Расчет предварительного усилителя

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей  сообщения»

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра: «Телекоммуникации»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине: «Электроника»

К.Р. 210700.62 005  229

 

 

 

 

 

                                          Выполнил: Дудкина Д.В.

                                               Проверил: Антипина И.Ю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хабаровск

2013

 

 

Содержание

Введение 2

Задача 1. Расчет предварительного усилителя 2

Задача 2.  Расчёт двухтактного усилителя 2

Задача 3 Расчет операционного усилителя 2

Задача 4 Расчет мультивибратора на транзисторах 2

Заключение 2

Список литературы 2

 

 

Введение

Усилительные устройства находят применение в самых различных  областях науки, техники и производства, являясь либо самостоятельными устройствами, либо частью сложных приборов и схем.

Усилителем называют устройство, предназначенное для усиления входного электрического сигнала по току, напряжению или мощности за счет преобразования энергии источника питания в  энергию выходного сигнала. Этот процесс осуществляется при помощи управляемого нелинейного элемента. Управляемые нелинейные элементы современных  усилителей выполняются с использованием биполярных и полевых транзисторов. В настоящее время, аналоговые электронные  устройства, в том числе и усилители, выполняются в виде электронных  микросхем. Кроме специализированных микросхем усилителей, выпускаются  микросхемы операционных усилителей, имеющие универсальный характер и используемые во многих электронных  устройствах.

Основная цель данной курсовой работы – приобретение знаний о  методах расчета электронных  усилителей. Выполнение КР позволит закрепить, расширить и обобщить полученные теоретические знания по курсу «Электроника», получить необходимые навыки при самостоятельной работе с технической и справочной литературой. 

Задача 1. Расчет предварительного усилителя

Для усилительного каскада  на транзисторе 2Т218 (рис) определить величины: R_э, R_н U_вхm, K_u,K_I, КПД. Положение нагрузочной прямой по переменному току определяются точками [0 В;50 мА] [8 В;0 А]. Как будут изменяться входное напряжение и коэффициенты усиления, если отпаять емкость C_э? Считать, что R_б>>h₂₁; R_б>>h₂₁R_э.

Дано: U_п = 13 В, R_к = 280 Ом

Рис 1.1 Схема предварительного усилителя

 

Решение

1. На семействе выходных характеристик транзистора 2Т218 строим нагрузочную прямую по переменному току. Определяем положение рабочей точки П

, U_кэп= 4 В

2. ,

где

Ближайший номинал по линейке  Е24 -

4. Строим нагрузочную прямую по постоянному току. Она пересекает ось U_кэ в точке U_п=13В, кроме этого проходит через рабочую точку П

,

 

 

Ближайший номинал по линейке  Е24 -

 

5. По графикам входных и выходных характеристик транзистора определяем параметры h₁₁, h₂₁

 

 

6. Если в схеме есть шунтирующая емкость  C_э, то для амплитудных значений токов и напряжений входной цепи усилителя можно записать:

 

Если в схеме отсутствует  емкость  C_э,

 

 

7. Определим сопротивление делителя

 

 = 5= 7,5 мА

 

  определяем по входной характеристике

 

 

 

 

Ближайшие номиналы по линейке Е24 .

=

8. Найдем коэффициенты усиления

Если в схеме есть шунтирующая  емкость  C_э

 

 

 

 

Если в схеме отсутствует  емкость  C_э

 

 

=

 

9. Рассчитаем КПД

 

Рис 1.2 Полученная осциллограмма

Задача 2.  Расчёт двухтактного усилителя

Рассчитать схему двухтактного оконечного усилителя по заданным параметрам, работающего в режиме АВ. Диапазон рабочих частот 0…20 кГц.

Схема двухтактного усилителя.

Дано:                          

 

 

Рис 2.1 Схема двухтактного усилителя

 

 

Решение

1) Найдём амплитуды напряжений  и токов в нагрузке:

 

 

2) Исходя из амплитуды  напряжения  и полагая , выбираем напряжение питания:

 

 

 

3) Граничная частота

 

Где   - верхняя граничная частота усилителя; – коэффициент частотных искажений схемы в области верхних частот .

