Разработка широкополосного усилителя. Анализ действия обратных связей в схеме на переменном и на постоянном токе

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра

БМПЭ

Курсовая работа

По курсу Электроника и МТ

       Разработка  Широкополосного усилителя 

Выполнила студентка гр. 433:

Проверил

                              

Рязань  2006    

Задание.

Разработать и рассчитать широкополосный усилитель

Исходные данные:

1. Мощность нагрузки: P_н=1,2 Вт

2. Напряжение питания: Е_п=15 В

3. Входное напряжение: U_вх=30 мВ

4. Входное сопротивление: R_вх=110 кОм

5. Диапазон частот: f_н - f_в = 5 – 2×10⁶ Гц

6. КПД  не менее 50%

7. Коэффициент частотных искажений: M_н = М_в = √2 Дб

Выбрать схему для реализации заданного электронного устройства.

Рассчитать режим транзисторов схемы на постоянном токе.

Провести анализ действия обратных связей в схеме на переменном и  на постоянном токе.

Рассчитать АЧХ и ФЧХ схемы.

Рассчитать погрешность.

Провести анализ схемы с помощью MicroCap.

Содержание

Введение……………………………………………………………...……4

1. Структурная схема широкополосного усилителя……………………5

2.Выбор, назначение и принцип работы схемы………………………..5

3.  Расчёт оконечного каскада……. ……………………………………..9

4.  Расчёт эмиттерного повторителя………………………....................10

5.  Расчёт режима схемы на постоянном токе ……………………………………………….........................................13

6.  Расчет эмиттерной коррекции…….……………………………….....17

7.  Входная цепь…………………………………………………………..20

8.  Распределение искажений на ВЧ ……………………………………22

9.  Расчёт погрешностей …………………………………………………22

10. Результаты анализа схемы на ЭВМ………………………………… 23

Заключение………………………………………………………………..25

Список литературы……………………………………….………………26

Приложение ………………………………………………..……………..27

                                            ВВЕДЕНИЕ

       К широкополосным усилителям  (ШУ)  относят усилители , в которых коэффициент усиления остается практически постоянным в широкой частотной области. Трудности по обеспечению этого постоянства возникают как в области низких частот (НЧ), так и высоких частот  (ВЧ), в результате чего АЧХ реального ШУ имеет заниженные и стремящиеся к нулю значения в этих частотных областях. Исключение составляют лишь усилители постоянного тока ( УПТ), в которые не обладают спадом АЧХ в области НЧ. Они способны передавать и усиливать сколь угодно медленные сигнальные изменения, в том числе и импульсные сигналы сколь угодно большой длительности, в то время как прохождение этих сигналов через усилитель, не являющийся УПТ, сопровождается спадом вершины импульса.

К достоинству  ШУ  относят  тот факт , что на их работу в  малой степени влияют дестабилизирующие факторы, воздействующие на режимы их работы на постоянном токе

В настоящее время усилители получили очень широкое распространение практически во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности,  в технике, в медицине, в музыке, на транспорте и во многих других. Усилители  являются необходимым элементом любых систем связи, радиовещания, акустики, автоматики, измерений и управления.

  1. Структурная схема  Широкополосного усилителя   

Рис.1 Структурная схема Эммитерного повторителя

ИП-  истоковый повторитель

УК-  усилительный каскад

ЭП-  эмитерный повторитель

2.Выбор, назначение и принцип работы схемы

Выберем схему включения  активного прибора:

Схема включения с общей базой (ОБ) обладает сравнительно малым входным и большим выходным сопротивлением, но имеет малую зависимость параметров от температуры и более равномерную частотную характеристику. В схеме с ОБ достигаются максимальные значения коллекторного напряжения, что важно при использовании мощных транзисторов. Схема включения с общим эмиттером (ОЭ) обладает наибольшим усилением по мощности, что уменьшает количество каскадов в схеме, но неравномерная частотная характеристика, большая зависимость параметров от температуры и меньшее максимальное коллекторное напряжение снижают преимущества этой схемы. Входные и выходные сопротивления усилителя на транзисторах, включенных в схему с ОЭ отличаются меньше, чем в схеме с ОБ, что облегчает построение многокаскадных усилителей.

Как видно из приведенных выше характеристик различных включений, схема с ОЭ по большинству показателей занимает промежуточное положение между схемами ОБ и ОК. В то же время она обладает максимальным усилением по мощности и удобна в использовании в много- каскадных усилителях. Именно поэтому она считается наиболее универсальной.

Исходя из выше сказанного, для реализации задачи, поставленной в курсовом проекте, подойдёт схема многокаскадного широкополосного усилителя, собранная из каскадов транзисторов.

Для обеспечения необходимого коэффициента усиления достаточно 2-х каскадов. Для получения в  низкоомной нагрузкой  требуемой мощности выходного сигнала на выходе усилителя можно поставить эммитерный повторитель, рисунке 1.

Рис.1. Схема эммитерного повторителя.

Для обеспечения необходимого входного сопротивления на вход поставим истоковый повторитель. Он имеет коэффициент усиления по напряжению меньше единицы, высокое входное и низкое выходное сопротивление и 100%-ая последовательная обратная связь по току обеспечивает хорошую стабильность коэффициента передачи.

Чтобы согласовать вход с выходом, необходимо на выход поставить эмиттерный повторитель. Полоса пропускания каскада с ОЭ зависит от граничной частоты f_h21б (граничная частота усиления по току).

Для осуществления коррекции АЧХ в области ВЧ применяют высокочастотную эмиттерную коррекцию. Полоса пропускания также будет зависеть от наличия этой коррекции, от глубины отрицательной обратной связи и коэффициента коррекции. 

С учётом вышесказанного, принципиальная схема многокаскадного усилителя представлена на рисунке 2.

Рис.2.  Принципиальная схема широкополосного усилителя

Принцип работы схемы заключается в следующем:

Сигнал от источника через разделительную ёмкость С_р1 подаётся на исток полевого  транзистора , включенного по схеме с ОИ, это делаться для согласования с большим входным сопротивлением. Сигнал попадает через разделительную емкость С_р2   на базу транзистора  VT1

С коллектора VT1 через разделительную ёмкость Ср3  сигнал подаётся на следующий каскад, собранный на VT2, где он усиливается до необходимого уровня.

Разделительные ёмкости С_р1-С_р3 не пропускают постоянную составляющую сигнала. Это приводит к тому, что на постоянном токе каскады независимы друг от друга – это повышает работоспособность схемы.

Резисторы R₃, R₄, R₈, R₉ – делители напряжения, с помощью