Курсовая работа (т): Четыре устройства электронной техники: транзисторный каскад усилителя низкой частоты, преобразователь аналоговых сигналов на базе операционного усилителя, комбинационно-логическое устройство и стабилизированный источник питания для каскада УНЧ

Четыре устройства электронной техники: транзисторный каскад усилителя низкой частоты, преобразователь аналоговых сигналов на базе операционного усилителя, комбинационно-логическое устройство и стабилизированный источник питания для каскада УНЧ

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

“Электронные цепи и микросхемотехника”

Четыре устройства электронной техники: транзисторный каскад усилителя низкой частоты, преобразователь аналоговых сигналов на базе операционного усилителя, комбинационно-логическое устройство и стабилизированный источник питания для каскада УНЧ

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа является одним из этапов изучения дисциплины «Электронные цепи и микросхемотехника» и имеет своей целью приобретение навыков расчета параметров элементов электрических схем.

Данная работа предусматривает возможность практического применения знаний, полученных на лекциях и в результате самостоятельной подготовки. При выполнении курсовой работы необходимо решить ряд задач, тематика которых отражает основные разделы изучаемой дисциплины.

В первой части необходимо разработать усилитель низкочастотного сигнала с заданным коэффициентом усиления. Во второй части произвести синтез ФВЧ на базе операционных усилителе. В третьей части курсовой работы разработать логическое устройство, предварительно составив таблицу истинности и карту Карно. В последней четвертой части требуется разработать блок питания под усилительный каскад.

Разработка малосигнального УНЧ

Исходные данные:

где Uвх- входное напряжение, fвх -частота сигнала входного источника , Ri - сопротивление источника, Rн - сопротивление нагрузки, Uп - напряжение источника питания, KU -Коэффициент усиления по напряжению.

Анализируя требования данного задания можно прийти к выводу, что задание может быть выполнено с помощью широкого разнообразия схемотехнических решений. Одним из наилучших решений является использование двух каскадов с общим эмиттером (рис.1.1) и одного каскада с общим коллектором (рис 1.2.).

Рассчитаем параметры для каждого каскада в отдельности

Расчеты для второго каскада с общим эмитером:

Определим максимальный ток в нагрузке, которое определяется отношением максимального напряжения в нагрузке к величине сопротивления нагрузки:

Пусть напряжение питания .

Напряжение на коллекторе равно половине напряжения питания:

Ток коллектора для каскада будет равен отношению напряжения коллектора к величине резистора Rk

Так как требуется обеспечить коэффициент усиления по напряжению. равен 100, то выберем для одного каскада Коэффициент усиления по напряжению с припуском равен:

Сопротивление резистора Rэ высчитываем по формуле

Определим токи базы транзистора VT1 и ток делителя этого же транзистора.

По выходным характеристикам транзистора находим h21э

По входным характеристикам находим напряжение бэ и h11э

Определим ток через резисторы делителя R1 и R2. Этот ток будет больше тока базы в (5…10)раз, ток через делитель равен:

Рассчитаем смещение на базе VT2. Для этого примем ток эмиттера приблизительно равным току коллектора транзистора:

Теперь можем определить сопротивление R2:

Величину сопротивлении R1 определим из отношения напряжения база-питание к току делителя, где напряжение база-питание найдем из формулы:

Найдем входное сопротивление третьего каскада:

Найдем емкости С1 и С2:

Найдем экспериментальным путем входное сопротивление, для этого уберем входное сопротивление, и измерим ток на С2 и входное напряжение:

Практический и экспериментальный методы показали, что мы правильно нашли входное сопротивление.

Найдем экспериментальным путем выходное сопротивление, для этого измерим напряжение на нагрузке на холостом ходу:

Моделирование Каскада в OrCad-eвх(t)макс=10мВвых(t)макс=92,4мВ

Следовательно, коэффициент усиления третьего каскада равен

вх(t)макс=10мВвых(t)макс=11,6мВ

Следовательно, коэффициент усиления третьего каскада без учета входного сопротивления равен

Расчеты для первого каскада с общим эмиттером:

Пусть напряжение питания .

Напряжение на коллекторе равно половине напряжения питания:

Ток коллектора для каскада будет равен отношению напряжения коллектора к величине резистора Rk

Так как требуется обеспечить коэффициент усиления по напряжению. равен 100, то выберем для одного каскада Коэффициент усиления по напряжению с припуском равен:

Сопротивление резистора Rэ высчитываем по формуле

Определим токи базы транзистора VT1 и ток делителя этого же транзистора.

По выходным характеристикам транзистора находим h21э

По входным характеристикам находим напряжение бэ и h11э

Определим ток через резисторы делителя R1 и R2. Этот ток будет больше тока базы в (5…10)раз, ток через делитель равен:

Рассчитаем смещение на базе VT2. Для этого примем ток эмиттера приблизительно равным току коллектора транзистора:

Теперь можем определить сопротивление R2:

Величину сопротивлении R1 определим из отношения напряжения база-питание к току делителя, где напряжение база-питание найдем из формулы:

Найдем входное сопротивление третьего каскада:

Найдем емкости С1 и С2:

Найдем экспериментальным путем входное сопротивление, для этого уберем входное сопротивление, и измерим ток на С1 и входное напряжение:

Практический и экспериментальный методы показали, что мы правильно нашли входное сопротивление.

Найдем экспериментальным путем выходное сопротивление, для этого измерим напряжение на нагрузке на холостом ходу:

Моделирование Каскада в OrCad-e

Следовательно, коэффициент усиления второго каскада равен

Следовательно, коэффициент усиления второго каскада без учета сопротивления источника равен

Как мы видим все входное напряжение падает на высокоомном сопротивлении источника, поэтому для согласования высокоомного сопротивления источника с низкоомным сопротивлением нагрузки, на вход ставим каскад с общим коллектором

Расчеты для каскада с общим коллектором

Так как у нас на входе большое сопротивление то мы добавляем каскад с общим коллектором, который позволит нам получить на выходе маленькое сопротивление

Сопротивление эмиттера равно

По входным и выходным характеристикам определяем:

Далее рассчитываем :

Считаем емкости С1 и С2:

Далее моделируем В Оркаде Схему каскада с общим коллектором, и находим коэффициент усиления в данном каскаде:вх(t)макс=10мВвых(t)макс=8.4мВ

Следовательно коэффициент усиления первого каскада равен

Влияние, оказываемое сопротивление источника каскада:

Построив и рассчитав три усилительных каскада, строим общую схему усиления и находим коэффициент усиления:

Для того чтобы схему можно было реализовать практически, берем номиналы сопротивлений из ряда Е24:

Следовательно, коэффициент усиления всей схемы равен

Коэффициент усиления по току равен:

Так как схема комплементарного усилителя имеет кондесаторы, то на низких частотах присутствует подъем ЛАЧХ. Заметим, что в рабочих частотах входного источника схема выдает практически равномерное усиление.

Судя по графику, данная модель имеет высокую термостабильность. Выходной сигнал изменяется со скоростью -0.2mB/K

Судя по графику можно сказать о том, что выходной сигнал имеет незначительное число высших гармоник

Определим амплитуды высших гармоник и найдем коэффициент гармоник

Определим мощности, рассеиваемые на резисторах, узнав токи в статическом режиме при помощи Orcad 9.1

Мощность выходного сигнала