По полученным формулам выбираем по справочнику пару транзисторов разной проводимости. Необходимо выполнить  следующие условия:

;           ;               

Выбранная комплементарная пара:   КТ815 и КТ814

                 

Граничная частота , указанная в справочнике, связана с частотой    соотношением .

Выбираем кремниевые диоды, устанавливаемые для обеспечения  начального смещения, типа Д206. Из его  вольтамперной характеристики следует, что для обеспечения на этом диоде  падения напряжения U_д =0,6 В, через него должен протекать ток I_д=5мА. Отсюда находим сопротивления резисторов R₁ , R₂.

 

Ближайшие номиналы по линейке Е24

 

Условие соблюдено.

Коэффициент усиления по напряжению:

 

Амплитуды входных напряжения и тока

 

 

Коэффициент полезного действия

 

Рис 2.2 Полученная осциллограмма

Задача 3 Расчет операционного усилителя

Используя операционный усилитель (ОУ) типа К104УД5Б, рассчитать неинвертирующий усилитель с заданным коэффициентом передачи и входным cопротивлением. Собственное входное сопротивление ОУ принять равным U_вхоу=3 кОм.

 Дано:    к_{u оос}=100;     R_вх= 2 кОм;     R_вхоу=3 кОм

Рис 3.1 Схема неинвертирующего усилителя

 

Решение

,

где глубина ООС 

 

Коэффициент усиления ОУ определим  из справочника [3] к_u=2500

R2 определим из формулы:

 

 

 

= 2,055 кОм

Ближайший номинал по линейке  Е24 - .

Определим сопротивление  из следующей формулы, принимая

 

 

 

 

Ближайший номинал по линейке  Е24 - .

Рис 3.2 Полученная осциллограмма

Задача 4 Расчет мультивибратора на транзисторах

Рассчитать схему мультивибратора на транзисторах по заданным параметрам.

Дано: f_ген=3 кГц;        Θ=3;          E_п=14 В

Рис 4.1 Схема мультивибратора на транзисторах

 

Решение:

1. Определим параметры формируемых импульсов

 

Где  Т-период сигнала, -длительность импульса,  -длительность паузы

, -длительность паузы.

 

 

=(0,3-0,1)=0,2 мс

2. Выбираем транзисторы, исходя из следующих условий

; 
;    

Выбранный тип транзистора  КТ 315 Г

;

 

 

Ближайший номинал по линейке  Е24 –

4. , где S – степень насыщения ;

Ближайший номинал по линейке  Е24 –

5. Определяем емкости с₁ и с₂

 

 

 

 

 

Ближайший номинал по линейке  Е24 – 

 

Ближайший номинал по линейке  Е24 – 

Рис 4.1 Полученная осциллограмма

 

 

 

 

 

 

Заключение

Таким образом, данная курсовая работа охватывает основные моменты, связанные  с работой электронных усилителей. Были решены задачи по расчёту предварительного усилителя, двухтактного усилителя, опрерационного усилителя и мультивибратора на транзисторах.

Произведено компьютерное моделирование  электрических схем при помощи программы Electronics Workbench.

Курсовая работа направлена на закрепление знаний по дисциплине «Электроника», были  получены навыки  самостоятельной работы с технической и справочной литературой.

 

Список литературы

1. Антипина, И. Ю. Расчет электронных усилителей: метод. Указания к курсовому проектированию / И.Ю. Антипина. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2012. – 20 с.: ил.
2. Бурбаева, Н.В. Сборник задач по полупроводниковой электронике / Н.В. Бурбаева, Т.С. Днепровская. – М.: Физматлит, 2004. – 435 с.
3. Операционные усилители: справ./ под редакцией Е.Ф. Турута. – М.: Патриот, 1996.
4. Хоровиц, П. Искусство схемотехники : пер с англ. В 2 т. Т.1 / П. Хоровиц, У. Хилл; под редакцией М.В. Гальперина. – М.: Мир, 1986. - 593 с.