підсилювальний пристрій

Назва роботи: Підсилювальне пристрій

Предметна область: Комунікація, зв'язок, радіоелектроніка та цифрові прилади

Опис: Підсилювальне пристрій - пристрій, що підсилює потужність сигналу. З точки зору схемотехніки побудови підсилювачі бувають транзисторні і на базі інтегральних мікросхем (ІМС). Перевагами підсилювачів на базі ІМС є: менші розміри, менше споживання і більш високу якість.

Розмір файлу: 969.96 KB

Роботу скачали: 40 чол.

1. Попередній розрахунок підсилювача ........................................ 4

2. Розрахунок кінцевого (четвертого) каскаду .................................. 5

3. Розрахунок третього каскаду ....................................................... 10

4. Розрахунок другого каскаду ....................................................... 16

5. Розрахунок першого каскаду ......................................................... 22

6. Принципова схема підсилювача на транзисторах ................... 28

7. Розрахунок підсилювача на базі ІМС .............................................. 28

8. Вхідні і вихідні характеристики транзисторів ................... 31

Список використаної літератури ........................................... 34

Підсилювальний пристрій - пристрій, що підсилює потужність сигналу. З точки зору схемотехніки побудови підсилювачі бувають транзисторні і на базі інтегральних мікросхем (ІМС). Перевагами підсилювачів на базі ІМС є: менші розміри, менше споживання і більш високу якість. Однак транзисторні підсилювачі також широко поширені, оскільки деякі завдання посилення поки не можна вирішити використанням ІМС.

Підсилювачі можна розділити на різні групи за такими ознаками:

по виду використовуваного підсилювального елемента # 151; лампові, транзисторні підсилювачі, на тунельних або параметричних діодів, на мікросхемах і т.д .;
за діапазоном підсилюються частот # 151; підсилювачі постійного струму (УПТ), низької частоти (УНЧ), радіо- або проміжної частоти (УРЧ, ППЧ) і надвисокої частоти (СВЧ-підсилювачі);
по ширині смуги підсилюються частот # 151; вузькосмугові, широкосмугові підсилювачі;
за характером підсилюється сигналу # 151; підсилювачі безперервних і імпульсних сигналів;
по посилюваної електричної величиною # 151; підсилювачі напруги, струму, потужності;
за типом навантаження # 151; резистивні (апериодические), резонансні (виборчі) підсилювачі.

У цій роботі розраховується широкосмуговий підсилювач, що працює в смузі частот 500 Гц. 1 МГц на навантаження R н = 150 Ом. У пояснювальній записці розраховані варіанти підсилювача, виконані на транзисторах і на базі сучасних операційних підсилювачів.
1. Попередній розрахунок підсилювача.

Підсилювальний пристрій можна умовно розділити на каскади: вхідний каскад, каскади попереднього підсилення, що забезпечує основне посилення, і крайовий каскад.

Залежно від величини внутрішнього опору джерела сигналу R 1 вхідний каскад вибирають за схемою загальний емітер (ОЕ) при R 1 = 3 ... 10 кОм або за схемою із загальним колектором (ОК) при R 1> 10 кОм.

Кінцевий каскад при опорі навантаження> 300 Ом вибирають за схемою ОЕ, при менших значеннях # 150; за схемою ОК.

Аналізуючи вихідні дані, можна припустити наступне: вхідний каскад виберемо за схемою ОЕ, тому що внутрішній опір джерела сигналу R 1 = 10 кОм. Вихідний каскад виберемо за схемою ОК (емітерний повторювач), так як опір навантаження R н = 150 Ом.

Для визначення числа проміжних каскадів визначимо коефіцієнт посилення проміжних каскадів:

Коефіцієнт ослаблення сигналу у вхідному ланцюзі (тобто при передачі його від джерела сигналу до входу першого каскаду посилення) приймають рівним від 0,6 ... 0,9, причому меншим значенням відповідають великі значення R 1. Для визначеності візьмемо 0,9. Отримуємо 4 каскаду. Розрахуємо коефіцієнт підсилення:

Визначимо частотні спотворення кожного каскаду шляхом розподілу заданих частотних спотворень.

