Широкополосный усилитель
Контрольная работа - Компьютеры, программирование
Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование
Задание
Широкополосный усилитель
Исходные данные для расчета:выхмакс=18 В;н=50 Ом;
Кг=1%;в=5,5 МГц; fн=90 Гц;
К.Ч.И: Мн=1,5; Мв=2;
Ес=15 мВ;с=5 кОм;
Т=-10…+400С;
Исполнение: биполярные транзисторы.
ВВЕДЕНИЕ
Современная электроника предъявляет высокие требования к качественным показателям усилительных устройств. Несмотря на существующее многообразие типов ИМС, рассматриваемых как активные усилительные элементы, использование транзисторов во многих случаях практики является более предпочтительным. Так, например, ИМС не всегда могут выдержать конкуренцию в вопросах обеспечения больших выходных уровней сигнала, малых уровней внутренних шумов, заданных верхних граничных частот, в ряде случаях гибкости получения конфигурации схем с различными качественными показателями и др. Проектирование усилительных устройств на транзисторах (дискретных элементах) является основой схемотехнического синтеза микросхем. Кроме того, сочетание при проектировании тех и других усилительных элементов может привести к более изящным техническим решениям, удовлетворяющим поставленным техническим задачам. Таким образом, проектирование усилителей на транзисторах является основой для успешного проектирования современных усилительных и аналоговых устройств.
Процесс проектирования усилительных устройств может быть условно разделен на следующие основные этапы: 1) составление эскизного варианта принципиальной схемы; 2) выбор режимов работы каскадов на постоянном токе; 3) оценочный расчет основных параметров схемы и сопоставление их с требуемыми по техническому заданию; 4) корректировка схемы с уточнением технологии изготовления. Следует отметить, что в настоящее время имеется тенденция объединения этапов проектирования электрической схемы с конструкторско-технологическими этапами.
Основными звеньями, свойства которых приходится учитывать при эскизном проектировании УП и составлении принципиальной схемы, являются его одиночные каскады. Важным вопросом, возникающим при проектировании многокаскадных усилителей, является вопрос о взаимном влиянии соседних каскадов и звеньев усилителя друг на друга. Учет этого влияния осуществляют на основании вычисления и сопоставления входных и выходных сопротивлений соседних звеньев и каскадов. Поэтому при расчете одиночных каскадов следует определять не только их усилительные свойства, но и величины входных и выходных сопротивлений.
1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ШУ
ШУ являются устройствами, усиливающие сигнал в широком диапазоне частот от 90 Гц до 5,5 МГц (согласно задания). Основным требованием, предъявляемым к ШУ является равномерность усиления сигнала в заданном частотном диапазоне.
Для начала определим состав структурной схемы ШУ. Обязательными элементами схемы является: входной каскад, выходной каскад и промежуточный каскад, число промежуточных каскадов зависит от требуемого усиления всего ШУ.
Для расчета ШУ необходимо разделить усиление между каскадами, определить количество каскадов, а также схему включения усилительных приборов и их тип.
Общий коэффициент усиления:
необходимо отметить, что входным напряжением является максимальное значение напряжения источника сигнала Ec. Тогда коэффициент усиления ШУ, согласно задания на проектирование:
; дБ.
Первый (входной) каскад усилителя в первую очередь предназначен для согласования источника сигнала и усилителя с целью максимальной передачи мощности усилителю, поэтому входное сопротивление первого каскада должно быть согласовано с выходным сопротивлением источника сигнала. Коэффициент передачи (усиления) отвечает соотношению:
, дБ.
где Rc - сопротивление источника сигнала (по условию Rc=5 кОм). Схемы включения усилительных приборов с общим эмиттером имеют Rвх=(300…500) Ом, а схемы с общим коллектором Rвх=(5…10) кОм. Предпочтительнее выглядит схема с общим коллектором в связи с большим значением входного сопротивления, т. к. повышение входного сопротивления приводит к уменьшению потерь при передаче энергии между каскадами. Для осуществления предварительных расчетов выберем значение входного сопротивления Rвх=10 кОм. Тогда коэффициент передачи входного каскада построенного по схеме с общим коллектором:
; дБ.
Выходной каскад должен обеспечить согласование ШУ с нагрузкой, поэтому сопротивление нагрузки должно быть больше выходного сопротивления каскада. Согласно этому условию, выходное сопротивление выбираем равным 20 Ом, тогда коэффициент передачи (усиления) выходного каскада будет равен:
; ; дБ.
Тогда общий коэффициент усиления УНЧ складывается из коэффициентов усиления: входного, выходного и промежуточного каскадов:
;
; дБ.
Обеспечить такой коэффициент усиления, используя один каскад усиления невозможно, поэтому необходимо использовать несколько промежуточных каскадов. Наибольший коэффициент усиления по напряжению имеет предварительный трансформаторный каскад с общим эмиттером (30…40) дБ, однако при применении в составе схемы индуктивностей возникают сложности при их изготовлении (малый частотный диапазон, большие размеры и высокая стоимость). Следующий по усилительным свойствам является предварительный резисторный каскад с общим эмиттером (20…30) дБ. Выбираем в качестве промежуточного каскада резисторный каскад с общим эмиттером. В качестве усилительных приборов во всех каскадах испо