Реферат: Электронные усилители

Задача № 1

Приведите структурную схему усилителя с заданными каскадами; на схеме укажите заданные напряжения.

Рассчитайте указанный коэффициент усиления.

Перечертите заданную характеристику, укажите её название. Поясните физический смысл заданных качественных показателей, и с помощью приведённой характеристики рассчитайте их.

Дано: состав структурной схемы – КПУ, ПОК, ОК.

Параметры для расчёта: Uвх ус =10мВ, Uвых ус = 0,5В, Uвых кпу = 100мВ.

Найти: Ккпу., ДРЧ Мf=100 Гц

Решение:

Структурная схема усилителя с заданными каскадами

Uвх ПОКUвх ОК

/>/>/>/>Uвых КПУUвых ПОК

/>/>/>/>

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>

/>/>/>/>/>

/>/>/>/>/>/>/>/>UИС UВХ КПУUВЫХ ОКUН

/>/>

Расчёт коэффициента усиления (Ккпу) по заданным величинам напряжений.

Коэффициент усиления, показывает во сколько раз КПУ, усиливает входное напряжение. За входное напряжение КПУ берем значение Uвх ус =10мВ, так как входное устройство является элементом согласования каскадов усилителя и усилительными свойствами не обладает.

3) Амплитудно-частотная характеристика усилителя:

50 К ср

0,707КСР

f кГц

0 0,1 0,2 0,4 0,8 1,6 3,2 6,4 12,9

АЧХ усилителя отображает зависимость К от частоты, на ней видно, что в диапазоне частот от 0,05 до 0,2 кГц коэффициент возрастает, затем в диапазоне от 0,2 до 3.2 кГц коэффициент не изменяется, а затем начинает уменьшаться.

ДРЧ (диапазон рабочих частот) – диапазон частот, в котором коэффициент усиления К уменьшается не более, чем на 1 дБ, то есть в 1.41 раза.

Поэтому на уровне />, проводим вспомогательную линию, параллельную оси f. Точки пересечения этой линии с АХЧ проецируем на ось f. Получаем искомый ДРЧ от нижней частоты fН до fВ.

По примеру из методического пособия (рис.8), для решения задачи находим из графика среднее значение КСР. КСР =50

Затем находим 0,7КСР = 0.7 50 = 35, на этом уровне проводим прямую параллельную оси f.

Из получившихся расчетов делаем вывод, что предложенная в задаче АЧХ усилителя находится в диапазоне рабочих частот и данный диапазон лежит в пределах от

fН =0,075 кГц и до fВ =11,6 кГц.

ДРЧ усилителя от fН =0,075 кГц и до fВ =11,6 кГц.

Рассчитаем значение />

КСР =50 = определили из графика, по графику также определяем значение Кf для частоты 100 Гц оно равно 40 (Кf =40).

Рассчитываем по формуле значение />

Задача № 3

Укажите назначение операционного усилителя (ОУ) и его преимущества.

Приведите схему на операционном усилителе, выполняющую заданную функцию, поясните назначение элементов схемы.

Рассчитайте элементы схемы и постройте ее АЧХ.

Дано: Активный фильтр нижних частот. fСР = 1 кГц, КФНЧ =100, RИС =1 кОм

Определить: 1) указать назначение операционного усилителя и его преимущества;

2) привести схему на операционном усилителе, выполняющую заданную функцию, пояснить назначение элементов схемы;

3) рассчитать элементы схемы и постройте ее АЧХ.

Решение:

1) Назначение и преимущества операционного усилителя.

Операционный усилитель предназначен для выполнения различных операций с входными сигналами: усиления, сложения, вычитания, умножения, интегрирования и т.д.

OУ выполняется в виде интегральных схем. В состав схем входят дифференциальный усилитель, имеющий высокое входное сопротивление, малый шум; каскад предварительного усиления и усилитель мощности (эмиттерный повторитель).

Для ОУ характерны большой коэффициент усиления, большое входное и малое выходное сопротивление, широкий диапазон рабочих частот, низкий уровень шума.

2) Активный фильтр нижних частот на ОУ:

ССВ

/>/>/>/>

RСВ

/>/>/>

R1DA

RНUВЫХ

UВХ

R1 и RСВ – задают коэффициент усиления схемы;

R2 согласует неинвертирующий вход ОУ с источником сигнала;

RСВ и ССВ определяют частоту среза фильтра.

Расчет элементов схемы и построение АЧХ.

Чтобы согласовать инвертирующий вход ОУ с источником сигнала значение R2 выберем равным RИС. RИС по условию задачи равно 1 кОм. Можно записать

--PAGE_BREAK--

R2= RИС=1кОм

Коэффициент передачи фильтра рассчитаем по формуле

Величина сопротивления R1 выбирается из расчета от 1 до 3 кОм. Пусть R1 = 2 кОм.

Тогда />( КФНЧ =100 по условию задачи).

Для расчета емкости ССВ сначала рассчитываем круговую частоту среза

/>вычисляем /> [ рад/с]

Частота среза определяется цепочкой RСВ и ССВ и равна

/>, отсюда

/>/>

Рассчитаем частоту />, на которой КФНЧ = 0/>

Строим график:

Для построения графика от значений ω был взят десятичный логарифм от полученных ранее значений.

lgωСР = lg 6280 = 3,8 ;lgω0= lg 126∙104 = 6,1

/>К

0 6280 126∙104ω (рад/с)

ωСР ω0lgω, дек

1 2 3 4 5 6 7 8

Задача № 4

Рассчитать каскад предварительного усиления на биполярном транзисторе КТ312А

n-p-n — типа, включенном с общим эмиттером, с последовательной отрицательной обратной связью по току.

