Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 319
Скачиваний: 15
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Минобр науки России Юго-Западный государственный университетКафедра электроснабженияКУРСОВАЯ РАБОТАпо дисциплине «Электроника» на тему: «Расчёт трёхкаскадного усилителя»Направление подготоовки(специальность) ЭлектроснабжениеАвтор работы(проекта) Анненков А.В. Гр-Эс-14зРуководитель работы Филонович А.В. ___________________Работа защищена _______________________Оценка____________Члены комиссии _______________________________________________________________________________________________________Курск 2023
Усилители могут быть классифицированы по ряду признаков: по роду усилительных элементов (ламповые, транзисторные); по роду усиливаемой величины (усилители напряжения, тока и мощности); по числу каскадов (одно-, двух - и многокаскадные). Один из наиболее важных признаков является диапазон частот усиливаемых сигналов, в котором усилитель обеспечивает нормальную работу. По данному признаку различают следующие типы усилителей:) Усилители низкой частоты (УНЧ), которые служат для усиления непрерывных периодических сигналов в диапазоне низких частот (от десятков герц до десятков килогерц). Особенностью УНЧ является то, что отношение верхней усиливаемой частоты к нижней велико и имеет значение от нескольких сотен до нескольких тысяч.2) Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления медленно меняющихся напряжений и токов в диапазоне частот от нуля до некоторой наибольшей частоты. УПТ широко применяются в устройствах автоматики и вычислительной техники.) Избирательные усилители, характеризующие небольшими значениями отношения верхней и нижней частот. Как правило, это усилители высокой частоты (УВЧ).) Импульсные, или широкополосные, усилители работают в диапазоне от нескольких килогерц до нескольких десятков мегагерц и используют в устройствах импульсной связи, радиолокации и телевидения.Обратной связью в усилителях называется такая связь между выходом и входом усилителя, при которой часть энергии полезного усиленного сигнала с его выхода подается на вход.Обратную связь можно применить специально для повышения стабильности в работе усилителя, и тогда она является полезной. Однако когда обратная связь возникает в результате взаимного влияния различных цепей, она может оказаться паразитной.Различают положительную и отрицательную обратные связи. Положительную обратную связь, как правило, применяют в генераторных каскадах. В усилителях положительная обратная связь обычно является паразитной, а отрицательная применяется довольно часто.Каскады усилителя бывают с Общим Эмиттером, Общим Коллектором, Общей Базой.Таблица 1Сравним характеристики усилительных каскадов:
Наиболее распространенной является схема с Общим Эмиттером, она обеспечивает усиление, как по току, так и по напряжению, среднее значение входного и выходного сопротивлений позволяют создавать многокаскадные усилители, т.к. при этом обеспечивается согласование выходного сопротивления предшествующего каскада, с входным сопротивлением последующего каскада.Каскад с Общим Коллектором обладает главным достоинством большим входным сопротивлением, и малым выходным. И по этому он используется на входе усилителей.Каскад с Общей Базой используется весьма редко, когда нагрузка имеет очень большое сопротивление, у схемы с Общей Базой наилучшее частотные свойства.Для того чтобы не потерять напряжение сигнала при передаче сигнала от предшествующего сигнала к последующему между входным и выходным сопротивлением должно выполняться следующее соотношение Rвых1<< Rвх2 это можно подтвердить (рис. 1):Рис. 1. Эквивалентная схемаВходное сопротивление источника сигнала часто бывает большим, поэтому входной каскад строится по схеме с Общим Коллектором, Промежуточные каскады обычно строится по схеме Общим Эмиттером, это обеспечивает усиление по напряжению, току и облегчает согласование сопротивлений. Сопротивление нагрузки усилителя обычно не велико, и поэтому на выходе также ставится каскад с общим коллектором (рис. 2).усилитель транзистор передача сигналРис. 2. Каскад с общим коллектором на выходеДля того чтобы понять, как работают усилители, следует рассмотреть работу усилителей на конкретном примере.
