Изучение методов проектирования и разработка электронных устройств. Расчет статических и динамических параметров электрических устройств

Оглавление

Введение................................................................................................... 3

1 Теоретическая часть........................................................................... 4

1.1 Выбор числа каскадов усиления.................................................... 4

1.2 Расчёт выходного каскада.............................................................. 6

1.2.1 Выбор рабочей точки................................................................ 6

1.2.2 Расчёт элементов стабилизации рабочей точки...................... 8

1.2.3 Расчёт коэффициента усиления по напряжению.................... 9

1.3 Расчёт промежуточного каскада.................................................. 10

1.3.1 Выбор рабочей точки.............................................................. 10

1.3.2 Расчёт элементов стабилизации рабочей точки.................... 11

1.3.3 Расчёт коэффициента усиления по напряжению....................... 12

1.4 Расчёт входного каскада............................................................... 13

1.4.1 Выбор рабочей точки.............................................................. 13

1.4.2 Расчёт элементов стабилизации рабочей точки.................... 14

1.4.3 Расчёт коэффициента усиления по напряжению.................. 15

1.5 Расчёт ёмкостных элементов........................................................ 16

1.5.1 Расчёт ёмкостных элементов выходного каскада................. 16

1.5.2 Расчёт ёмкостных элементов промежуточного каскада....... 16

1.5.3 Расчёт ёмкостных элементов входного каскада.................... 16

1.6 Расчёт суммарного коэффициента усиления по напряжению.... 16

1.7 Расчёт элементов цепи обратной связи........................................ 16

1.8 Построение графика частотных зависимостей M_oc(w)................ 17

2 Моделирование усилителя............................................................... 18

2.1 Моделирование выходного каскада............................................. 18

2.2 Моделирование промежуточного каскада................................... 19

2.3 Моделирование входного каскада................................................ 20

2.4 Моделирование усилителя без ООС............................................ 21

2.5 Моделирование усилителя с ООС................................................ 22

Заключение............................................................................................ 23

Список литературы.............................................................................. 24

Приложения.......................................................................................... 25

1. Анализ выходного каскада............................................................. 25

2. Анализ промежуточного каскада................................................... 26

3. Анализ входного каскада................................................................ 26

4. Анализ усилителя без ООС............................................................ 27

5. Анализ усилителя с ООС................................................................ 28

6. Перечень элементов............................................................................

7. Расчет выходного каскада..................................................................

7.1 Выбор рабочей точки.....................................................................

7.2 Выходная характеристика транзистора........................................

7.3 Входная характеристика транзистора...........................................

8. Расчет промежуточного каскада........................................................

8.1 Выбор рабочей точки.....................................................................

8.2 Выходная характеристика транзистора........................................

8.3 Входная характеристика транзистора...........................................

9. Расчет входного каскада.....................................................................

9.1 Выбор рабочей точки.....................................................................

9.2 Выходная характеристика транзистора........................................

9.3 Входная характеристика транзистора...........................................

Введение

Электронные приборы - устройства принцип действия которых основан на использовании явлений связанных с движущимися потоками заряженных частиц. В зависимости от того как происходит управление, электронные приборы делят на вакуумные, газоразрядные, полупроводниковые. В настоящее время трудно назвать такую отрасль, в которой в той или иной степени не применялась бы электроника. Космические и авиационные летательные аппараты, техника, все виды транспорта, медицина, атомная физика, машиностроение используют электронику во все нарастающих масштабах. Достижения электроники используют все телевизионные передатчики и приемники, аппараты для приема радиовещания, телеграфная аппаратура и квазиэлектронные АТС, аппаратура для междугородней связи.

Одним из наиболее важных применений электронных приборов является усиление электрических сигналов, т.е. увеличение их мощности, амплитуды тока или напряжения до заданной величины. В настоящее время усилительные устройства развиваются во многих направлениях, расширяется диапазон усиливаемых частот, выходная мощность. В развитии усилительных устройств широкие перспективы открывает применение интегральных микросхем.

Усилители электрических сигналов чаще всего выполняют на биполярных или полевых транзисторах, включенных соответственно по схеме с ОЭ и ОИ.

Целью данной курсовой работы является:

o  Изучение методов проектирования и разработка электронных устройств в соответствии с данными техническими задания;

o  Расчет статических и динамических параметров электрических устройств;

o  Практическое применение ЭВМ для схемотехнического проектирование электрических устройств.

1.1. Расчет количества каскадов

Пусть количество каскадов n=1

Пусть количество каскадов n=2

Пусть количество каскадов n=3

Так как K < 1000,то усилитель может быть реализован на 3 каскадах n=3;

1.2. Расчет выходного каскада

1.2.1. Выбор рабочей точки

Выбор рабочей точки А транзистора в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора  и напряжения  в схеме рис.1, в первоначальном предположении . т.е. при заземленном эмиттере.

Точку покоя выберем исходя из заданных значений амплитуды напряжения на коллекторе  и тока коллектора , которые по заданным значениям  и  определяются как  и  .

Рис.1. Схема усилительного каскада

Определим напряжение  из неравенства: | | ³  + ||,  где  - напряжение на коллекторе соответствующее началу квазигоризонтального участка выходных ВАХ. По величине мощности и частоты определим вид транзистора , значит транзистор маломощный  низкой частоты и тогда с учетом того, что транзистор мощный можно принять . Тогда       || ³  + ||=10,96+1=11,96 (B) примем  и ,  где , тогда .

Питание каскада

.

Сопротивление :

Сопротивление

 примем ;

Находим новую точку А: , .

Считаем, что на вход подается какой-либо переменный сигнал, тогда для переменного сигнала параллельно  включается . Для переменного сигнала  будет идти по какой-либо другой динамической линии нагрузки. Она будет обязательно проходить через А. Поэтому строим динамическую линию нагрузки.

Через точку А проводим линию динамической нагрузки, под углом φ.

 это масштабный коэффициент.       

Пусть =36 В

Пусть =40 В

Далее получили   Проверяем условие , т.к  , то условие выполняется, значит точка A’’’  с координатами A’’’ (18,8;0,093) является рабочей точкой  P (18,8;0,093)

Выберем транзистор КТ3107K т.к. он подходит по всем параметрам:

1.2.2. Расчёт элементов стабилизации рабочей точки

Фиксация рабочей точки A каскада на биполярном транзисторе (рис. 1) осуществляется резистивным делителем R₁ , R₂ .

Из положения рабочей точки и выходных характеристик транзистора, рассчитаем величину дифференциального коэффициента передачи тока базы :

где ,–окрестность рабочей точки А

Найдем ток :   

Так же из входной характеристики находим входное дифференциальное сопротивление транзистора :

Рассчитаем величину  по следующему эмпирическому соотношению: , где - тепловой ток коллекторного перехода, заданный в справочнике при температуре t0 ; А = 2,5 для кремниевых транзисторов.  вычислим как  , выберем . Рекомендуемое значение N вычисленное как

;

Вычислим R1,R2 :

где

Корректность расчета оценим вычислением тока Iдел, причем необходимо соблюдение неравенства . Вычислим Iдел по формуле:

Полученное значение удовлетворяет соотношению

Найдем сопротивление резистивного делителя:

Найдем входное сопротивление данного каскада

.

1.2.3 Расчёт коэффициента усиления по напряжению

Коэффициент усиления по напряжению рассчитаем по следующей формуле: