенностей микросхемы на транзисторах.
контрольная работа [23,3 K], добавлен 23.11.2010Обоснование 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 02.01.2011Схемотехнические 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 07.01.2015Основные особенности групповых усилителей. Принципиальная схема усилителя. Расчет рабочих частот. Выбор и обоснование схемы выходного каскада усилителя (ВКУ). Выбор режима работы транзистора ВКУ. Расчет стабилизации режима работы транзистора ВКУ.
курсовая работа [582,6 K], добавлен 28.01.2015Выбор операционного усилителя, расчет его основных параметров для входного и выходного каскада. Вычисление каскадов усилителя, смещения нуля, коэффициента гармоник и частотных искажений. Моделирование усилителя с помощью Electronics Workbench 5.12.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 04.10.2014Расчёт параметров усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе. Схема транзисторного усилителя низкой частоты. Выбор биполярного транзистора, расчет элементов схемы. Аналитический расчёт параметров усилительного каскада на полевом транзисторе.
курсовая работа [381,5 K], добавлен 03.12.2010Работа радиолокационных станций в условиях помех и действия малоразмерных целей. Расчет параметров входного устройства транзисторного усилителя. Расчет функции передачи и элементов согласующей цепи. Синтез схемы входного устройств малошумящего усилителя.
дипломная работа [8,6 M], добавлен 04.12.2013
