Проектирование предварительных каскадов rc-усилителей систем передачи информации

жүктеу/скачать 1,35 Mb.

бет	2/2
Дата	24.01.2023
өлшемі	1,35 Mb.
	#166283
түрі	Курсовая

1 2

Байланысты:
Курсовая Работа Крючкова Я.В. АТ-19-1Д

1. Задание на курсовую работу

Проектирование входного широкополосного RC-усилителя, работающего в режиме малого сигнала, источником сигнала которого является генератор тока. Подобные усилители находят широкое применение в видеоаппаратуре, а также в блоках управления радио- и видеотехникой. Особенность проектирования заключается в том, что по ряду показателей – стабильности коэффициента усиления, динамическому диапазону входных сигналов и полосы пропускания, к усилителям предъявляются достаточно высокие требования.

Рис. 1 – Принципиальная схема усилителя

Данные для варианта 775:

Классификационный индекс полевой транзистора КП 307А и его параметры:

I_{с нач}, мА	S_max, мА/В	U_отс, В	U_ЗИ, В	C_ЗИ, пФ	C_ЗС, пФ
6	9	-3	-1	5	1,5

Параметры биполярного транзистора малой мощности типа n-p-n (КТ315А):

P_к, мВт	U_кэ_max, В	I_к_max, мА	h_{21 max}	h_{21 min}	f_т, МГц	C_к, пФ	τ_к, пс
150	25	100	120	30	270	7	150

Параметры величины напряжения источника питания, сопротивления внешней нагрузки и полоса пропускания:

E₀, В	R_2H, кОм	, МГц	, кГц	С1-С5, мкФ	I1, мкА
10	0,9	2	30	1…5	1

Расчет элементов необходимо начать с обеспечения режимов работы фотодиода и транзисторов по постоянному току.

Рис. 2 – Схема усилителя по постоянному току
В связи с тем, что конденсаторы не пропускают постоянный ток, рис. 2 представляется состоящим из трех независимых фрагментов схемы: фрагмент с фотодиодом, с полевым транзистором и с биполярным транзистором.

2. Предварительный расчет резисторов по постоянному току

Рассчитываемые сопротивления резисторов необходимо выбирать из ряда номинальных значений [2], представленных в таблице 1.

Таблица 1 – Номинальные значения

Класс точности	Шкала номинальных значений и ёмкостей
5% 10%	10 10	11	12 12	13	15 15	16	18 18	20	22 22	24	27 27	30	33 33	36	39 39	43	47 47	51	56 56	62	68 69	72	82 82	91

2.1 Предварительный расчет по постоянному току каскада на полевом транзисторе V2

Транзистора КП307А нет в программе NI Muitisim Circuit Suite 14.0. Поэтому подберем аналог транзистора КП307A в сервисе подбора аналогов [3] и проведем расчёт с его данными.
Транзистор 2N4416 имеет следующие справочные данные [4],[5]:

I_{с нач}, мА	S_max, мА/В	U_отс, В	I_ут.з, нА	C_ЗИ, пФ	C_ЗС, пФ
15	10	-3	1	2,4	1,6

Рис. 3 – Принципиальная схема по постоянному току каскада V2
Для расчета резисторов R₃, R₄, R₅ и R₆ сначала необходимо рассчитать точку покоя полевого транзистора, исходя из его параметров: начального тока стокаI_{с нач.}, максимальной крутизны S_max и напряжения отсечки U_отс.
Рассчитали напряжение затвор-исток по формуле (1):
; (1)

;
Выбрали напряжение затвор-исток .
Рассчитаем сопротивление затвор-исток по формуле (2): (2)

Ток стока вычислили по формуле (3):
(3)
;
;
Крутизну вычислили по формуле (4):
(4)

Рассчитали напряжение на истоке по формуле (5):
; (5)
;

Получили напряжение сток-исток по формуле (6):
; (6)

Напряжение на стоке вычислено по формуле (7):
(7)

Напряжение на затворе вычислено по формуле (8):
(8)

Получили сопротивления в цепи истока и стока по формуле (9):
(9)

Рассчитали сопротивление в цепи стока по формуле (10):
(10)

;
В соответствии с номинальным рядом приняли R₆= 133,3 Ом,
R₅= 200 Ом.
Определили суммарную емкость по формуле (11):
(11)
где:
– проходная емкость диода, равная 5 пФ;
С_м – емкость монтажа, равная 3 пФ;
С_вх– входная емкость.
Входная емкость рассчитана по формуле (12):
(12):

Подставили известные данные в формулу (10):

В соответствии с номинальным рядом [6] приняли
Определим сопротивление R₄ из неравенства (13):
(13)

В соответствии с номинальным рядом R₄= 5 кОм.
Рассчитаем ток делителя по формуле (14):
(14)

Определим сопротивление резистора R₃по формуле (15):
(15)

В соответствии с номинальным рядом взяли R₃= 95 кОм.
Но нам нужно получить выходное напряжение равное половине E₀, поэтому возьмем R₃= 2,5 кОм.

Рис.4. Схема моделирования полевого транзистора на постоянном
токе в программе NI Multisim Circuit Design Suite 14.0.

