Электронные усилители
скачать (1148.6 kb.)
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: U
вх ус =10мВ, U
вых ус = 0,5В, U
вых кпу = 100мВ.
Найти: К
кпу., ДРЧ М
f =100 Гц
Решение:
Структурная схема усилителя с заданными каскадами
U
вх ПОК U
вх ОК 



U
вых КПУ U
вых ПОК 






































U
ИС U
ВХ КПУ U
ВЫХ ОК U
Н 
Расчёт коэффициента усиления (Ккпу) по заданным величинам напряжений.
Коэффициент усиления, показывает во сколько раз КПУ, усиливает входное напряжение. За входное напряжение КПУ берем значение U
вх ус =10мВ, так как входное устройство является элементом согласования каскадов усилителя и усилительными свойствами не обладает.

3) Амплитудно-частотная характеристика усилителя:
К
60
50 К ср
40
0,707К
СР 30
20
10
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 f
Н до f
В.
По примеру из методического пособия (рис.8), для решения задачи находим из графика среднее значение К
СР. К
СР =50
Затем находим 0,7К
СР = 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
f
Н =0,075 кГц и до f
В =11,6 кГц.
ДРЧ усилителя от f
Н =0,075 кГц и до f
В =11,6 кГц.
Рассчитаем значение
К
СР =50 = определили из графика, по графику также определяем значение К
f для частоты 100 Гц оно равно 40 (К
f =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. f
СР = 1 кГц, К
ФНЧ =100, R
ИС =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:
С
СВ 


R
СВ 

R
1 DA


R
2 
R
Н U
ВЫХ U
ВХ 


R
1 и R
СВ – задают коэффициент усиления схемы;
R
2 согласует неинвертирующий вход ОУ с источником сигнала;
R
СВ и С
СВ определяют частоту среза фильтра.
Расчет элементов схемы и построение АЧХ.
Чтобы согласовать инвертирующий вход ОУ с источником сигнала значение R
2 выберем равным R
ИС. R
ИС по условию задачи равно 1 кОм. Можно записать
R
2= R
ИС=1кОм
Коэффициент передачи фильтра рассчитаем по формуле

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

( К
ФНЧ =100 по условию задачи).
Для расчета емкости С
СВ сначала рассчитываем круговую частоту среза

вычисляем

[ рад/с]
Частота среза определяется цепочкой R
СВ и С
СВ и равна

, отсюда

Рассчитаем частоту

, на которой К
ФНЧ = 0

Строим график:
Для построения графика от значений ? был взят десятичный логарифм от полученных ранее значений.
lg ?
СР = lg 6280 = 3,8 ;lg ?
0 = lg 126∙10
4 = 6,1
К
60
50
40
30
20
10
0 6280 126∙10
4 ? (рад/с)
?
СР ?
0 lg ?, 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: Е
к = 15В, К
ООС = 10, F
H = 75Гц, R
H = 10кОм, I
К max ДОП = 30мА, h
21э min = 10,
h
21э max = 100, r
б = 100 Ом.
Рассчитать: элементы схемы и рабочий режим транзистора.
Решение:
Принципиальная схема резистивного усилителя напряжения:
Е
К 







+ ?


R
К 

С
Р 





R
Д1
С
Р VT



U
ВЫХ 

R
Н 
U
ВХ R
Д2 R
Э С
Э 










1. Сопротивление нагрузки коллекторной цепи R
К 
кОм (стандарт 620 Ом), где I
Kmax = К
З I
К max ДОП = = 0.75 I
Kmax ДОП =0,75∙ 30=22,5 (мА) где К
З коэффициент запаса по току I
К .
Обычно К
З = 0,7…0,8. приняли для задачи К
З=0,75
2. Сопротивление резистора в цепи эмиттера R
Э .
Требуемая стабилизация режима работы достигается, если R
э ? 0,1R
K R
э ? 0,1∙ 610 = 61 Ом. Выберем стандарт R
э = 62 Ом.
3. Эквивалентное сопротивление делителя R
д1 , R
д2 :
R
дел = R
Э ∙ (Si – 1),
где Si – коэффициент нестабильности в реальных схемах Si=2…5. Примем среднее значение Si= 3,5.
R
дел = 61 ∙ (3,5 – 1) = 61 2,5 = 152,5 Ом.
4. Определяем рабочий режим транзистора:
- минимальный коллекторный ток
I
Kmin = 0.1∙ I
Kmax = 0.1∙ 0.75∙ 30 = 2.25мА.
- максимальный коллекторный ток:
I
Kmax =0.75∙ I
K max доп = 0,75 ∙ 30 = 22,5 мА.
- максимальное коллекторное напряжение ( U
KЭ max)

- минимальное значение U
КЭ 
,
где U
кэнас = 0,8В, так как для кремниевых транзисторов такое значение напряжения насыщения.
Параметры рабочего режима транзистора в рабочей точке:
- выходное напряжение U
КЭРТ – напряжение на коллекторе в рабочей точке:

Выходной ток - ток коллектора в рабочей точке:

Входной ток в рабочей точке - ток базы

,
где h
21э – средне- геометрическое значение коэффициента передачи тока.

, тогда входной ток
Входное напряжение – напряжение на базе транзистора в рабочей точке U
БЭРТ:

,
где U
БЭ0 – пороговое напряжение биполярного транзистора. Для кремниевых транзисторов U
БЭ0 = 0,7 В; r
Б =100 Ом из данных задачи

- расчёт делителя R
д1 и R
д2 
Стандартное значение R
д2 =180 Ом

10%
Стандартное значение R
д1=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 R
К из 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 t
И1 и t
И2, период следования импульсов Т и частоту следования импульсов ѓ. Построить временные диаграммы U
к1= ѓ(t) и U
к2 = ѓ(t).
Дано: R
К1 = 100 Ом; R
К2 = 82 Ом; R
1= 2кОм; R
2 = 3кОм; C
1 = C
2 = 10нФ; E = 15В.
Рассчитать: t
И1, t
И2, Т, ѓ.
Решение:
Схема автоколебательного мультивибратора


+ Е ?
R
К1 R
2 R
1 R
К2
С
2 С
1 









VT
1 VT
2 

U
ВЫХ1 U
ВЫХ2 




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 t
И = 0,7 RC
расчет t
И1=
0,7 R
1C
1 
расчет t
И2=
0,7 R
2C
2 
Длительность фронтов импульсов зависит от времени заряда емкости и определяется по формулам:

Период следования импульсов:
Т = t
И1 + t
И2 = 14 + 21 = 35мкс
Частота следования импульсов:

Амплитуда импульсов:

по среднему значению
Временные диаграммы выходных сигналов: U
к1= ѓ(t) и U
к2 = ѓ(t).
Для построения: t
И1=
14 мкс;
t
И2=
21 мкс
t
Ф1= 2,5 мкс t
Ф2= 2,05 мкс
U
m=12В




U
К1 




t
И1 


16








12

8

4















0


5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 60 t,мкс
t
Ф1 

U
К2 








16 t
И2 






12


8

4













0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 t, мкс

t
Ф2Литература
Электронная техника. Программа, методические указания.. М, 2003
Электронные приборы и усилители. Программа, методические указания …М, 1995