Расчет электронных схем

Министерство сельского хозяйства РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Ижевская государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра «ТОЭ»

 

Курсовая работа

По дисциплине: «Электроника микропроцессорные средства и техника связи»

Тема: Расчет электронных схем

 

Вариант № 103

 

Выполнил: студент

 

Проверил

 

Ижевск 2009

Содержание

 

Расчет усилителя напряжения на биполярном транзисторе 3

 

Расчет схемы на операционном усилителе 9

 

Синтез логической схемы 12

 

Заключение 16

 

Список литературы

 

1.1 Схема усилителя напряжения

 

Рисунок 1.1 –Схема усилителя напряжения

 

1.2 Исходные данные для расчета

 

Максимальная амплитуда напряжения холостого хода источника входного сиг­нала, EГМ =0,5 В;

Внутреннее сопротивление источника входного сигнала RГ= 200 Ом;

Максимальная амплитуда напряжения нагрузки Uнм=1 В;

Сопротивление нагрузки Rн=1500 Ом;

Нижняя частота усиления fн=20 Гц

Коэффициент частотного искажения на частоте fн Mн=1,6.

 

1.3 Назначение элементов схемы

 

VT1 – управляемый биполярный транзистор;

Rб1 и R,б2 – цепь смещения начальной рабочей точки транзистора для обеспечения активного режима работы и усиления в классе А;

RН – эквивалент нагрузки;

Rк – нагрузочный резистор по постоянному току

Rэ – резистор отрицательной обратной связи (ООС) по току;

RГ и ЕГ – эквивалент источника входного сигнала

С1 и С2 – разделительные конденсаторы, исключающие влияние усилителя на ис­точник входного сигнала и нагрузку по постоянному току

 

1.4 Принцип работы схемы

Входной сигнал накладывается на постоянную составляющую, следова­тельно, напряжение базы увеличивается. От сюда следует, что транзистор допол­нительно приоткрывается, что ведет к увеличению тока базы, так как увеличива­ется ток базы, то и увеличивается ток коллектора, а напряжение на коллекторе падает.

Конденсатор С2 отсекает постоянную составляющую сигнала, и на выходе получаем отрицательную полуволну. Усиление сигнала происходит за счет коэф­фициента усиления и больших значений сопротивлений Rk и RН.

При отрицательной полуволне потенциал на базе падает, следовательно, транзистор начинает закрываться. Это ведет уменьшению тока коллектора и тока базы, а так же уменьшается падение напряжения на сопротивлении Rk. Следова­тельно, напряжение на коллекторе увеличивается, на выходе получаем положи­тельную полуволну.

 

1.5 Расчет схемы

1.5.1 Определение заданного коэффициента усиления по напряжению

. (1.1)

1.5.2 Расчет сопротивления резистора коллекторной цепи транзистора, кОм

, (1.2)

где – коэффициент соотношения сопротивлений Rк и Rн

При Rн > 1 кОм, то =1,5…5,0

.

Округляем до стандартного значения Rк=3,9 кОм.

 

1.5.3 Расчет сопротивления нагрузки транзистора по переменному току, кОм

кОм. (1.3)

1.5.4 Расчет максимальной амплитуды переменного тока коллектора, мА

мА (1.4)

1.5.5 Ток коллектора в начальной рабочей точке (ток покоя),мА

, (1.5)

где – коэффициент запаса (0,7…0,95)

принимаем =0,7

мА

 

1.5.6 Минимальное напряжение в точке покоя, В

(1.6)

где U0 – граничное напряжение Uкэ транзистора между активным режимом и режимом насыщения.

Для транзисторов малой мощности U0=1 В

 

1.5.7 Напряжение коллектор-эмиттер в начальной рабочей точке, В

Так как минимальное напряжение в точке покоя удовлетворяет условию UКЭ min,< 5 В, следовательно, принимаем UКЭП =5 В

 

1.5.8 Сопротивление резистора отрицательной обратной связи(ООС)

(1.7)

Округляем до ближайшего меньшего стандартного значения Rэ=510 Ом

 

1.5.9 Рассчитаем напряжение источника питания, В

(1.8)

В

Принимаем Eп= 11 В.