Сравнение расчетных данных и промоделированных приведены в таблице 2.

Таблица 2

Параметр	Расчёт	Моделирование
	0,1 мА	0,287 мА
	0,5 В	2,83 В
	7 В	7,21 В
	2 В	2,17 В
	-1,5 В	0,662 В
	5 В	5 В
	3,75 мА	14 мА

2.2. Расчет по постоянному току каскадов на биполярных транзисторах V3, V4

Рис.5. Принципиальная схема каскадов
на биполярных транзисторах по постоянному току

Взят аналог транзистора КТ315А и проведен расчёт с его данными.

Транзисторы 2N2712 имеют следующие справочные параметры:
-транзистор биполярный кремниевый;
-U_БЭ= 0,7 В;
- коэффициент усиления по току минимальный h₂₁_min = 75;
- коэффициент усиления по току максимальный h₂₁_max= 225;
- частота единичного усиления fT = 90 МГц;
-максимальный постоянный ток коллектора I_К_max = 0,5 А;
-максимальное напряжение коллектор-эмиттер U_кэ_max = 18 В;
-постоянная времени цепи обратной связи _к = 15 пс;
-ёмкость коллекторного перехода С_к = 12 пФ;
-допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе P_к = 200 мВт.

Выбрали токи покоя транзисторов V3 и V4 по формулам (15) и (16):

; (15)

;
Выбрали .
(16)

Выбрали .
Установили напряжение коллектор – эмиттер V4 по формуле (17) и напряжение на эмиттере V4 по формуле (18):
; (17)

;
; (18)
;
;
Определили напряжения и по формулам (19) и (20):
; (19)
;
;
; (20)
;
Напряжение на базе V3 и напряжение на коллекторе V4 вычислили по формулам (21) и (22):
(21)
;
;
; (22)
;
;
Определили коэффициенты передачи по току h₂₁, используя крайние значения, по формуле (23):
(23)
130

Токи I_Б3, I_Б4,I_Э3 и I_Э4 рассчитаны по формулам (24)-(27):
(24)

(25)

(26)

(27)

Приняли ток делителя по формуле (28):
(28)

Выбрали I_Д3 = 0,38 мА.
Вычислили сопротивления резисторов R₇, R₈,R₉, R₁₀, R₁₁ по формулам (29)-(33):
(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

В соответствии с номинальным рядом приняли R₇ =18 кОм,
R₈ =6,4 кОм, R₉ =340 Ом, R₁₀=600 Ом, R₁₁ =166 Ом.
Рис.6. Схема моделирования биполярных транзисторов на постоянном
токе в программе NI Multisim Circuit Design Suite 14.0.
Сравнение расчетных данных и промоделированных приведены в таблице 3.

Таблица 3

Параметр	Расчёт	Моделирование
I_Д3	0,38 мА	0,42мА
I_Б3	38 мкА	40 мкА
U_Б3	2,4 В	2,43 В
I_К3	5 мА	5,26 мА
U_Э3	1,7 В	1,78 В
I_Э3	5 мА	5,24 мА
U_Б4	1,7 В	1,78 В
I_Б4	46 мкА	53,6 мкА
U_К4	6 В	5,97 В
I_К4	6 мА	6,72 мА
U_Э4	1 В	1,13 В
I_Э4	6 мА	6,78 мА
U_КЭ4	5 В	4,84 В

3. Моделирование усилителя на переменном токе

Рис.7. Схема моделирования усилителя на переменном
токе в программе NI Multisim Circuit Design Suite 14.0.

Рис.8. Моделирования усилителя на переменном
токе в программе NI Multisim Circuit Design Suite 14.0

Рис.9. АЧХ и ФЧХ усилителя

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Гамбург К.С., Методические указания по оформлению домашних заданий, курсовых проектов и выпускной квалификационной работы для обучающихся всех направлений факультета АИТ (все формы обучения). Гамбург К.С., Старый Оскол, СТИ НИТУ МИСиС, 2019, - 45с.
Методические указания к курсовому проектированию предварительных каскадов RC-усилителей систем [Электронный ресурс]:

https://studylib.ru/doc/768101/metodicheskie-ukazaniya-k-kursovomu-proektirovaniyu-predvari (Дата обращения 09.12.2021г.).

Сервис по подбору аналогов биполярных и полевых транзисторов [Электронный ресурс]: https://alltransistors.com/ru/crsearch.php (Дата обращения 09.12.2021г.).
Параметры полевого транзистора 2N4416 [Электронный ресурс]: http://elektrikaetoprosto.ru/2n4416.html (Дата обращения 09.12.2021г.).
Параметры биполярного транзистора 2N5225 [Электронный ресурс]: http://paratran.com/2paratran.php?tr=53574 (Дата обращения 09.12.2021г.).
Ряд номиналов резисторов E24 [Электронный ресурс]: http://tdmod.ru/ref/res.html (Дата обращения 09.12.2021г.).
Ряд стандартных значений конденсаторов [Электронный ресурс]: http://radioschema.ru/el-komponenty/spravochnik/standartnyie-znacheniya-kondensatorov.html (Дата обращения 09.12.2021г.).

жүктеу/скачать 1,35 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2