Kursovoi_proekt (722380), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

R_вх = –––––––––– = 28.7 кОм.

I_Б0

Сопротивление нагрузки цепи коллектора переменному току R_K0 образовано параллельным соединением R_Н и R_К и равно

1

R_К~ = –––––––––– = 436 Ом.

1 1

–– + ––

R_К R_Н

Максимальный ток нагрузки равен

U_Н

I_НМ = –––– = 4.6 мА,

R_К

масимальный входной ток каскада

I_НМ 4.6

I_{вх м} = ––– = ––– = 0.09 мА,

_мин 50

отсюда коэффициент усиления каскада по току

U_Н

К_I = –––––– = 7.4.

R_Н I_{вх м}

Максимальное входное напряжение

U_{вх м} = I_{вх м} R_{вх ОЭ} = 0.077 В,

откуда получаем коэффициент усиления по напряжению

U_Н

K_U = –––– = 26.

U_{вх м}

Для расчета разделительных конденсаторов С_р1 и С_р2 необходимо задаться коэффициентом частотных искажений на нижней рабочей частоте М_НР, вносимых этим конденсатором, распределяя заданные допустимые искажения M_Н = 1.2 дБ между разделительным С_р и блокировочным С_Э конденсаторами. Пусть

М_НР = М_{НЭ ­­}= 0.6 дБ = 1.07 раза,

тогда

0.159

С_р1,2  –––––––––––––––––––– = 6 мкФ,

f_н (R_К + R_Н)  М_НР² – 1

a ­­__________________

0.16  (1+S^”_ЭС R_Э)² – М_НЭ²

С_Э  ––––––––––––––––––––––––– = 6000 мкФ,

f_н R_Э  М_НЭ² – 1

где

1 + _макс

S^”_ЭС = ––––––––––– = 0.1 См,

R_ист + R_{вх ОЭ}

где

R_i R_дел

R_ист = –––––––– = 2.7 кОм,

R_i + R_дел

где, в свою очередь,

R₁ R₂

R_дел = –––––––– = 6 кОм.

R₁ + R₂

Теперь рассчитаем коэффициент частотных искажений на верхней рабчей частоте M_В

­­ _____________

M_В =  1 + ( 2  f_В _В ) ;

здесь

_В = С₀ R_экв ,

где

0.16

С₀  С_{вх дин} = ––––––– + С_К (1 + К_U) = 1.9 · 10^–10 Ф,

f_ R_{вх ОЭ}

где С_К для выбранного транзистора С_К = 7 пФ. Далее

R_{вх ОЭ} R_ист

R_экв = –––––––––– = 0.65 кОм.

R_{вх ОЭ} + R_ист

Отсюда значение _В = 0.012мкс и M_В = 1.18, или в децибелах М_В =1.5 дБ, что соответствует поставленной задаче.

Расчет амплитудно-частотной характеристики каскада

Нашей задачей является выяснение поведения АЧХ каскада в его полосе пропускания и в прилегающих к ней областях. Диапазон охваченных расчетом частот простирается от 0.1 f_В до 3 f_В, т.е. от 2 Гц до 6 Мгц.

Эквивалентная схема каскада для расчета АЧХ на низких ( = 10 ... 10000 рад/с) частотах представлена на рис.4 приложения 1.

Коэффициент усиления каскада по напряжению

U_Н

K_U = –––– ,

U_ВХ

где

U_Н = I_Н R_Н,

где

U_Rк

I_Н = ––––––––– ,

1

R_Н + ––––

jC₂

где

U_Rк = i_К R_К = (SU₁ – i_н) R_К.