Всі коефіцієнти частотних спотворень вийшли рівними 0,997 і 0.997. які на практиці забезпечити жоден транзистор не зможе, тому доведеться ввести корекцію в одному з каскадів.

Таким чином, структурна схема підсилювача буде виглядати наступним чином:

Ріс.1.Структурная схема підсилювача

2. Розрахунок 4-го каскаду (еммітерной повторювача).

Знаходимо мінімальну частоту для всіх транзисторів, використовуваних в даному підсилювачі:

Знаходимо потужність транзистора, який можна використовувати в цьому каскаді.

В якості кінцевого каскаду використовується еммітерной повторювач. У ролі активного елемента використовується біполярний транзистор, моделі КТ817 (N - P - N типу).

Принципова схема 4-го каскаду.

Довідкові дані транзистора:

Опір в ланцюзі емітера знаходимо з вихідний вольт # 150; амперної характеристики транзистора.

Округлимо значення до найближчого стандартизованого: = 39 Ом

Параметри робочого точки:

Підсилювач працює в режимі класу "A". В цьому режимі р.т. не входить в нелінійно ділянку. Так як підсилювач працює в лінійному режимі, то ми можемо описувати крайовий каскад системою Y - параметрів.

По вхідних і вихідних вольт - амперних характеристик знаходимо

Розглянемо область середніх частот:

Еквівалентна схема 4-го каскаду в області середніх частот.

В області середніх частот коефіцієнт підсилення не залежить від частоти.

де S # 150; крутизна транзистора

Y Е - провідність в ланцюзі емітера

Y i = Y 22 - вихідна провідність

Розглянемо область низьких частот:

В області низьких частот позначається С Р. Отже, їй ми знехтувати не можемо.

Еквівалентна схема 4-го каскаду в області низьких частот

Номінал: = 43 мкФ

Розглянемо область високих частот:

В області високих частот позначається С 0. Отже, їй ми знехтувати не можемо.

Еквівалентна схема 4-го каскаду в області високих частот.

Розрахуємо схему температурної стабілізації, тобто резистори R 1 і R 2. Виберемо припустима зміна струму колектора

Зміна зворотного струму колектора:

- максимальна температура навколишнього середовища.

Коефіцієнт нестабільності, який має забезпечувати схема температурної стабілізації

Розрахуємо опір подільника:

Розрахунок опорів подільника R 1 і R 2:

Номінал R 1 = 300 Ом, номінал R 2 = 430 Ом.

Перерахуємо опір подільника з урахуванням реальних номіналів опорів:

Знайдемо вхідний опір транзистора:

Визначаємо напругу на вході каскаду:

3. Розрахунок 3-го каскаду

Принципова схема 3-го каскаду

Знаходимо потужність транзистора, який можна використовувати в цьому каскаді.

-вхідний опір 3-го каскаду.

В якості активного елементу в 3-му каскаді використовуємо транзистор КТ815 (N - P - N типу):

Параметри робочого точки:

Округлимо значення до найближчого стандартизованого значення:

Підсилювач працює в режимі класу "A". отже його можна описати системою Y - параметрів.

По вхідних і вихідних вольт - амперних характеристик знаходимо:

Зміна зворотного струму колектора:

- максимальна температура навколишнього середовища.

Коефіцієнт нестабільності, який має забезпечувати схема температурної стабілізації

Розрахуємо опір подільника:

Розрахунок опорів подільника R 1 і R 2:

Номінал R 1 = 82Ом

Номінал R 2 = 448 Ом

Перерахуємо опір подільника з урахуванням реальних номіналів опорів:

Знайдемо вхідний опір каскаду:

Починаємо розглядати каскад на різних частотах:

Еквівалентна схема 3-го каскаду.