 

1.5.10 Выбор транзистора по предельным параметрам из условий

Uкэ max > EП = 11В

Iк max > Iкn = 1,32 мА

Pк max > мВт

Выбираем транзистор 2Т104Г со следующими параметрами

Uкэ max =30 В

Iк max =10 мА

Pк max =150 мВт

h21 э =10 - 60

Iэо» Iко =1 мкА

 

1.5.11 Определим ток базы покоя транзистора

, (1.9)

 

1.5.12 Рассчитаем напряжение покоя базы –эмиттер, В. Для этого используем от­носительное выражение для ВАХ эмиттерного перехода транзистора из нелиней­ной модели Эбера-Молла.

, (1.10)

где т =1,2…3 –поправочный коэффициент, учитывающий неидеальность элек­тронного перехода. Рекомендуется

Iэо – обратный ток эмиттерного перехода.

φТ – температурный потенциал, принимаем равным 0,026 В

Uбэ>3тφТ = 150 мВт, поскольку эмиттер находится в режиме активного насыще­ния, то в этом случае единицей можно пренебречь.

IЭ ≈IКП,

, (1.11)

В

 

1.5.12 Рассчитываем ток делителя цепи смещения, мА

, (1.12)

мкА.

 

1.5.13 Рассчитаем сопротивления цепи смещения:

, (1.13)

кОм.

Округляем до стандартного значения Rб2 =8,2 кОм

, (1.14)

кОм.

Округляем до стандартного значения Rб1 =75 кОм.

 

1.5.14 Рассчитаем эквивалентное сопротивление цепи смещения:

, (1.15)

 

1.5.15 Рассчитаем входное сопротивление усилителя:

, (1.16)

где RВХб – входное сопротивление базы.

, (1.17)

кОм

кОм.

 

1.5.16 Расчёт разделительных конденсаторов:

Принимаем вклады С1 и С2 в частотные искажения на частоте fН равными:

Мнс1=Мнс2=Мнс= , тогда

, (1.18)

мкФ.

Принимаем С1 =1,8 мкФ.

, (1.19)

мкФ.

Принимаем С2 =2 мкФ

 

1.5.17 Делаем проверку усилителя на соответствие заданному значению коэффи­циента усиления по напряжению КU:

, (1.20)

где – эквивалентное сопротивление входной цепи

(1.21)

Ом

.

Рассчитаем отклонение Кu от Кид:

, т.к. расхождение не более 10% расчёт считаем вер­ным.

 

1.5.18 Проверка режима работы усилителя по постоянному току:

EП = 11 В

(1.22)

В

В

В.

 

1.5.19 Проверка работоспособности схемы по условиям:

UКП> Uбп – активный режим работы;

класс усиления А

UКП-Uбп>Uнт

IКП RК> Uнт

обеспечивает класс усиления А

UКП =5,8 В >Uбп = 1,05 В – обеспечивает активный режим работы;

UКП-Uбп = 5,8 – 1,05 = 4,75 В > Uнт = 1 В

В > Uнт =1 В.

В результате расчета получим схему со следующими заданными параметрами

Кu- 2;

RВХ = 5,8 кОм;

RВЫХ = RК = 3,9 кОм.

Работает в классе усиления А.

Параметры схемы:

Rб1 = 75 кОм;

Rб2 = 8,2 кОм;

Rэ =510 Ом;

Rк =3,9 кОм;

RН =1,5 кОм;

RГ =200 Ом;

С1 =1,8 мкФ;

С2 =2 мкФ;

VT1 – 2Т104Г.

 

1.5.20 Построим нагрузочные характеристики транзистора по постоянному и пе­ременному токам

 

А.

;

.

Берем мА, тогда В.

Построим нагрузочную характеристику по полученным выше данным

остроим нагрузочную характеристику по полученным