Проектирование и расчет реостатно-емкостного усилителя

Новосибирский Государственный  Технический Университет

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по предмету:

Схемотехника.

 

 

 

Проектирование  и 

расчет реостатно-емкостного усилителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                                                      Проверил:

Студент                                                                                           преподаватель    

группы РКз- 84                                                                              Данилов В.С.

Иванькин В. В                                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск

2012

 

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

 Введение                                                                                                       3 стр.

1. Техническое  задание                                                                                  4 стр.

2.  Выбор  принципиальной схемы УСЧ                                                   5 стр.

3.  Расчёт и выбор элементов схемы УСЧ               6 стр.

4.  Заключение                            9 стр.

5.  Список литературы                                  10 стр.

Приложение – моделирование УСЧ             11 стр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Реостатно- емкостной усилитель характеризуется тем, что связь между каскадами выполнена через разделительные конденсаторы. Обычно RC-усилитель предназначен для предварительного усиления колебаний напряжения или тока источника сигнала до величин, которые необходимо подать на вход оконечного каскада для получения в нагрузке заданной мощности. RC-связь является распространенным видом связи между транзисторами в каскадах.

Усилители с RC-связью просты в конструировании и наладке, обладают стабильными характеристиками и надежны в работе, имеют малые размеры, небольшой вес и низкую стоимость. Все это обусловило их широкое применение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Техническое задание

 

1. Напряжение питания  – E_П = 15 В;

2. Коэффициент усиления – K_U = 5000;

3. Сопротивление нагрузки – R_Н = 3 кОм;

4. Амплитуда выходного напряжения  – U_m.ВЫХ = 5 В;

5. Диапазон рабочих частот:

Нижняя граничная частота –  f_н = 20 Гц;

Верхняя граничная частота –  f_в = 500 кГц;

6. Сопротивление генератора –  R_Г = 100 Ом;

7. Усилитель реостатно-емкостной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор принципиальной  схемы УСЧ

 

Для RC-усилителя была выбран схема, состоящая из двух транзисторов, по способу включения ОЭ. При включении транзистора по схеме с ОЭ происходит усиление по току и напряжению и такой тип включения обладает высоким коэффициентом усиления. К недостаткам схемы включения можно отнести малое входное сопротивление.

   

Рис 1. Электрическая схема  каскада предварительного усиления.

 

 

 

Данная схема состоит, как уже было отмечено из двух каскадов усиления – на транзисторах VT₁ и VT₂, по схеме с общим эмиттером, на двух одинаковых транзисторах малой мощности КТ3102А, с помощью которых необходимо получить заданный в техническом задании коэффициент усиления . Зарубежным аналогом данного транзистора является транзистор BC546B.

Стоит отметить, что схема работает в режиме работы- А. В этом режиме рабочая точка (рис. 2) выбирается на середине прямолинейного участка сквозной динамической характеристики. Необходимо, чтобы амплитудные значения сигнала не выходили за пределы линейного участка сквозной характеристики. Выходной сигнал, в этом случае, практически повторяет форму входного сигнала при относительно небольшой величине последнего. Нелинейные искажения при этом минимальны. Ток в выходной цепи существует в течение всего периода входного сигнала. Среднее значение выходного тока велико по сравнению с амплитудой (или действующим значением) его переменной составляющей. Поэтому КПД усилительного каскада невысок – 20...30%. В связи с этим режим усиления А используют лишь в маломощных каскадах (предварительных усилителях), для которых, как правило, важен малый коэффициент нелинейных искажений усиливаемого сигнала, а значение КПД не играет существенной роли.

 

 

 

 

 

 

3. Расчет и выбор  элементов схемы УСЧ

 

Необходимые для расчета характеристики транзистора КТ3102А:

 

Статический коэффициент передачи ;

Внутренне сопротивление базы транзистора  Ом;

Емкость коллектора пФ

Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ 150 МГц

 

Транзистор КТ3102А обладает следующими входными и выходными  характеристиками:

 

 

                                                                                            Рис. 3. Выходная характеристика

                                                                                                    транзистора КТ3102А

 

 

 

        Рис.2. Входная характеристика                                       

               транзистора КТ3102А                                                       

 

 

Рис.4. Выбор рабочей точки транзистора

1. Расчет коэффициента усиления.

  

Сначала определим рабочую точку, а также  по выходной характеристики транзистора. Для этого проведем линию по двум точкам, первая по оси  =15 В, по оси , и получаем =3мА.

 

 

     

 

     Рассчитаем ток делителя

       

 

 

     Рассчитаем резисторы делителя транзистора VT2

   

    

 

Рассчитаем входные сопротивления  транзисторов VT1 и VT2

 Так как в схеме применяются  два одинаковых транзистора, то  и входные сопротивления будут  соответственно равны:

Произведем расчет коэффициента усиления

, расчет коэффициента усиления  совпадает, с поставленным при  проектировании, это значит, что  транзисторы были выбраны правильно. 

 

Произведем дальнейший расчет параметров, и элементов.

 

2. Расчет реактивностей:

 

 

 

 

Распределим частотные искажения  между емкостями:

 

 

 

 

 

 3.Проверка выбранного транзистора на верхнюю частоту пропускания

 

Вводиться , так как транзистор инерционален, т. е. по току не может получиться мгновенно.

 

 

 

 

 

 

 

4. Определяем ОС в каскадах

 

 

Определяем

 

 

 отсюда следует, что верхнюю  частоту пропускает второй транзистор

 

5. Определяем частоту 

  

, как видно верхняя частота  транзистора больше граничной частоты(500кГц), соответственно выбор транзисторов по частотным характеристикам был правильным.

 

4. Заключение

 

В задании работы на разрабатываемый RC- усилитель было поставлено техническое задание, все пункты которого были выполнены. При выполнении задания была выбрана схема каскада предварительного усиления, более дешевая и более простая в изготовлении, состоящая из двух транзисторов КТ3102А.

В ходе проведенных расчетов, было подтверждено правильность выбора транзистора  по обеспечению коэффициента усиления, =5070 и верхней частоте транзистора =617 кГц.

 

Список используемой литературы

 

1. Данилов В. С. Лекция о реостатно-емкостных усилителях.
2. Справочник: Транзисторы малой мощности. Под ред. Голомедова А.В. – М.: «Радио и связь», 1994.
3. Интернет -справочник по отечественным транзисторам их зарубежным аналогам. http://www.5v.ru/ds/trnz_ru.htm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Моделирование предварительного усилителя.

 

 

 

Амплитуда входного напряжения – U_m.ВХ = 1мВ;

 

Амплитуда выходного напряжения –  U_m.ВЫХ = 5 В;

 

Определяем соответствующий коэффициент  усиления по напряжению:

Что совпадает с заданной величиной: K_расчет = 5000.