Дано: Ек = 15В, КООС = 10, FH = 75Гц, RH = 10кОм, IКmaxДОП = 30мА, h21эmin = 10,

h21эmax = 100, rб = 100 Ом.

Рассчитать: элементы схемы и рабочий режим транзистора.

Решение:

Принципиальная схема резистивного усилителя напряжения:

ЕК

/>/>/>/>/>+ −

/>/>

/>RК

/>/>СР

/>/>/>RД1

СР VT

/>UВЫХ

/>RН

/>UВХ RД2

RЭ СЭ

/>/>/>/>/>

/>/>

1. Сопротивление нагрузки коллекторной цепи RК

/>кОм (стандарт 620 Ом), где IKmax= КЗIКmaxДОП = = 0.75 IKmaxДОП =0,75∙ 30=22,5 (мА) где КЗкоэффициент запаса по току IК.

Обычно КЗ= 0,7…0,8. приняли для задачи КЗ=0,75

2. Сопротивление резистора в цепи эмиттера RЭ.

Требуемая стабилизация режима работы достигается, если Rэ≈ 0,1RK

Rэ ≈ 0,1∙ 610 = 61 Ом. Выберем стандарт Rэ= 62 Ом.

3. Эквивалентное сопротивление делителя Rд1, Rд2:

Rдел= RЭ∙ (Si – 1),

где Si– коэффициент нестабильности в реальных схемах Si=2…5. Примем среднее значение Si= 3,5.

Rдел = 61 ∙ (3,5 – 1) = 61 2,5 = 152,5 Ом.

4. Определяем рабочий режим транзистора:

— минимальный коллекторный ток

IKmin= 0.1∙ IKmax= 0.1∙ 0.75∙ 30 = 2.25мА.

— максимальный коллекторный ток:

IKmax=0.75∙ IKmaxдоп= 0,75 ∙ 30 = 22,5 мА.

— максимальное коллекторное напряжение ( UKЭ max)

— минимальное значение UКЭ

/>,

продолжение
--PAGE_BREAK--

где Uкэнас= 0,8В, так как для кремниевых транзисторов такое значение напряжения насыщения.

Параметры рабочего режима транзистора в рабочей точке:

— выходное напряжение UКЭРТ– напряжение на коллекторе в рабочей точке:

Выходной ток — ток коллектора в рабочей точке:

Входной ток в рабочей точке — ток базы

/> ,

где h21э – средне- геометрическое значение коэффициента передачи тока./>, тогда входной ток />

Входное напряжение – напряжение на базе транзистора в рабочей точке UБЭРТ:

/>,

где UБЭ0– пороговое напряжение биполярного транзистора. Для кремниевых транзисторов UБЭ0= 0,7 В; rБ=100 Ом из данных задачи

— расчёт делителя Rд1 и Rд2

Стандартное значение Rд2=180 Ом />10%

Стандартное значение Rд1=1,6 кОм />5%

— значение емкости разделительного конденсатора определяется, исходя из нижней частоты диапазона усиливаемого сигнала

стандартное значение 0,2 мкФ

— Расчет емкости блокировочного конденсатора:

/> Стандартное значение: 330 мкФ/>10%

расчет коэффициента усиления каскада

коэффициент получился меньше заданного. Возьмем величину RКиз стандартного ряда сопротивлений равной 680 Ом и рассчитаем вновь:

/> что соответствует требованию задания.

Задание № 5

Привести схему автоколебательного мультивибратора, указать его назначение. Рассчитать длительность импульсов tИ1и tИ2, период следования импульсов Т и частоту следования импульсов ƒ. Построить временные диаграммы Uк1= ƒ(t) и Uк2= ƒ(t).

Дано: RК1= 100 Ом; RК2= 82 Ом; R1= 2кОм; R2 = 3кОм; C1= C2= 10нФ; E= 15В.

Рассчитать: tИ1, tИ2, Т, ƒ.

Решение:

Схема автоколебательного мультивибратора

/>/>+ Е −

RК1R2R1 RК2

/>С2 С1

/>/>/>/>/>/>/>

VT1 VT2

/>/>UВЫХ1 UВЫХ2

/>/>

Мультивибратор – это релаксационный генератор. Мультивибратор формирует импульсы не синусоидальной формы – на выходе мультивибратора могут быть импульсы прямоугольной или пилообразной форм. Мультивибратор имеет накопитель энергии – конденсатор и электронный ключ – транзистор – переключение которого обусловлено запасом энергии в конденсаторе. Параметры выходных импульсов определяются параметрами элементов схемы. Мультивибраторы применяются в устройствах автоматики, измерительной и вычислительной техники.

2. Расчёт длительности импульсов проводится по формуле tИ= 0,7 RC

расчет tИ1=0,7 R1C1

расчет tИ2=0,7 R2C2

продолжение
--PAGE_BREAK--

Длительность фронтов импульсов зависит от времени заряда емкости и определяется по формулам:

Период следования импульсов:

Т = tИ1+ tИ2= 14 + 21 = 35мкс

Частота следования импульсов:

Амплитуда импульсов:/>по среднему значению />

Временные диаграммы выходных сигналов: Uк1= ƒ(t) и Uк2= ƒ(t).

Для построения: tИ1=14 мкс;tИ2=21 мкс

tФ1= 2,5 мкс tФ2= 2,05 мкс