Розрахунок підсилюючого каскаду
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ ЛЬОТНИЙ КОЛЕДЖ
НАЦІОНАЛЬНОГО АВІАЦІЙНОГО УНІВЕРСИТЕТУ
Циклова комісія: Авіаційного і радіоелектронного обладнання
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни: Електроніка, мікросхемотехніка та мікропроцесорні пристрої.
тема: Розрахунок підсилюючого каскаду.
Виконав курсант навчальної
групи ТЕ-32
Євдокименко Вадим
Ігорович
Залікова книжка №
Дата видачі завдання:
«18» вересня 2014р.
Керівник: Стущанський Ю.В
Оцінка захисту_____________
Голова комісії:
_________ Стущанський Ю.В
Члени комісії:
_________ Корнутенко Є.І _________ Хебда А.С
«_____»_____________2014р.
Кременчук
2014р.
КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ ЛЬОТНИЙ КОЛЕДЖ
НАЦІОНАЛЬНОГО АВІАЦІЙНОГО УНІВЕРСИТЕТУ
Циклова комісія: Авіаційного і радіоелектронного обладнання
Дисципліна: Електроніка, мікросхемотехніка та мікропроцесорні пристрої.
Спеціальність: 5.05110302 Експлуатація авіаційних електрифікованих комплексів
Курс 3 Група ТЕ-32 Семестр 5
ЗАВДАННЯ
на курсову роботу
курсанта
Євдокименка Вадима Ігоровича
1.Тема роботи: Розрахунок підсилюючого каскаду
2.Строк здачі курсантом закінченої роботи «__08_»__________2014р.
3.Вихідні
дані до роботи. 3.1.Схема підсилюючого
каскаду на БП транзисторі. 3.2.Транзистор
МП114. 3.3.Вхідні та вихідні характеристики
транзистора. 3.4.Доповідь на тему: «Структура,
принцип дії, характеристики, параметри
та схеми автоматичного зміщення.»
4.Зміст розрахунково-
5.Перелік графічного матеріалу
( з точним зазначенням обов’
6.Дата видачі завдання «18»Вересня 2014р.
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ |
Назва етапів курсової роботи |
Строк виконання етапів роботи |
Примітки |
1 |
Ознайомлення з завданням роботи, формування вступної частини |
22.09-28.09 |
|
2 |
Виконання пунктів 1 та 2. Розрахунок h-параметрів тр-рів. Розрахунок ПК постійному струму. |
29.09-05.10 |
|
3 |
Виконання пунктів 3,4 Розрахунок ПК по змінному струму. Розрахунок параметрів підсилювача. |
06.10- 12.10 |
|
4 |
Визначення параметрів ПК. Формування висновків за завданням №1 |
13.10-19.10 |
|
5 |
Оформлення графічного матеріалу |
20.10-26.10 |
|
6 |
Виконання завдання №2 |
27.10-02.11 |
|
7 |
Оформлення курсової роботи, здача на перевірку. |
03.11-08.11 |
Курсант______________________
Керівник_____________________
«_____»_______________2014р.
ВІДГУК
керівника про курсову роботу курсанта
Євдокименка Вадима Ігровича
Тема: Розрахунок підсилюючого каскаду
Робота є відповідною щодо: Зауваження керівника
- актуальності; - враховані і опрацьовані;
- новизни;
- зв’язку з майбутньою професією. - не враховані.
Зміст роботи відповідає темі: Роботу:
- повністю;
- частково;
- не відповідає.
У роботі опрацьовано:
- всі необхідні джерела;
- недостатня кількість джерел. _______________________
Висновки:
- відповідають темі:
- не відповідають темі.
Оформлення списку літератури _______________________
відповідає вимогам :
- повністю;
- частково;
- не відповідає.
Робота на кожному етапі
підготовки подавалася керівникові:
- вчасно;
- із запізненням;
- не подавалася.
Керівник: Стущанський Ю.В.
«____»______________2014р
Зміст
Завдання № 1:”Розрахунок параметрів підсилюючого каскаду ”
Вступ …………………………………………………………………………..
1. Розрахунок
h- параметрів транзистора……………………………………..
.10
2. Розрахунок
підсилювального каскаду по постійному
струмі
графоаналітичним методом……………………………………………………..
3. Розрахунок
підсилювального каскаду по перемінному
струмі………....... 14
4. Розрахунок
параметрів елементів підсилювача із
ЗЕ……………..……… 15
5. Визначити
параметри підсилювального каскаду………………………….
