Расчет и моделирование частотно-избирательного усилителя
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Расчет и моделирование частотно-избирательного усилителя
1. Состав и анализ принципа работы схемы
Схема усилителя низких частот (УНЧ) представлена на рисунке 1.
К усилителю предъявляются следующие требования:
схема должна работать при напряжении питания Uп = -24В;
иметь входное сопротивление много большее, чем внутреннее сопротивление датчика.
Рисунок 1 - Усилитель
Схема представляет собой многокаскадный усилитель нижних частот, собранный на трех транзисторах. Транзистор VT1 Р-канальный полевой транзистор по схеме с общим истоком c емкостной связью между, VT2 p-n-p с непосредственной связью между VT3 p-n-p оба являются биполярными транзисторами по схеме с общим эмитором. Чтобы усилитель обладал более лучшими усиливающими свойствами используется биполярный транзистор VT3, включенный по схеме общий эммитер, что дает хорошее усиление по току и напряжению, а следовательно и по мощности.
В курсовой работе в качестве входного сигнала используется генератор переменного напряжения с амплитудой напряжения равной 30мВ и внутренним сопротивлением 1мОм.
В усилителе используются конденсаторы С1, С4 выполняющие роль разделительных конденсаторов. Они не пропускают постоянную составляющую входного сигнала и в определенной мере влияют на АЧХ усилителя. Конденсаторы С2 и С3 формируют необходимую АЧХ УНЧ.
Для реализации полосового фильтра используем схему, показанную на рисунке 2.
Выберем схему фильтра, изображенную на рисунке 2. Этот фильтр состоит из звеньев. Все эти звена образуют полосовой фильтр, пропускающий сигналы в некоторой полосе частот от fН до fВ. Необходимо определить значения нижней и верхней частот среза данного фильтра, построить АЧХ теоретически (с помощью программы MathCad 2000) и практически (с помощью программы Electronic Work Bench 5.12) и сравнить полученные результаты.
Расчетные данные по фильтру:
R9=10кОм С5=0.05мкФ
R10=100кОм С6=0.1мкФ
Рисунок 2 - Полосовой фильтр
Данная схема представляет собой полосовой фильтр и обеспечивает частотную избирательность устройства.
2. Расчет усилителя низких частот
Проведем расчет УНЧ в статическом режиме. Расчетная схема с указанием направления токов в элементах показана на рисунке 1.
Зададимся параметрами транзисторов:
VD1: I=5мА, U=18 B
VT1: I СТн=10.04 мА, I СТр=5.02 мА, UЗИост=1.2 В, UЗИраб=0.35 В Pmax=225мВт
VT2: I К2= 2 мА, Uбэ=0.75 В, K=20, Pmax=5Вт
VT3: I К3= 3 мА, Uбэ=0.75 В, K=20 Pmax=5Вт
С целью обеспечения линейности амплитудной характеристики УНЧ примем напряжение в рабочей точке усилителя равным
Uр.т = Еп/2 = = -12В.
Подсчитаем токи, протекающие через базу транзистора VT2, пользуясь следующей формулой:
Подсчитаем токи, протекающие через базу транзистора VT3, пользуясь следующей формулой:
Подсчитаем падение напряжения на стоке и истоке Uси VT1:
Подсчитаем падение напряжения на эмиттере и коллекторе Uэк VT2:
Подсчитаем падение напряжения на эмиттере и коллекторе Uэк VT3:
Рассчитаем мощности, рассеиваемые транзисторами при выбранных режимах работы, используя выражение Pк = Uкэ Iк.
Для VT1: P1 = 8.65 5.02 = 43.4 мВт;
VT2: P2 = 6 2 = 12 мВт;
VT3: P3 =10,8 3 = 32.4 мВт.
Расчеты показывают, что у всех транзисторов рассеиваемая рабочая мощность не превышает предельно-допустимую.
Используя законы Ома и Кирхгофа, найдем номиналы резисторов данного трехкаскадного усилителя:
Выбран исходя из того, что он должен быть намного больше Rвх, а т.е. R1>>1МОм
Из таблицы стандартного ряда E24 выбираем следующие значения номинальных сопротивлений резисторов:
R1 = 2 МОм, R2 = 690 Ом, R3 = 1.8 кОм,
R4 = 610 Ом, R5 = 2.8 кОм, R6 = 100 кОм,
R7 = 2.2 кОм, R8 = 2.2 кОм,
Подстроим резисторами R5 и R7 рабочую точку каскадов.
R5* - 750 Ом, R7*=750 Ом
* - обозначим подстроечный резистор
Для определения коэффициента усиления в программе Electronic Work Bench 5.12, была получена осциллограмма входного и выходного сигналов.
Рассчитаем мощности, рассеиваемые резисторами:
Выполним моделирование в пакете прикладных программ EWB 5.12C.
Результаты расчета и моделирования сведем в таблицу 1.
Таблица 1 - Результаты моделирования
КаскадПараметрРасчетЭкспериментVT3 - I, мАIК333.6IБ30.150.18VT2 - I, мАIК222.3IБ20.10.2VT1 - I, мАIС15.025.11IИ15.025.18IЗ100Раб. точка, ВUVT31212.019UVT199.105VT3 - U, ВUЭ31212.019UК31.21.248UКЭ310.810.671VT1 - U, ВUС199.1UИ10.350.359UСИ18.658.655VT2 - U, ВUЭ26.756.785UК212.7512.766UКЭ266.015
Как видно из таблицы значения эксперимента и расчета практически совпадают.
Определение входного и выходного сопротивлений
Определим входное сопротивление усилителя: Rвх = 1МОм
,
транзистор усилитель частота сопротивление
где U1 - напряжение на выходе усилителя без нагрузки, U2 - напряжение на выходе, измеренное при подключенной нагрузке Rн на выходе.
кО?/p>