Подставим это выражение в предыдущее и после несложных преобразований получим

jC₂ S R_К

I_н = ––––––––––––––––– U₁.

jC₂ (R_К + R_Н) + 1

Теперь серией последовательных шагов найдем U_ВХ в зависимости от U₁:

напрэжение на R_Э

I_Э S U₁ + g_вх U₁

U_Rэ = ––– = ––––––––––––,

g_Э 1

jC_Э + –––

R_Э

напряжение на R_дел

S + g_вх

U_Rдел = U₁ + U_Rэ = U₁ + –––––––––––– U_1,

1

jC_Э + –––

R_Э

ток делителя

i_дел = U_Rдел / R_дел

входной ток каскада

i_вх = U₁ g_вх + i_дел

теперь

i_вх

U_вх = ––––– + U_Rдел ;

jC₂

откуда после подстановок i_вх, U_Rдел и серии преобразований получаем

[1 + jR_ЭС_Э + (S + g_вх) R_Э] (1 + jC₁ R_дел)

g_вх + ––––––––––––––––––––––––––––––––––––

R_дел (1 + jR_ЭС_Э)

U_вх = ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– U₁.

jC₁

Наконец, подставляем найденные U_вх и I_Н R_Н в формулу для К_U, а затем, перейдя к численным значениям номиналов элементов и упростив полученное выражение, найдем модуль К в следующем виде:

­­ ­_______________

К_U =  (a² + b²) / (c² + d²) .

здесь

a = –0.11 ²_,

b = –0.19 ³,

c = 137.3 – 1.56 ²,

d = 73.9  – 0.0014 ³.

График АЧХ каскада на низких частотах представлен на рис.7,8,9 приложения 1.

Эквивалентная схема каскада для расчета АЧХ на средних ( = 10000 ... 100000 рад/с) частотах представлена на рис.5 приложения 1.

Коэффициент усиления каскада по напряжению

U_Н

K_U = –––– ,

U_ВХ

где

U_Н = S U_ВХ (R_К || R_Н).

Подставляя последнее выражение в формулу для К_U, получим

S R_К R_Н

K_U = –––––––– = 140.

R_К + R_Н

Таким образом, мы видим, что на средних частотах заданного диапазона коэффициент усиления по напряжению не зависит от частоты и равен 140.

График АЧХ каскада на низких частотах представлен на рис.10 приложения 1.

Эквивалентная схема каскада для расчета АЧХ на высоких ( = 10⁵ ... 4·10⁷ рад/с) частотах представлена на рис.6 приложения 1.

Коэффициент усиления каскада по напряжению

U_Н

K_U = –––– .

U_ВХ

Ток в цепи коллектора

h_21Э I₁ = i_Cвых + i_Rк + i_Rн + i_Cн ,

или

h_21Э I₁ = U_Н (g_Cвых + g_Rк + g_Rн + g_Cн),

откуда

h_21Э I₁

U_Н = ––––––––––––––––––– .

g_Cвых + g_Rк + g_Rн + g_Cн

Здесь ток I₁ можно представить в виде

I₁ = U_ВХ g_вх ,

а, следоваательно,

h_21Э g_вх

К_U = ––––––––––––––––––– .

g_Cвых + g_Rк + g_Rн + g_Cн

Здесь

g_Cвых + g_Cн = j (C_вых + С_н),

где C_вых = С_К = 7 пф, а С_н = 50 пф,

1

g_н = –– ,

R_Н

следовательно

h_21Э g_вх

К_U = ––––––––––––––––––––––– .

1 1

j (C_вых + С_н) + –– + ––

R_Н R_К

Подставляя численные значения номиналов и находя модуль коэффициента усиления, имеем

­­ ­________

К_U = a / (b² + c²) ,

где

а = 320,

b = 2.29,

c = 0.57 · 10⁷ .

Из полученного выражения легко видеть, что при увеличении частоты коэффициент усиления падает, что и изображено на рис 11,12 приложения 1 (АЧХ каскада на высоких частотах).

Расчет частотной характеристики каскада с элементом ВЧ коррекции

Для поднятия АЧХ каскада на высоких частотах в цепь коллектора транзистора вводят элемент ВЧ коррекции в виде дросселя с индуктивностью L. В нашем случае необходимо ввести L = 0.01 мГн.