18
Завдання№2: Доповідь на тему: « Структура, принцип дії, характеристики, параметри та схеми автоматичного зміщення.»………………………………22
Література……………………………………………………
Додатки.
Додаток А та В “Сімейство вхідних і
вихідних характеристик, h-параметри”
Додаток С “Розрахунок навантажувальної прямої і робочої точки”.
Додаток D “Специфікація”.
Додаток F Схема каскаду ЗЕ.
Вступ
Підсилювач - електричний пристрій зібраний на нелінійно активному елементі (транзисторі, лампа, діод, ІМС) і призначений для посилення параметрів електричного сигналу з найменшими спотвореннями.
Термін «підсилювач» у своєму первинному значенні відноситься до перетворення (збільшення, посилення) однієї з характеристик початкового вхідного, при цьому вид сигналу залишається незмінним.
Підсилювачі класифікуються по:
1. По виду підсилюючого параметра:
- підсилювачі струму, І,
- підсилювачі напруги, U;
2. По виду підсилюючого сигналу:
- підсилювач постійного струму І,
- підсилювачі змінного струму і;
3. За частотою сигналу:
-ППТ (Підсилювачі постійного
-ПНЧ (Підсилювачі низької частоти, 20-20000Гц),
-ПСЧ (Підсилювачі середньої
-ПВЧ (Підсилювачі високої частоти, з вище 100МГц);
4. За призначенням підсилювача:
- узгоджуючий підсилювач,
- проміжний підсилювач,
- кінцевий підсилювач;
5. По виду підсилювального
- транзисторний,
- ламповий,
-ІМС,
- теристорний;
Основними характеристиками підсилювача є:
1. Коефіцієнт посилення,
2. АЧХ (амплітудно-частотна
3. ФЧХ (фазова частотна
4. АХ (Амплітудна характеристика),
5. Спотворення сигналу,
6. Вхідний і вихідний опір підсилювача,
7. Вихідна потужність,
8. ККД (коефіцієнт корисної дії);
Підсилювачі поділяються на такі види:
- електронний підсилювач,
- операційний підсилювач,
- селективний підсилювач;
Ми вибрали підсилювач зібраний за схемою із загальним емітером тому що: При схемі включення біполярного транзистора із загальним емітером (ЗЕ) вхідний сигнал подається на базу, а знімається з колектора. При цьому вихідний сигнал інвертується щодо вхідного (для гармонійного сигналу фаза вихідного сигналу відрізняється від вхідного на 180 °). Дане включення транзистора дозволяє отримати найбільше посилення по потужності, тому найбільш поширене. Однак за такої схеми нелінійні спотворення сигналу значно більше. Крім того, при даній схемі включення на характеристики підсилювача значний вплив мають зовнішні фактори, такі як напруга живлення, або температура навколишнього середовища.
переваги:
- великий коефіцієнт посилення по струму,
- великий коефіцієнт посилення по напрузі,
- велике посилення потужності,
- можна обійтися одним джерелом живлення,
- вихідний змінну напругу інвертується щодо вхідного.
недоліки:
- Найгірші
температурні і частотні
Біполярний транзистор - напівпровідниковий прилад з двома взаємодіючими p-n- переходами і трьома або більше виходами, підсилювальні властивості якого обумовлені явищами інжекції та екстракції носіїв заряду, і придатний для посилення потужності електричних сигналів.
Рис .1. Порядок чергування областей напівпровідника, що мають різну провідність, розрізняють транзистори р-n-р і n-р-n типу.
Для розрахунків підсилюючих каскадів нам даний Транзистор
МП42Б
Рис. 2 Розміри і призначення виходів.
Таблиця 1.Основні електричні параметри тр-ра.
Наименование |
Транзистор МП42Б |
Функциональный тип |
биполярный |
Типоразмер корпуса отечественный |
КТЮ-3-6 |
Типоразмер корпуса |
ТО-31 |
Структура |
p-n-p |
Дата выпуска |
01.01.1972 |
Торговая марка |
АООТ Планета, Великий Новгород |
Страна происхождения |
СССР |
Вид приемки |
"1" |
Материал корпуса |
металлостеклянный |
Тип вывода |
гибкий |
Рабочее положение |
любое |
Фактическая маркировка |
МП42Б |
Вид упаковки |
полиэт.пакет |
Состояние упаковки |
самоупаковка |
Кратность отгрузки |
1 |
Габаритные размеры L*W*H mm |
11,7х11,7х48 |
Высота корпуса |
8 mm |
Длина выводов |
40 mm |
Масса изделия gr |
1,8 |
Английская транскрипция |
Transistor MP42B |
Макс. допустимое напряжение коллектор-база |
15 V |
Макс. допустимое напряжение коллектор-эмиттер |
15 V |
Макс. допустимый постоянный ток коллектора |
200 mA |
Максимальная мощность рассеивания |
200 mW |
Статический коэффициент передачи тока |
45-100 |
Транзистори МП42Б германієві сплавні p-n-p перемикальні низькочастотні малопотужні . Призначені для застосування в схемах перемикання.
Завдання № 1:”Розрахунок параметрів підсилюючого каскаду ”
1. Розрахунок h- параметрів транзистора
1.1Зобразимо сімейство статичних вхідних і вихідних характеристик заданого транзистора, що відповідають схемі з ЗЕ.(Додаток А та В)
1.2 Визначаємо h - параметри транзистора, що відповідають схемі з ЗЕ, користуючись вхідними і вихідними характеристиками транзистора:
МП114
по вхідних характеристикам визначаємо : (Додаток А)
h11 = / Uке = const, (1.1) h12 = / Iб = const; (1.2)
Вхідний опір транзистора Коефіціент зворотнього
зв’язку
ΔUБЭ =UБЭ2−UБЭ1=0,05В, ∆= 0,24 – 0,16=0,08В.
ΔIБ=IБ2−IБ1=0,75мА ∆=5 В
h11 =0,05/(0,75∙10-3)=66,7 Ом. h12 = 0,08/5=0,016.
по вихідних характеристиках визначаємо (Додаток В):
h21 = / Uке = const, (1.3) h22 = / Iб = const. (1.4)
Коефіціент підсилення по струму Вихідна провідність
∆= 21 – 15=6мА. ∆= 23 – 20 =3мА
ΔIБ =150мкА = 0,15мА ∆= 10 – 2 = 8В
h21 =6/0,15=40 h22 =3∙10-3/8=0,375∙10-3См
1.3. Знайшли вхідний і вихідний опір транзистора:
(1.5) (1.6)
Rвхт=66.7 Ом
1.4 Визначив коефіцієнт передачі по струму транзистора .
β = h21
2 Розрахунок підсилювального каскаду по постійному струмі графоаналітичним методом.
2.1 Зобразимо сімейство вихідних і вхідну (при Uке = 5B) характеристики заданого транзистора як показано на додатку С .
2.2 На вихідних характеристиках нанесемо криву припустимої потужності Pk max, що розсіюється на колекторі, Pk max = UкеІк = const.
2.3. Вибрали значення напруги джерела живлення Eк у межах (0.7 - 0.9) Uk max. (Варто враховувати, що Eк =3Um вих і Eк = Uкео + Іко(Rк + Rе)). Цю величину надалі , після вибору Rк, Rе, і Um вих варто скорегувати.
= 0,8 Uk max
2.4. З умови передачі максимальної потужності від джерела енергії до споживача (погоджений режим) вибрали Rк~ Rвых. т. однак на вихід підсилювача звичайно включається навантаження Rн < Rк тому рекомендується вибирати Rк = (0.3 - 1)Rвих. т. так щоб його величина лежала в діапазонi Rк = (0.5 - 10) кОм.
Rк = (0,5 - 10) кОм.
Rк = (0,3 – 1)Rвых. т=(0,3 – 1)∙2,67 = 0,8кОм – 2,67кОм (2.2)
Вибираємо значення опору колектора з рекомендованого діапазону, наближеного до розрахункових значень . Виходячи з попереднього співвідношення Rк = (0.5 - 10) кОм
2.5. Побудували навантажувальну лінію підсилювального каскаду, відповідно до рівняння
Uке = Ек – ІкRк
Для цього використовували дві крапки ("d" і "c") на вихідних характеристиках транзистора Додатка С.
Uкэ = 0, Iк = =(точка “d”); (2.3)
Iк = 0, Uкэ = Ек = 12В (точка “c”).
При цьому ми спостерігаємо,що лінія навантаження проходить лівіше і нижче припустимих значень Ukmax, Іk max, і Pk max і забезпечили досить протяжну лінійну ділянку перехідної характеристики (див. додаток. С)
Крапка D це і є крапка Ік D= 25 мА
2.6. По крапках перетинання лінії навантаження з вихідними характеристиками побудували перехідну характеристику транзистора Ік = f(Іб) (див. додаток. С)
2.7. На перехідній характеристиці транзистора (з урахуванням вхідної характеристики) вибрали лінійну ділянку "а - в", у діапазоні якого підсилювач підсилює без перекручування. На середині ділянки "а - в" нанесли робочу крапку "А", що відповідає режиму роботи транзистора по постійному струмі.
2.8. По координатах робочої крапки "A" визначити струми і напруги транзистора в режимі спокою (по постійному струмі): Ібо, Іко, Uбео, Uкео.
3 Розрахунок підсилювального каскаду по перемінному струмі.
3.1Визначили межі зміни амплітуд вхідного струму і напруги, вихідного струму і напруги в лінійному режимі роботи підсилювача. Знайшли: Ібm, Ікm, Uбеm, Uкеm (додаток С );
IБ0=300мкА,
IК0=14мА,
UБЭ0=225мВ,
UКЭ0=5В
3.2 Поруч із графіками вхідних і вихідних характеристик транзистора показали характер зміни струмів і напруг у часі у виді кривих:
іб = Ібо + Ібm sіn φt; (3.1) uбэ = Uбео + Uбеm sіn φt; (3.2)
ік = Іко + Ікm sіn φt; (3.3) uкэ = Uкео + Uкеm sіn φt; (3.4)
відповідним робочим ділянкам цих характеристик.
iБ = IБ0 + IБm sin(ωt) =300 + 150sin(ωt) =450А;
iБЭ = UБЭ0 +UБЭm sin(ωt)= 225 + 25sin(ωt) =250В;
iК = IК0 + IКm sin(ωt) =14 + 6sin(ωt)=20А;
iКЭ = UКЭ0 +UКЭm sin(ωt)= 5 + 3sin(ωt) = 8В.
4 Розрахунок параметрів елементів підсилювача із ЗЕ.
4.1 Розрахуваnи елементи ланцюга термостабілізації Rе і Се.
4.2 Збільшення Rе підвищує глибину негативного зворотного зв'язку у вхідному ланцюзі підсилювача (поліпшує термостабілізацію), з іншого боку, при цьому падає КKД підсилювача з - за додаткових утрат потужності на цьому опорі. Звичайно вибирають величину спадання напруги на Rе порядку (0,1 - 0,3)Ек, що рівносильне виборові Rе = (0,05 - 0,15) Rк у погодженому режимі роботи транзистора. Використовуючи останнє співвідношення вибираємо величину Rе.
Re ≈ (0,05 . . . 0,15)∙RК =(0,05 . . . 0,15)∙500=25…75 Ом (4.1)
Ми ж вибираємо значення Re = 25 Oм .
4.3 Для коллекторно – емітерного ланцюга підсилювального каскаду у відповідності з другим законом Кирхгофа можна записати рівняння електричного стану по постійному струмі
(4.2)
RК + RЭ=470+30=500 Ом
( Rk + Re ) Iк0 < Ek – даний вибір параметрів підходить для подальшого розрахунку .
Використовуючи
це рівняння скорегувати
4.4 Визначили ємність у ланцюзі емітера Се з умови Rе = (5 - 10)Хе, де Хе - ємнісний опір елемента Се. При цьому :
мкФ, вибрав fн = 100 Гц. (4.4)
4.5 Для виключення шунтуючої дії дільника R1, R2 на вхідний ланцюг транзистора задається опір Rб.
і струм дільника Ід = (2 - 5)Ібо, що підвищує температурну стабільність Uбо.
IД = (2 . . . 5)IБ0=(2…5)∙300∙10-6= 0,6…1,5мА (4.6)
Виходячи з цього визначити опір R1, і R2, Rб
; (4.7) ; (4.8)
(4.9)
R1 =
R2
Rб =
4.6 Визначити ємність розділового конденсатора з умови Rвх = (5 - 10)Хр, де Хр - ємнісний опір розділового конденсатора, Rвх - вхідний опір каскаду. При цьому
мкФ, а (4.10)
Rвх =
- Визначити параметри підсилювального каскаду.
- Коефіцієнт підсилення каскаду по струму Kі
(5.1)
Кі = =
- Вхідний опір каскаду Rвх
якщо то (5.2)
RВх = RБ ║ RВхТр =596,87║66,7=59,99 Ом.
5.3Вихідний опір каскаду Rвих
(5.3)
RВых =RК/(1 + h22RК) =470/(1+0,375∙10-3∙470)= 399,66Ом.– Співвідношення Rk ≈ Rвих нам підходить .
- Коефіцієнт підсилення по напрузі
=− 40∙(470/59,99)= −313,39 (5.4)
Кu = −313,39– для розрахунків беремо це значення.
5.5 Коефіцієнт підсилення по потужності Kр
(5.5)
Кр = 40∙313,39 =12535,6.
5.6 Корисну вихідну потужність каскаду
(5.6)
Рвих =
5.7 Повну потужність, що витрачається джерелом живлення
5.8 ККД каскаду
(5.8)
= (9,57/186,06) ∙ 100%= 15,13%.
5.9Коефіцієнт нестабільності каскаду S
при цьому S < (2 -7).
S = 1.3 – дане значення влаштовує відношення S < (2 -7) і підходить нам .
- Верхні і нижня граничні частоти визначаються зі співвідношення для коефіцієнта частотних перекручувань:
на нижній частоті =1 (5.11)
= 1
де
;
=)=1220
и верхній частоті (5.13)
=
де
;
Ск = 50пФ– ємність колекторного переходу.
Звичайно вибирається , тоді и .
Розраховано вірно,так як відповідають даній умові :
;
Висновок
Електронний підсилювач - це підсилювач електричних сигналів з регулюючими елементами на напівпровідникових або електровакуумних приладах. Електронний підсилювач може являти собою як самостійний пристрій, так і блок (функціональний вузол) у складі якої-небудь апаратури — радіоприймача, магнітофона, вимірювального приладу тощо.
Залежно від способу розміщення початковій робочої точки підсилювального приладу на статичних і динамічних характеристиках розрізняють такі режими підсилення: А, B, С и D.
Даний підсилюючий каскад використовується для підсилення змінного синусоїдального сигналу. Цей каскад має досить не великий коефіцієнт нестабільності, малу споживану потужність, а також високий коефіцієнт підсилення по току та напрузі.
Він відповідає режиму роботи класу " А ", так як робоча точка знаходиться на середині навантажувальної лінії, що забезпечує найменше не лінійне спотворення підсилюючого сигналу і ККД цього підсилювача складає 15,13%. Використовуємо у підсилювачах високої студійної якості ,з малою споживчою потужністю та з високим ККД.
Завдання№2:
Доповідь на тему: «Структура, принцип дії, характеристики, параметри та схеми автоматичного зміщення.»
Автоматичне зміщення - негативна напруга сіткового зсуву, створюване не за допомогою спеціального джерела, а за рахунок падіння напруги, викликаної струмом, поточним між анодом і катодом електронної лампи. Для цього в провід катода лампи включається опір R і загальною точкою сіткової і анодної ланцюгів робиться не катод, а інший кінець опору R.
Рис.3 Автоматичне зміщення
Протікає по опору катодний струм Ік створює деяке падіння напруги, внаслідок якого Нижній кінець опору R виявляється під негативною напругою по відношенню до катода. Так як кінець сіткового ланцюга прєднаний теж до нижнього кінця опору R, то і сітка виявляється під тією ж негативною напругою по відношенню до катода. Це негативна Напруга і грає роль сіткового зсуву. Для того щоб коливання катодного струму, що відбуваються при роботі лампи, що не викликає коливання сіткового зсуву, Опір R шунтується й достатньо великою ємністю С, при якій стала годині ланцюга RC виявляється значно більше, чи самий повільній період змін катодного струму (порядку 0,1 сек ).
Тоді змінна складова катодного струму проходити через цю ємність без помітного падіння напруги І, отже, величина сіткового зсуву не змінюється при коливанні катодного струму.
Використана література
1. В.І. Милых „ Электроника и электромеханика. “ Учебное пособие,
2. В.Ю Лавриненко ,, Спарвочник по полупроводниковым приборам“
3. Г.З. Кузнецов ,, Цифровые и анлоговые интегральные микросхемы“
К: Каравела,2006р.376стор.
4. Опадчий Ю.Ф. и др. аналоговая и
цифровая электроника: Учебник для вузов / Ю. Ф.Опадчий,
О. П. Глудкин, А. І. Гуров; Под.ред. О. П.