Граф. 1.В режиме класса А постоянное напряжение на выходе транзистора равно половине UnUк3= Uп/2=4 ВРассчитываем токR9= Rн/4=2500 ОмIк3= Uк3/ R9=4/2500=0,0016м АВыбираем транзистор VT3:Условия:UКЭmax>UnIКmax>0,0016АПо справочнику выбираем KT 201БКоэффициент передачи по току равен h21Э=30-150В дальнейших расчетах будем использовать значение h21Э=100R8 предназначен для эмиттерной стабилизации, он создает отрицательную обратную связь по постоянному току.R8=R9/10=2500/10=250 ОмРассчитываем ток базы транзистора VT3:IБ3= IЭ3/h21Э=0,0016/100=0,016мАUБ3=UБЭ3+UK3=UБЭ3+IЭ3*R8=UБЭ3+IK3+R8=0,4+0,0016*250=0,8ВUБЭ3 находим по (граф.2):Граф. 2.Резисторы R6 и R7 задают начальное смещение на базе транзистора VT3. Ток, протекающий через R6, существенно больше тока базы VT3.IR6>> IБ3 или IR6= 10*IБ3=10*0,000016=0,16м АR6= UR6/IR6= (Un-UБЭ3) /IR6= (8-0,8) /0,00016= 45кОм7=R6/10=4,5кОмVT3=h21Э* (R9*RH) /R9+RH=25000*10000*100/ (2500+10000) =714286OмВХ3=R6 || R7 || RVT3=45*4,5*714,3/ (45+4,5+714,3) =189кОмПереходим к расчету каскада на втором транзисторе:UK2=Un/2=8/2=4ВR5=RВХ3/10=189000/10=18900 ОмR4=R5/10=18900/10=18900 ОмОпределяем режимы работы транзистора VT2.IК2= (Un-Uk2) /R5= (8-4) /18900=0,2мАВыбор транзистора VT2.Условия:UКЭmax>Un, IКmax>0,2мАПо справочнику выбираем KT 201БКоэффициент передачи по току равен h21Э=30-150В дальнейших расчетах будем использовать значение h21Э=100Rnпредназначен для эмиттерной стабилизации, он создает отрицательную обратную связь по постоянному токуIБ2=IK2/h21Э=0,0002/100=0,002мАUБ2=UБЭ2+UЭ2=UБЭ2+IЭ2*R4=UБЭ2+IK2*R4=0,4+0,0002*1890=0,78ВUБЭ2 находим по графику 2.RVT2=h21Э*R5*RVT3/ (R5+RVT3) =100*18900*714300/ (18900+714300) =1841,3кОмПереходим к расчету каскада на первом транзисторе:UК1=UБ2IК2>>IБ2IК2=10*IБ2=10*0.002=0,02мАRВХ2=1841,3кОмR3= (Un-UК1) / (IК1
-
-
Аннотация
Введение
В промышленной электронике очень часто возникает необходимость в усилении электрических сигналов, например, при измерениях неэлектрических величин электрическими методами, контроле и автоматизации технических процессов. Для решения этих задач используют электронные усилители - устройства, которые служат для усиления напряжения, тока или мощности слабых электрических сигналов.В настоящее время в усилителях широко применяют транзисторы, которые заменили электронные лампы.Усилители могут быть классифицированы по ряду признаков: по роду усилительных элементов (ламповые, транзисторные); по роду усиливаемой величины (усилители напряжения, тока и мощности); по числу каскадов (одно-, двух - и многокаскадные). Один из наиболее важных признаков является диапазон частот усиливаемых сигналов, в котором усилитель обеспечивает нормальную работу. По данному признаку различают следующие типы усилителей:) Усилители низкой частоты (УНЧ), которые служат для усиления непрерывных периодических сигналов в диапазоне низких частот (от десятков герц до десятков килогерц). Особенностью УНЧ является то, что отношение верхней усиливаемой частоты к нижней велико и имеет значение от нескольких сотен до нескольких тысяч.2) Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления медленно меняющихся напряжений и токов в диапазоне частот от нуля до некоторой наибольшей частоты. УПТ широко применяются в устройствах автоматики и вычислительной техники.) Избирательные усилители, характеризующие небольшими значениями отношения верхней и нижней частот. Как правило, это усилители высокой частоты (УВЧ).) Импульсные, или широкополосные, усилители работают в диапазоне от нескольких килогерц до нескольких десятков мегагерц и используют в устройствах импульсной связи, радиолокации и телевидения.Обратной связью в усилителях называется такая связь между выходом и входом усилителя, при которой часть энергии полезного усиленного сигнала с его выхода подается на вход.Обратную связь можно применить специально для повышения стабильности в работе усилителя, и тогда она является полезной. Однако когда обратная связь возникает в результате взаимного влияния различных цепей, она может оказаться паразитной.Различают положительную и отрицательную обратные связи. Положительную обратную связь, как правило, применяют в генераторных каскадах. В усилителях положительная обратная связь обычно является паразитной, а отрицательная применяется довольно часто.Каскады усилителя бывают с Общим Эмиттером, Общим Коллектором, Общей Базой.Таблица 1Сравним характеристики усилительных каскадов:
| Показатели | Общим Эмиттером | Общим Коллектором | Общей Базой |
| Rвх | среднее | большое | малое |
| Rвых | среднее | малое | большое |
| KU | среднее | ≤1 | большое |
| KI | среднее | большое | ≤1 |
| ∆φ | 1800 | 0 | 0 |
Наиболее распространенной является схема с Общим Эмиттером, она обеспечивает усиление, как по току, так и по напряжению, среднее значение входного и выходного сопротивлений позволяют создавать многокаскадные усилители, т.к. при этом обеспечивается согласование выходного сопротивления предшествующего каскада, с входным сопротивлением последующего каскада.Каскад с Общим Коллектором обладает главным достоинством большим входным сопротивлением, и малым выходным. И по этому он используется на входе усилителей.Каскад с Общей Базой используется весьма редко, когда нагрузка имеет очень большое сопротивление, у схемы с Общей Базой наилучшее частотные свойства.Для того чтобы не потерять напряжение сигнала при передаче сигнала от предшествующего сигнала к последующему между входным и выходным сопротивлением должно выполняться следующее соотношение Rвых1<< Rвх2 это можно подтвердить (рис. 1):Рис. 1. Эквивалентная схемаВходное сопротивление источника сигнала часто бывает большим, поэтому входной каскад строится по схеме с Общим Коллектором, Промежуточные каскады обычно строится по схеме Общим Эмиттером, это обеспечивает усиление по напряжению, току и облегчает согласование сопротивлений. Сопротивление нагрузки усилителя обычно не велико, и поэтому на выходе также ставится каскад с общим коллектором (рис. 2).усилитель транзистор передача сигналРис. 2. Каскад с общим коллектором на выходеДля того чтобы понять, как работают усилители, следует рассмотреть работу усилителей на конкретном примере.
1. Описание и анализ схемы
Усилитель (рис. 3) с апериодическими резистивными каскадами по схеме с общим эмиттером. В каскадах с общим эмиттером входные и выходные сигналы противофазные.Рис. 3. Схема усилителя.В приведенной схеме элементы выполняют следующие функции:Rн - полезная нагрузка усилителя.R3, R5, R9 - нагрузки транзисторов.R1, R6, R7 - являются резистивными делителями, стабилизирующими напряжение смещения на базах транзисторов, т.е. эти резисторы задают режим работы транзистора.
R1 - создает также отрицательную обратную связь, обеспечивая дополнительную стабилизацию.
R2, R4, R8 - элементы эмиттерной стабилизации, они обеспечивают стабилизацию режима работы по постоянному току, создают отрицательную обратную связь.
С1, С2, С3 - разделительные конденсаторы. Они разделяют постоянную и переменную составляющие. Переменная составляющая тока источника сигнала проходит через С1 и попадает на базу транзистора VT1. Постоянное напряжение смещения на базе транзистора не может пройти через этот конденсатор, поэтому при подключении источника сигнала на вход усилителя режим работы транзистора по постоянному току не нарушается. Выходной сигнал с коллектора VT3 через конденсатор С3 поступает в нагрузку, но постоянное напряжение с коллектора в нагрузку не поступает т.к. этому препятствует С3. Благодаря этому также не нарушается режим работы транзистора. Выходной сигнал с коллектора VT2 проходит через конденсатор С2 и поступает на базу транзистора VT3. Постоянное напряжение смещения на базе транзисторов не может пройти через конденсатор.
С4 - блокировочный конденсатор. Он нейтрализует действие отрицательной обратной связи, создаваемыми резисторами R9. Переменная составляющая тока эмиттера протекает через С4. Если С4 имеет большую емкость, то переменная составляющая замыкается через него на общую шину и по переменному току отрицательная обратная связь отсутствует.
2. Расчет усилителя по постоянному току
Исходные данные:Сопротивление нагрузки: Rн=10 кОмНапряжение выходного сигнала (эффективное значение): Uвых= 1ВДиапазон рабочих частот: ∆f= 100…10000Гц.Коэффициент усиления по напряжению: KU= 1000.С учетом напряжения насыщения и запаса по напряжению, напряжение питания равно:Un>=2√2Uвых эф+ Uкэнас+ Uзап= 2.82В+1В+4.18В=8ВUкэнас находим по (граф. 1):Граф. 1.В режиме класса А постоянное напряжение на выходе транзистора равно половине UnUк3= Uп/2=4 ВРассчитываем токR9= Rн/4=2500 ОмIк3= Uк3/ R9=4/2500=0,0016м АВыбираем транзистор VT3:Условия:UКЭmax>UnIКmax>0,0016АПо справочнику выбираем KT 201БКоэффициент передачи по току равен h21Э=30-150В дальнейших расчетах будем использовать значение h21Э=100R8 предназначен для эмиттерной стабилизации, он создает отрицательную обратную связь по постоянному току.R8=R9/10=2500/10=250 ОмРассчитываем ток базы транзистора VT3:IБ3= IЭ3/h21Э=0,0016/100=0,016мАUБ3=UБЭ3+UK3=UБЭ3+IЭ3*R8=UБЭ3+IK3+R8=0,4+0,0016*250=0,8ВUБЭ3 находим по (граф.2):Граф. 2.Резисторы R6 и R7 задают начальное смещение на базе транзистора VT3. Ток, протекающий через R6, существенно больше тока базы VT3.IR6>> IБ3 или IR6= 10*IБ3=10*0,000016=0,16м АR6= UR6/IR6= (Un-UБЭ3) /IR6= (8-0,8) /0,00016= 45кОм7=R6/10=4,5кОмVT3=h21Э* (R9*RH) /R9+RH=25000*10000*100/ (2500+10000) =714286OмВХ3=R6 || R7 || RVT3=45*4,5*714,3/ (45+4,5+714,3) =189кОмПереходим к расчету каскада на втором транзисторе:UK2=Un/2=8/2=4ВR5=RВХ3/10=189000/10=18900 ОмR4=R5/10=18900/10=18900 ОмОпределяем режимы работы транзистора VT2.IК2= (Un-Uk2) /R5= (8-4) /18900=0,2мАВыбор транзистора VT2.Условия:UКЭmax>Un, IКmax>0,2мАПо справочнику выбираем KT 201БКоэффициент передачи по току равен h21Э=30-150В дальнейших расчетах будем использовать значение h21Э=100Rnпредназначен для эмиттерной стабилизации, он создает отрицательную обратную связь по постоянному токуIБ2=IK2/h21Э=0,0002/100=0,002мАUБ2=UБЭ2+UЭ2=UБЭ2+IЭ2*R4=UБЭ2+IK2*R4=0,4+0,0002*1890=0,78ВUБЭ2 находим по графику 2.RVT2=h21Э*R5*RVT3/ (R5+RVT3) =100*18900*714300/ (18900+714300) =1841,3кОмПереходим к расчету каскада на первом транзисторе:UК1=UБ2IК2>>IБ2IК2=10*IБ2=10*0.002=0,02мАRВХ2=1841,3кОмR3= (Un-UК1) / (IК1