Розглянемо область середніх частот.

Еквівалентна схема 3-го каскаду в області середніх частот.

В області середніх частот коефіцієнт підсилення не залежить від частоти.

де S # 150; крутизна транзистора

Y К - провідність в ланцюзі колектора

Y i = Y 22 - вихідна провідність

- провідність попереднього каскаду.

Розглянемо область низьких частот:

В області низьких частот позначається С Р. Отже, їй ми знехтувати не можемо.

Еквівалентна схема 3-го каскаду в області низьких частот.

Номінал = 910 мкФ

Номінал = 33 мкФ

Розглянемо область високих частот.

В області високих частот позначається С 0. Отже, їй ми знехтувати не можемо.

Еквівалентна схема 3-го каскаду в області високих частот.

Визначаємо напругу на вході каскаду:

4. Розрахунок 2-го каскаду

Принципова схема 2-го каскаду

Знаходимо потужність транзистора, який можна використовувати в цьому каскаді.

-вхідний опір 2-го каскаду.

Корпусних транзисторів розсіюють таку малу потужність немає, тому в якості активного елементу в 2-м каскаді використовуємо транзистор КТ301 (N - P - N типу).

Параметри робочого точки:

Округлимо значення до найближчого стандартизованого значення:

Підсилювач працює в режимі класу "A". отже його можна описати системою Y - параметрів.

По вхідних і вихідних вольт - амперних характеристик знаходимо:

Зміна зворотного струму колектора:

- максимальна температура навколишнього середовища.

Коефіцієнт нестабільності, який має забезпечувати схема температурної стабілізації

Розрахуємо опір подільника:

Розрахунок опорів подільника R 1 і R 2:

Номінал R 1 = 390 Ом

Номінал R 2 = 2,4 кОм

Перерахуємо опір подільника з урахуванням реальних номіналів опорів:

Знайдемо вхідний опір каскаду:

Починаємо розглядати каскад на різних частотах:

Рис 21. Еквівалентна схема 2-го каскаду.

Рис 22. Еквівалентна схема 2-го каскаду.

Розглянемо область середніх частот.

Рис 23. Еквівалентна схема 2-го каскаду в області середніх частот.

В області середніх частот коефіцієнт підсилення не залежить від частоти.

де S # 150; крутизна транзистора

Y К - провідність в ланцюзі колектора

Y i = Y 22 - вихідна провідність

- провідність попереднього каскаду.

Розглянемо область низьких частот:

В області низьких частот позначається С Р. Отже, їй ми знехтувати не можемо.

Еквівалентна схема 2-го каскаду в області низьких частот.

Номінал = 20 0 мкФ

Номінал = 30 мкФ

Розглянемо область високих частот.

В області високих частот позначається С 0. Отже, їй ми знехтувати не можемо.

Еквівалентна схема 2-го каскаду в області високих частот.

Визначаємо напругу на вході каскаду:

5. Розрахунок 1-го каскаду

Принципова схема 1-го каскаду

Знаходимо потужність транзистора, який можна використовувати в цьому каскаді.

-вхідний опір 1-го каскаду.

Корпусних транзисторів розсіюють таку малу потужність немає, тому в якості активного елементу в 1-м каскаді використовуємо транзистор КТ302 (N - P - N типу).

Параметри робочого точки:

Округлимо значення до найближчого стандартизованого значення:

Підсилювач працює в режимі класу "A". отже його можна описати системою Y - параметрів.

По вхідних і вихідних вольт - амперних характеристик знаходимо:

Зміна зворотного струму колектора:

- максимальна температура навколишнього середовища.

Коефіцієнт нестабільності, який має забезпечувати схема температурної стабілізації

Розрахуємо опір подільника:

Розрахунок опорів подільника R 1 і R 2:

Номінал R 1 = 56 кОм

Номінал R 2 = 62 кОм

Перерахуємо опір подільника з урахуванням реальних номіналів опорів:

Знайдемо вхідний опір каскаду:

Починаємо розглядати каскад на різних частотах:

Еквівалентна схема 1-го каскаду.

