Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 120
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
+IБ2) = (8-0,78) / (0,00002+0,000002) =328,2кОм
R2=R3/10=328181,8/10=32,8кОм
Выбор транзистора VT1.
Условия:
UКЭmax>Un, IКmax >0,02мА
По справочнику выбираем KT 201Б
Коэффициент передачи по току равен h21Э=30-150
В дальнейших расчетах будем использовать значение h21Э=100
IБ1=IК1/h21Э=0,00002/100=0,0002мА
UБ1=UБЭ1+UЭ1=UБЭ1+IЭ1*R2=UБЭ1+IK1*R2=0,4+0,00002*32818,2=1,1В
так как UB1>UB2 произведем перерасчет
R2=R3/20=328181,2/20=16,4кОм
UБ1=0,4+0,00002*16409,1=0,73В
UБЭ1 находим по (граф.2).
Резистор R1 задаёт начальное смешение на базе транзистора VT1, ток протекающий через R1 существенно больше тока базы VT1:
IR1>>IБ1
IR1=10*IБ1=10*0,0000002=0,000002А
R1=UR1/IR1= (UK1-UБ1) / IR1= (0,78-0,73) /0,0000002=250кОм
RVT1=h21Э*R3*RVT3/ (R3+RVT3) =100*328181,8*1841281/ (328181,8+1841281) =27853,7кОмВХ1=R1+RVT1=27853,7+250=28103кОм
Все каскады включены по схеме с ОЭ
Для первого каскада:
КU1=R3/R2=328,2/32,8=10
Для второго каскада:
КU2=R5/R4=18900/1890=10
Для третьего каскада:
h11Э=∆ U/∆I= (0.5-0.1) /0,0001=400
∆ U и ∆I находим по графику 5:
КU2= (h21Э/ h11Э) *RH= (100/400) * (R9*RH/ (R9+RH)) =0,25* (25000000/12500) =500
Находим общий коэффициент усиления напряжения:
КU=КU1* КU2* КU3=50000
Расчет проводим для нижней граничной частоты рабочего диапазона
fн=100, RВХ1= (R1*RВХ2) / (R1+RВХ2) = (3,2*3,3) / (3,2+3,3) =1,62кОм
С3=10/ (2*π*fН*RН) =10/ (6,28*100*10000) =1,6*10 - 6Ф
С4=10/ (2*π*fН*R8) =10/ (628*250) =63,7*10-6 Ф
С2=10/ (2*π*fН*RВХ2) =10/ (628*1841281) =8,65*10-9 Ф
С1=10/ (2*π*fн*RВХ1) =10/ (628*28103*103) =0,6*10-9
В схему в процессе настройки внесены небольшие изменения. Это нормальное явление для аналоговой техники.
Рис. 4. Схема усилителя в процессе моделирования
Для измерения коэффициента усиления необходимо измерить входные и выходные сигналы с помощью вольтметра. Осциллограф отображает величину и форму электрических сигналов.
Из (рис. 5) видно, что входной сигнал имеет амплитуду 200 мкВ, а выходной 200 мВ. Следовательно, коэффициент усиления равен примерно 1000.
Рис. 5. Осциллограммы входного (внизу) и выходного (вверху) сигналов
Амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) называется функция, показывающая как изменяется амплитуда гармонического сигнала при прохождении через цепь в зависимости от частоты сигнала.
Разделительные конденсаторы совместно с входным сопротивлением последующего каскада или сопротивлением нагрузки образуют дифференциальную цепь. Дифференцирующая цепь создает завал низких частот.
Современные транзисторы могут работать на высоких частотах, но если назначение усилителя не требует широкой полосы пропускания, ее приходится сужать с помощью частотно - зависимых отрицательных обратных связей.
Для усиления низкочастотных сигналов емкости разделительного конденсатора нужно выбрать достаточно большими. Для получения завала АЧХ в области верхних частот создадим отрицательную частотно-зависимую обратную связь. Цепь обратной связи представляет собой дифференциальную цепь. Роль сопротивления в этой цепи играет входное сопротивление первого каскада. На верхней граничной частоте коэффициент усиления должен уменьшиться до 0,7 от своего максимального значения.
Граф. 3. Амплитудно-частотная характеристика
Рассмотрим (граф. 3) - АЧХ усилителя. По нему мы видим, что это усилитель звуковой частоты, усиливающий низкочастотные сигналы.
Фазо-частотной характеристикой называется функция, показывающая, как изменяется фаза гармонического сигнала в зависимости от частоты сигнала.
Граф.4. Фазо-частотная характеристика
Из (граф.4) видим, что ФЧХ усилителя имеет практически линейный характер. Это означает, что фазовые искажения сигнала в усилителе невелики.
В наше время трудно представить себе какую - либо область науки и техники, в которой не использовались бы идеи и методы радиоэлектроники. С её применением связаны наиболее заметные открытия последних десятилетий в космонавтике, астрономии, медицине и во многих других отраслях. Важной частью радиоэлектронных систем является усилитель.
В данной работе, мы провели анализ усилителя низких частот, рассчитали параметры его элементов, провели тестирование схемы, вывели графики АЧХ и ФЧХ, а так же убедились, что параметры настроенной схемы усилителя немного отличаются от расчетных, это вполне нормальное явление для аналоговой техники. По расчетам общий коэффициент усиления схемы получился равным KU=50000. Но в действительности общий коэффициент получился 800. Значительная часть усиления тратится из-за несогласованности сопротивлений каскадов и неточности графических методов расчета параметра h11Э транзисторов.
Усилитель имеет следующие характеристики:
KU ≈ 800; ∆f= 100…10000Гц; Uвых max ≈ 8В.
1. Войшвилло Г.В. Усилительные устройства: Учеб. для вузов. - 2-е изд. - М.: Радио и связь, 1983 - 264 с.
. Остапенко Г.С. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1989. - 400 с.: ил.
. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учеб. для вузов. - М.: Горячая Линия-Телеком, 2000. - 768 с.: ил.
. Проектирование усилительных устройств: Учеб. пособие/ Под ред. Н.В. Терпугова. - М.: Высш. школа, 1982 - 190 с.: ил.
. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. / Под ренд.Н. Н. Горюнова. - М.: "Энергия", 1997. - 744 с.: ил.
. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. - 9-е изд., перераб. - К.: Техника, 1980. - 464 с.: ил.
. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. / Под ред. Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков. - Мн.: Беларусь, 1994. - 591 с.: ил.
. Галкин В.И. Полупроводниковые приборы - 2-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Беларусь, 1987. - 285 с.: ил.10. Справочник по ППП. - Киев
R2=R3/10=328181,8/10=32,8кОм
Выбор транзистора VT1.
Условия:
UКЭmax>Un, IКmax >0,02мА
По справочнику выбираем KT 201Б
Коэффициент передачи по току равен h21Э=30-150
В дальнейших расчетах будем использовать значение h21Э=100
IБ1=IК1/h21Э=0,00002/100=0,0002мА
UБ1=UБЭ1+UЭ1=UБЭ1+IЭ1*R2=UБЭ1+IK1*R2=0,4+0,00002*32818,2=1,1В
так как UB1>UB2 произведем перерасчет
R2=R3/20=328181,2/20=16,4кОм
UБ1=0,4+0,00002*16409,1=0,73В
UБЭ1 находим по (граф.2).
Резистор R1 задаёт начальное смешение на базе транзистора VT1, ток протекающий через R1 существенно больше тока базы VT1:
IR1>>IБ1
IR1=10*IБ1=10*0,0000002=0,000002А
R1=UR1/IR1= (UK1-UБ1) / IR1= (0,78-0,73) /0,0000002=250кОм
RVT1=h21Э*R3*RVT3/ (R3+RVT3) =100*328181,8*1841281/ (328181,8+1841281) =27853,7кОмВХ1=R1+RVT1=27853,7+250=28103кОм
3. Расчет усилителя по переменному току
3.1 Расчет коэффициентов усилителя
Все каскады включены по схеме с ОЭ
Для первого каскада:
КU1=R3/R2=328,2/32,8=10
Для второго каскада:
КU2=R5/R4=18900/1890=10
Для третьего каскада:
h11Э=∆ U/∆I= (0.5-0.1) /0,0001=400
∆ U и ∆I находим по графику 5:
КU2= (h21Э/ h11Э) *RH= (100/400) * (R9*RH/ (R9+RH)) =0,25* (25000000/12500) =500
Находим общий коэффициент усиления напряжения:
КU=КU1* КU2* КU3=50000
3.2 Расчет разделительных и блокировочных конденсаторов
Расчет проводим для нижней граничной частоты рабочего диапазона
fн=100, RВХ1= (R1*RВХ2) / (R1+RВХ2) = (3,2*3,3) / (3,2+3,3) =1,62кОм
С3=10/ (2*π*fН*RН) =10/ (6,28*100*10000) =1,6*10 - 6Ф
С4=10/ (2*π*fН*R8) =10/ (628*250) =63,7*10-6 Ф
С2=10/ (2*π*fН*RВХ2) =10/ (628*1841281) =8,65*10-9 Ф
С1=10/ (2*π*fн*RВХ1) =10/ (628*28103*103) =0,6*10-9
4. Моделирование усилителя в системе Electronics Workbench
В схему в процессе настройки внесены небольшие изменения. Это нормальное явление для аналоговой техники.
Рис. 4. Схема усилителя в процессе моделирования
4.1 Измерение коэффициента усиления
Для измерения коэффициента усиления необходимо измерить входные и выходные сигналы с помощью вольтметра. Осциллограф отображает величину и форму электрических сигналов.
Из (рис. 5) видно, что входной сигнал имеет амплитуду 200 мкВ, а выходной 200 мВ. Следовательно, коэффициент усиления равен примерно 1000.
Рис. 5. Осциллограммы входного (внизу) и выходного (вверху) сигналов
4.2 АЧХ и ФЧХ усилителя
Амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) называется функция, показывающая как изменяется амплитуда гармонического сигнала при прохождении через цепь в зависимости от частоты сигнала.
Разделительные конденсаторы совместно с входным сопротивлением последующего каскада или сопротивлением нагрузки образуют дифференциальную цепь. Дифференцирующая цепь создает завал низких частот.
Современные транзисторы могут работать на высоких частотах, но если назначение усилителя не требует широкой полосы пропускания, ее приходится сужать с помощью частотно - зависимых отрицательных обратных связей.
Для усиления низкочастотных сигналов емкости разделительного конденсатора нужно выбрать достаточно большими. Для получения завала АЧХ в области верхних частот создадим отрицательную частотно-зависимую обратную связь. Цепь обратной связи представляет собой дифференциальную цепь. Роль сопротивления в этой цепи играет входное сопротивление первого каскада. На верхней граничной частоте коэффициент усиления должен уменьшиться до 0,7 от своего максимального значения.
Граф. 3. Амплитудно-частотная характеристика
Рассмотрим (граф. 3) - АЧХ усилителя. По нему мы видим, что это усилитель звуковой частоты, усиливающий низкочастотные сигналы.
Фазо-частотной характеристикой называется функция, показывающая, как изменяется фаза гармонического сигнала в зависимости от частоты сигнала.
Граф.4. Фазо-частотная характеристика
Из (граф.4) видим, что ФЧХ усилителя имеет практически линейный характер. Это означает, что фазовые искажения сигнала в усилителе невелики.
Заключение
В наше время трудно представить себе какую - либо область науки и техники, в которой не использовались бы идеи и методы радиоэлектроники. С её применением связаны наиболее заметные открытия последних десятилетий в космонавтике, астрономии, медицине и во многих других отраслях. Важной частью радиоэлектронных систем является усилитель.
В данной работе, мы провели анализ усилителя низких частот, рассчитали параметры его элементов, провели тестирование схемы, вывели графики АЧХ и ФЧХ, а так же убедились, что параметры настроенной схемы усилителя немного отличаются от расчетных, это вполне нормальное явление для аналоговой техники. По расчетам общий коэффициент усиления схемы получился равным KU=50000. Но в действительности общий коэффициент получился 800. Значительная часть усиления тратится из-за несогласованности сопротивлений каскадов и неточности графических методов расчета параметра h11Э транзисторов.
Усилитель имеет следующие характеристики:
KU ≈ 800; ∆f= 100…10000Гц; Uвых max ≈ 8В.
Список литературы
1. Войшвилло Г.В. Усилительные устройства: Учеб. для вузов. - 2-е изд. - М.: Радио и связь, 1983 - 264 с.
. Остапенко Г.С. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1989. - 400 с.: ил.
. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учеб. для вузов. - М.: Горячая Линия-Телеком, 2000. - 768 с.: ил.
. Проектирование усилительных устройств: Учеб. пособие/ Под ред. Н.В. Терпугова. - М.: Высш. школа, 1982 - 190 с.: ил.
. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. / Под ренд.Н. Н. Горюнова. - М.: "Энергия", 1997. - 744 с.: ил.
. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. - 9-е изд., перераб. - К.: Техника, 1980. - 464 с.: ил.
. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. / Под ред. Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков. - Мн.: Беларусь, 1994. - 591 с.: ил.
. Галкин В.И. Полупроводниковые приборы - 2-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Беларусь, 1987. - 285 с.: ил.10. Справочник по ППП. - Киев