Схема такого каскада представлена на рис.1 приложения 2.

Расчет резистивного каскада с вышеупомянутыми изменениями в целом аналогичен расчету каскада без коррекции для высоких частот (см. п. 2.2), за исключением того, что в выражение для проводимости коллекторной ветви схемы будет входить кроме R_К также еще и сопротивление дросселя, зависящее от частоты: jL.

Эквивалентная схема для нижеследующего расчета представлена на рис.2 приложения 2.

Итак, коэффициент усиления каскада по напряжению

h_21Э g_вх

К_U = ––––––––––––––––––– .

g_Cвых + g_Rк + g_Rн + g_Cн

Здесь

g_Cвых + g_Cн = j (C_вых + С_н),

где C_вых = С_К = 7 пф, а С_н = 50 пф,

1

g_н = –– ,

R_Н

а

1

g_к = –––––––––,

R_К + jL

Подставляя выражения для проводимостей в выражение дла К_U, а затем приведя получившееся выражение к стандартному виду, имеем:

h_21Э g_вх

K_U = ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––.

j [ (C_вых + С_н) – L / (R_К² + ² L²)] + 1 / R_Н + R_К / (R_К² + ² L²)

Отсюда, подставив значения констант и упростив полученне выражение, найдем модуль коэффициента усиления каскада по напряжению в виде

­­ ­________

К_U = a / (b² + c²) ,

где

а = 320 · 10^–3,

1

b = 3.33 · 10^–4 + ––––––––––––––––––––,

510 + 1.96 · 10^–13²

10^–5

с = 4 · 10^–10 – –––––––––––––––––.

2.6 · 10^–5 +10^–10²

Полученная зависимость коэффициента усиления от частоты представлена на одном рисунке (рис.3,4 приложения 2) с АЧХ каскада без коррекции. Рисунок наглядно показывает преимущества каскада с коррекцией перед каскадом без коррекции – АЧХ каскада остается линейной далеко за пределами заданной верхней граничной частоты.

Расчет компенсационного стабилизированного источника напряжения компенсационного типа

Для нормальной работы усилителя на него необходимо подавать устойчивое постоянное напряжение питания. Так как для реализации этого условия простого выпрямителя переменного напряжения недестаточно, между последним и усилительным устройством ставят стабилизатор напряжения, который сглаживает пульсации напряжения питания, тем самым обеспечивая корректную работу усилительного устройства.

Компенсационный стабилизатор напряжения представляет собой управляемый делитель входного напряжения, состоящий из сопротивления нагрузки и регулирующего элемента, работающего в линейном (усилительном) режиме. Выходное напряжение стабилизатора сравнивается с эталонным (опорным) и возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается усилителем и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось достичь эталонного уровня.

Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения приведена на рис.1 приложения 3.

Исходные параметры стабилизатора следующие:

– нестабильность входного напряжения a_вх...................................0.15

– нестабильность выходного напряжения а_вых...............................0.001

– выходное напряжение U_вых, В.......................................................12

Максимальный выходной ток I_вых есть сумма токов делителя и коллектора, т.е.

E_К

I_вых = I_дел + I_К0 = ––––––– + I_К0 = 8.4 мА,

R₁ + R₂

или, с запасом,

I_вых = 10 мА.

Входное напряжение стабилизатора выберем из условия

U_вх – U_вх > U_вых + U_вых ,

или

U_вх (1 – a_вх) > U_вых (1 + а_вых),

или, подставив числа,

U_вх > 14.2 В.

Выберем значение входного напряжения с запасом:

U_вх = 18 В.

Далее, максимальное напряжение эмиттер-коллектор транзистора VT1

U_{КЭ1макс} = U_вх + U_вх – U_вых + U_вых = 8.7 В.

Выберем транзистор VT1 таким же, как и транзистор усилителя: КТ315Б. Для него

Характеристики

Список файлов реферата