Розглянемо область середніх частот.

Еквівалентна схема 1-го каскаду в області середніх частот.

В області середніх частот коефіцієнт підсилення не залежить від частоти.

де S # 150; крутизна транзистора

Y К - провідність в ланцюзі колектора

Y i = Y 22 - вихідна провідність

- провідність попереднього каскаду.

Розглянемо область низьких частот:

В області низьких частот позначається С Р. Отже, їй ми знехтувати не можемо.

Еквівалентна схема 1-го каскаду в області низьких частот.

Номінал = 270 мкФ

Номінал = 51 мкФ

Розглянемо область високих частот.

В області високих частот позначається С 0. Отже, їй ми знехтувати не можемо.

Еквівалентна схема 1-го каскаду в області високих частот.

Визначаємо напругу на вході каскаду:

6. Принципова схема підсилювача на транзисторах

7. Розрахунок підсилювача на ІМС.

Розрахуємо підсилювач, побудований на інтегральних мікросхемах. Визначимо коефіцієнт посилення всього підсилювача з урахуванням запасу.

Виберемо операційний підсилювач 140УД10

Основні характеристики мікросхеми 140УД10:

Вхідний опір R вх = 1 МОм

Вихідна напруга U вих = 10 В

Напруга зсуву U см = 8 мВ

Струм зміщення I см = 2мкА

Напруга живлення (однополярної) Епіт = 5 ... 18 В

Струм I піт = 8мА

Гранична частота f = 5 МГц

Для побудови каскадів використовуємо Неінвертуючий схему включення ОУ

Розрахунок 1-го каскаду:

R 1 = 91 кОм R 2 = 5.1 кОм

R 1 = 180 кОм R 2 = 5.1 кОм

С1 = 68 нФ C 2 = 1.8 нФ

Принципова схема підсилювача на ІМС:

Вхідні і вихідні характеристики транзисторів

У цій роботі ми розрахували транзисторний і мікросхемний варіант підсилювача гармонійних сигналів. Розробили структурну схему, розрахували крайовий, предоконечний, перший і другий каскади підсилювального пристрою. Вибрали відповідні транзистори і привели їх вхідні і вихідні характеристики. Також ми розрахували схему підсилювача на базі ІМС.

В даний час важко визначити область техніки, де б не знаходили застосування підсилювачі електричних сигналів. Це пояснюється, як правило, невідповідністю параметрів електричних сигналів, які надходять при первинному перетворенні різних неелектричних фізичних величин в електричні, параметрам, необхідним для нормальної роботи більшості виконавчих пристроїв. Підсилювачем називають пристрій, призначений для посилення вхідного електричного сигналу по напрузі, струму або потужності за рахунок перетворення енергії джерела живлення в енергію вихідного сигналу. При побудові підсилюючих пристроїв найбільшого поширення набули каскади на біполярних і польових транзисторах, що використовують відповідно схеми включення транзистора із загальним емітером і загальним витоком. Рідше використовуються схеми включення із загальним колектором і загальним стоком. Схеми включення із загальною базою або загальним затвором знаходять застосування тільки у вузькому класі пристроїв. Підсилювальний пристрій умовно можна розділити на каскади: вхідний каскад, каскади попереднього підсилення і вихідний каскад.

Список використаної літератури

1. І.Г. Мамонкин, Підсилювальні пристрої. Навчальний посібник для ВНЗ. Вид. 2-е, М. "Зв'язок", 1977 р

2. Г.В. Войшвилло, Підсилювальні пристрої, М. "Радио и связь", 1983 р

3. К.М. Брежнєва, Є.І. Гантман, Транзистори для апаратури широкого застосування. Довідник, М. 1985 р