Реферат: Электронные усилители

Название: Электронные усилители
Раздел: Рефераты по физике
Тип: реферат

Задача № 1

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

2. Рассчитайте указанный коэффициент усиления.

3. 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:

1) Структурная схема усилителя с заданными каскадами

Uвх ПОК Uвх ОК

Uвых КПУ Uвых ПОК

Вых. устр.
ОК
ПОК
КПУ

Вх.

уст.р

Н
ИС

Е
UИС UВХ КПУ UВЫХ ОК UН

2) 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:

К


60

50 К ср

40

0,707КСР

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 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

1. Укажите назначение операционного усилителя (ОУ) и его преимущества.

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

3. 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


R1 DA


R2

RН UВЫХ

UВХ


R1 и RСВ – задают коэффициент усиления схемы;

R2 согласует неинвертирующий вход ОУ с источником сигнала;

RСВ и ССВ определяют частоту среза фильтра.

3) 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

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.

lg ωСР = lg 6280 = 3,8 ;lg ω0 = lg 126∙104 = 6,1


К

60

50


40

30

20

10


0 6280 126∙104 ω (рад/с)

ωСР ω0 lg ω, 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, IК max ДОП = 30мА, h21э min = 10,

h21э max = 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 = КЗ IК max ДОП = = 0.75 IKmax ДОП =0,75∙ 30=22,5 (мА) где КЗ коэффициент 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∙ IK max доп = 0,75 ∙ 30 = 22,5 мА.

- максимальное коллекторное напряжение ( UK Э max )

- минимальное значение UКЭ

,

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 мкФ10%

расчет коэффициента усиления каскада

коэффициент получился меньше заданного. Возьмем величину RК 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 tИ1 и 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 −

RК1 R2 R1 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 R1 C1

расчет tИ2 =0,7 R2 C2

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

Um =12В


UК1

tИ1

16


12


8


4

0

5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 60 t,мкс

tФ1

UК2

16 tИ2

12


8


4


0

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


tФ2


Литература

1. Электронная техника. Программа, методические указания.. М, 2003

2. Электронные приборы и усилители. Программа, методические указания …М, 1995