Схемотехника аналоговых электронных устройств

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Курсовой проект

Выполнил:

студент ЗО ИИФ и РЭ

специальность 210302.65С

Шифр 051017132

Калигин Д. Ю.

                                                                      Проверил:

Красноярск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Требуется рассчитать усилитель гармонических сигналов со следующими параметрами:

Eвх=6В

Rн=50Ом

Mн=1.5дБ

Mв=1.8дБ

Тн=0C

Тв=45C

Rвх=Rист=75Ом

fн=200Гц

fв=10МГц

ни=5%

Uвых=3В

Необходимо предусмотреть согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки, подключаемой через коаксиальный кабель. Необходимо предусмотреть согласование входного сопротивления усилителя с внутренним сопротивлением источника сигнала. Допустимая нестабильность коэффициента усиления в заданном диапазоне рабочих температур не должна превышать 10%.

Анализ исходных данных

Усилитель имеет умеренные коэффициенты усиления и верхнюю граничную частоту, что позволяет выполнить его на транзисторах среднего качества или гибридных интегральных схемах (ИС). Сопротивление генератора мало и требует согласования с входным каскадом, например шунтированием добавочным сопротивлением базового делителя во входном каскаде. Сопротивление нагрузки мало и так же требует принятия мер по согласованию с выходным сопротивлением усилителя. Возможно построение выходного каскада по схеме с общим эмиттером, а согласование произвести подбором сопротивления коллекторной нагрузки транзистора. Умеренные требования по нижней граничной частоте позволяют использовать конденсаторы как в цепях межкаскадной связи, так и в цепях эмиттерной термостабилизации.

Суммируя сказанное, приходим к выводу, что усилитель с указанными в техническом задании параметрами можно выполнить на одиночных каскадах с ОЭ. По-видимому, для этой цели подойдут соответствующие ИС серий и .

Расчет числа каскадов

Задаваясь коэффициентом запаса Кз=1.7, определяем рассчетный коэффициент усиления:

…….

Так как обычно усиление одиночного каскада лежит в пределах 10-20, соответственно усиление трех каскадов лежит в пределах 1000-8000, в нашем случае требуемое усиление равно 1700, и входит в эти пределы, поэтому необходимое число каскадов N=3.

Определяем требования к отдельным каскадам:

а) Коэффициент усиления каскада:

…….

б) Коэффициент частотных искажений на верхних частотах:

в) Коэффициент частотных искажений на нижних частотах:

г) Нестабильность усиления:

Определяем необходимую площадь усиления каждого каскада. Глубина обратной связи, необходимая для получения заданного усиления:

….

где Кm – максимально возможное усиление одно-двухтранзисторной схемы, равное Km=40.

Некорректированные интегральные схемы, например К265УВ7, должны обеспечивать верхнюю граничную частоту по уровню -3дБ и площадь усиления, равные соответственно:

…..

…

Применение коррекции позволяет получить значительный выигрыш в величине площади усиления. Выигрыш, обеспечиваемый простой параллельной коррекцией в каскадах на электронных лампах, транзисторах зависит от допустимых частотных искажений в каскаде Mвi и от относительной глубины коррекции Кк/Копт и может быть найден по графикам (рис.1).  Значение глубины коррекции Кк/Копт берется обычно в пределах 0.8-0.95, так как уменьшение Кк/Копт ведет к снижению выигрыша в площади усиления, а увеличение может привести к появлению подъемов на частотной характеристике при разбросе параметров транзисторов.

В каскадах на биполярных транзисторах наиболее часто используется коррекция эмиттерной обратной связью, которая дополнительно стабилизирует коэффициент усиления каскада. Такая коррекция дает меньший выигрыш в площади усиления, причем выигрыш снижается по мере уменьшения глубины обратной связи Кm/Ki и увеличения сложности каскада.

Т.к. предполагается работа на активную нагрузку (коаксиальный кабель), (кштрих) определяем по кривой 1 на рис.2

кштрих = 0.8

Выигрыш, обеспечиваемый простой параллельной коррекцией при заданных частотных искажениях на высоких частотах Mвi, определим из графика (рис.1). Значение Кк/Копт задаем на уровне 0.9.

Гаммакштрих=2

Окончательно выигрыш в площади усиления при эмиттерной коррекции:

……….

Рассчитываем необходимую верхнюю граничную частоту каждого каскада по уровню -3дБ:

……

….

…

…….

Расчет выходного каскада

Сопротивление нагрузки у нас фиксировано и равно 50Ом. Так как нагрузка низкоомная применим выходной каскад на транзисторе по схеме с ОЭ. А согласование с нагрузкой обеспечим выбором сопротивления коллекторной нагрузки транзистора Rк равным сопротивлению нагрузки Rнд.

Сопротивление нагрузки транзистора:

……….

Амплитуды переменной и постоянной составляющей коллекторного тока транзистора:

…….

Постоянная составляющая тока коллектора должна быть не менее 1.5-2Iк=

……

При расчете минимального напряжения примем:

Допустимое приращение коллекторного тока (обычно 0.1Iк):

…

Остаточное напряжение на транзисторе :

…

Теперь: