Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
К.Р. по курсу “Электротехника и электроника”, вариант 1, группа 132, Белов А.В.
Министерство образования и науки РФ
Рязанский государственный радиотехнический университет
Кафедра БМПЭ
Курсовая работа по дисциплине
«Электротехника и электроника»
«Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе»
Выполнил: ст. гр. 132 Белов А.В.
Проверил: Рыбин Н.Б.
Рязань 2012
1. Анализ технического задания.
Рассмотрим основные требования, предъявленные техническим заданием к разрабатываемому однокаскадному усилителю на биполярном транзисторе:
В [1] показан расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе со схожими параметрами. Поэтому, можно сказать, что данный усилитель на биполярном транзисторе с указанными параметрами можно разработать.
2. Выбор транзистора и элементной базы.
Необходимо подобрать транзистор, параметры которого удовлетворяют следующим требованиям:
Данным требованиям удовлетворяет транзистор КТ315А.
Параметры КТ315А:
МГц
Где
- граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.
– максимально допустимое напряжение коллектор – эмиттер.
– максимально допустимый постоянный ток коллектора.
– максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода.
- статистический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.
3. Расчет статического режима работы биполярного транзистора по постоянному току (расчет рабочей точки).
Для расчета рабочей точки используем схему H-смещения, так как в этой схеме фиксируется напряжение на базе транзистора, не зависимо от изменений тока в базе транзистора и внешних изменений.
Рисунок 1 - Схема формирования РТ
Для задания рабочей точки зададим коллекторное сопротивление равное: .
Тогда . Задавая рабочую точку в середине нагрузочной прямой получим:
мА. (1)
Коэффициент усиления по напряжению вычисляется по формуле: . Чтобы учесть погрешность берем коэффициент =22.
Значит Ом. Округлим это значение до значения, соответствующего ряду E24 [2]. Получим Ом.
Рассчитаем ток базы: мА, - коэффициент усиления тока базы в схеме с общим эмиттером.
Для задания рабочей точки требуется стабилизировать напряжение на базе транзистора. Для этого можно использовать делитель напряжения. Чтобы обеспечить режим источника ЭДС нужно задать ток через резисторы делителя напряжения много больше тока базы.
Пусть мА.
Найдём напряжение на базе транзистора:
В.
Для делителя напряжения, сопротивления R1 и R2 можно найти по формулам: Ом.
Округлим до значения, соответствующего ряду Е24 [2]: кОм.
Ом.
Округлим до значения, соответствующего ряду Е24 [2]: кОм.
Для расчета коэффициента нестабильности схемы с H-смещением заменим делитель напряжения на эквивалентную схему
Рисунок 2 - Схема после замены
в виде источника напряжения с внутренним сопротивлением .
Тогда: Ом.
Коэффициент нестабильности находится по формуле
4. Расчет усилительного каскада на переменном сигнале.
Рассчитаем входное сопротивление каскада RВХ.
(2),
где Ом, Ом.
Тогда из (2):
Это значение удовлетворяет требованиям, предъявляемым к разработке.
Разделительный конденсатор С1 совместно с входным сопротивлением каскада представляет собой фильтр высоких частот. Из этого следует, что частота среза фильтра ВЧ, в данном случае фильтра на входе каскада, определяется выражением: .
На выходе каскада также существует фильтр ВЧ, образованный конденсатором и с граничной частотой:
Так как эти фильтры включены последовательно, то обобщенную частоту среза соединения приблизительно определим как:
.
Откуда .
Теперь вычислим емкости разделительных конденсаторов, с учетом вышесказанного:
.
.
Рассчитаем верхнюю рабочую частоту каскада:
Гц. Однако необходимо получить верхнюю рабочую частоту не меньше 250000 Гц. Для достижения этого используем эмиттерный повторитель (ЭП).
Подключим его к выходу усилительного каскада. Так как напряжение на коллекторе транзистора усилительного каскада стабильно и равно половине напряжения питания то и напряжение на базе транзистора ЭП будет равно половине напряжения питания, а, следовательно, режим рабочей точки для транзистора ЭП обеспечен.
Выберем много меньше сопротивления нагрузки. Сопротивление нагрузки кОм. Пусть кОм. Это значение соответствует ряду Е6 [2]. Тогда мА.
Рассчитаем параметры получившегося усилителя.
Верхняя рабочая частота:
;
;
Ом.
Ом.
= МГц.
Все рассчитанные параметры удовлетворяют параметрам, заданным в техническом задании. Следовательно правильная работа усилительного каскада обеспечена.
Теоретически рассчитанная АЧХ:
k(ω)
k=22
ω
5. Моделирование схемы в схемотехнической САПР
Рисунок 3 – Схема усилительного каскада, посторенная в схемотехнической САПР MicroCAP10 Evaluation.
Рисунок 4 - Эпюра напряжения на входе усилительного каскада, полученная в схемотехнической САПР MicroCAP10 Evaluation.
Рисунок 5 - Эпюра напряжения на коллекторе транзистора усилительного каскада, полученная в схемотехнической САПР MicroCAP10 Evaluation.
Рисунок 6 - Эпюра напряжения на выходе усилительного каскада, полученная в схемотехнической САПР MicroCAP10 Evaluation.
Рисунок 7 - АЧХ усилительного каскада, полученная в схемотехнической САПР MicroCAP10 Evaluation.
Рисунок 8 – Фаза выходного напряжения усилительного каскада, полученная в схемотехнической САПР MicroCAP10 Evaluation.
Рисунок 9 – График зависимости сопротивления от частоты, полученный в схемотехнической САПР MicroCAP10 Evaluation.
Полученные характеристики показывают что усилительный каскад выполняет свои функции и имеет АЧХ с нижней граничной частотой Fn=109 Гц, коэффициентом усиления 26.3 дБ и верхней граничной частотой
Fв=1.7 МГц.
В узле v(1), т.е. на коллекторе транзистора, формируется усиленный синусоидальный сигнал с постоянной составляющей порядка 12В. Это соответствует, примерно, середине нагрузочной прямой для напряжения питания Ек=20В.
В узле v(5), т.е. на входе усилителя формируется входной сигнал амплитудой 600мВ.
В узле v(6), т.е. на сопротивлении нагрузки формируется усиленный синусоидальный сигнал амплитудой порядка 12В но без постоянной составляющей, т.к. она убирается разделительным конденсатором С2.
По соотношению амплитуд выходного и входного сигнала можно определить коэффициент усиления каскада, который равен Кu = 12/0.6= 20.
Таким образом, полученные в схемотехнической САПР MicroCAP10 Evaluation графики и зависимости, доказывают работоспособность усилительного каскада.
|
Поз. Обозн. |
. |
Наименование |
Кол. |
Примечание |
|||||
|
Резисторы |
|||||||||
|
R1 |
С2-23 0.125 75кОм 5% |
1 |
|||||||
|
R2 |
С2-23 0.125 4.3кОм 5% |
1 |
|||||||
|
Rk |
С2-23 0.125 5.1кОм 5% |
1 |
|||||||
|
Rэ |
С2-23 0.125 240Ом 5% |
1 |
|||||||
|
Rэ’ |
С2-23 0.125 10кОм 5% |
1 |
|||||||
|
Транзисторы |
|||||||||
|
VT1V 2 |
КТ315А |
2 |
|||||||
|
Конденсаторы |
|||||||||
|
С1 |
КМ-3 М47 660нФ |
1 |
|||||||
|
С2 |
КМ-3 М47 22.4нФ |
1 |
|||||||
|
КР-02069154-201000-132-1 |
|||||||||
|
Перечень элементов |
Лит. |
Масса |
Масшт |
||||||
|
Изм |
Лист |
№ докум. |
Подп |
Дата |
|||||
|
Разраб. |
Белов А.В. |
||||||||
|
Пров. |
Рыбин Н.Б. |
Лист 2 |
Листов 2 |
||||||
|
Т.конт |
|||||||||
|
Н.конт |
|||||||||
|
Утв |
6. Заключение
Таблица 1 – Соответствие параметров каскада
|
Заданные параметры |
Теоретически рассчитанные параметры |
Параметры полученные в MicroCAP |
|
|
Ku |
20 |
21.98 |
19.9 |
|
Rin, Ом |
1700 |
3411 |
3529 |
|
Fв, МГц |
0.25 |
4.7 |
2 |
|
Fн, Гц |
100 |
100 |
110 |
Полученные параметры почти совпадают с заданными параметрами. Существует лишь различия в верхней частоте, которые обусловлены округленными значениями, которые были применены при исследовании каскада в схемотехнической САПР. Анализ в схемотехнической САПР говорит о его работоспособности. Следовательно параметры каскада рассчитаны верно.
7. Список используемых источников
[1] Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе: Учебно-методическое пособие: Для студентов заочного и очного обучения / Сост. С.Г.Прохоров, В.Г.Трусенев. / Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2001. 40 с.
[2] Тульский областной радиоклуб. «Справочник радиолюбителя».
http://www.r3p.ru/articles/2 (3.12.2012).
8. Оглавление