Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУВПО  Магнитогорский Государственный Технический  Университет им. Г. И. Носова

Кафедра Электроники и Микроэлектроники

Курсовой  проект

по дисциплине «Электронные цепи и микросхемотехника»

Вариант № 15

Выполнил: студент гр. АП-06-1

Тюрин А.А.

                                                                                     Проверил: Лекин А.Н.

Магнитогорск 2009 г.

 

Содержание:

1.Типовое задание………………………………………………………………………………..3

2.Выбор транзистора  и его справочные данные……………………………………………….4

3.Расчет трехкаскадного  усилителя…………………………………………………………….6

4.Построение  ЛАЧХ и ЛФЧХ тнрехкаскадного  усилителя…………………………………21

5.Расчет усилителя  на интегральных микросхемах………………………………………….26

6.Стандартные  номиналы резисторов и конденсаторов……………………………………..31

7.Исследование  транзисторного усилителя в программе  MicroCap7……………………….32

8.Переходная характеристика………………………………………………………………….34

9.Аналих Фурье…………………………………………………………………………………35

10.Вывод по  курсовому проекту………………………………………………………………36 
1. Типовое задание

1. По данным своего варианта рассчитать многокаскадный усилитель на транзисторах с отрицательной  обратной связью. Принять Мн=Мв=1.41. Глубину  обратной связи выбрать из условия: при замене транзисторов коэффициент усиления не должен изменяться более чем на +(-) 5% от соответствующего значения ср транзистора.
2. Построить ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутого усилителя, петлевого усиления, цепи обратной связи. Проверить усилитель на устойчивость. Запас устойчивости по фазе должен быть не менее 30˚ (лучше 60˚). Запас по амплитуде не менее 3 дБ. При необходимости принять меры по обеспечению требуемых запасов по фазе и амплитуде. Построить ЛАЧХ замкнутого усилителя и определить fн и fв. Ошибка не должна превышать +(-) 5%.
3. Произвести расчет усилителя с заданными параметрами на интегральных микросхемах. Построить ЛАЧХ и ЛФЧХ, ЛАЧХ петлевого усиления и цепи обратной связи. Проверить усилитель на устойчивость и т.д. (см. п. 2)
4. Для обеих схем выбрать стандартные номиналы компонентов и привести их в спецификации.
5. Исследовать транзисторный усилитель с помощью ЭВМ (пакет MicroCAP7):

      а) построить ЛАЧХ и ЛФЧХ  разомкнутого и замкнутого усилителя;

      б) определить параметры устойчивости, а также Ku, fн, fв и т.д. и сравнить их с данными «ручного» расчета;

      в) сделать выводы;

      г) построить переходную характеристику  транзисторного усилителя и обработать  ее.

      д) провести анализ Фурье (8 гармоник), обработать полученные  результаты и рассчитать коэффициент нелинейных искажений и коэффициент гармоник для замкнутого усилителя.

6. Начертить демонстрационный лист формата А1 (820*630). Должны быть обе схемы, ЛАЧХ и ЛФЧХ для них, формулы, спецификации. Вариант указать на титульном листе, данные своего варианта привести сразу после типового задания.

 

1.  .Данные по варианту

Таблица 1.1. Данные по варианту

 

1.2. Выбор транзистора

   Для обеспечения нормальной работы схемы необходимо выбрать транзистор граничная частота которого будет во много раз больше fв=150 кГц.То есть будем использовать высокочастотный либо сверхвысокочастотный транзистор.

   Также необходимо определить показатели мощности используемого транзистора:

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Из  полученных вычислений следует, что  необходимо брать маломощный транзистор.

Так как  имеет достточно высокое значение,следовательно статический коэффициент передачи тока базы( ) должен иметь относительно высокое значение.

   Принимая  во внимание вышеприведенные доводы будем использовать транзистор КТ3102БМ.

      1.3. Справочные данные  транзистора КТ3102БМ

     Транзисторы кремниевые эпитаксиально-планарные n-p-n усилительные высокочастотные маломощные с нормированным коэффициентом шума на частоте 1кГц.

     Предназначены для применения  в усилительных и генераторных схемах высокой частоты.

Электрические параметры 

Постоянная  времени цепи обратной связи: 100 нс.

Модуль коэффициента передачи тока: 1.5.

Статический коэффициент передачи тока в схеме  с общим эмиттером: 200 – 500.

Коэффициент шума: 10 дБ.

Граничное напряжение: 30 В.

Обратный  ток коллектор-эмиттер не более: 0.1 мкА.

Обратный  ток коллектора не более:

при Т = 298 К . . . . . . . 0.05 мкА.

при Т = 358 К . . . . . . . 5.0 мкА.

Обратный  ток эмиттера: 10.0 мкА.

Емкость коллекторного перехода: 6.0 пФ. 

Предельные  эксплуатационные данные 

Напряжение  коллектор-эмиттер, коллектор-база: 50 В.

Напряжение  эмиттер-база: 5.0 В.

Постоянный  ток коллектора: 100 мА.

Импульсный  ток коллектора: 200 мА.

Постоянная  рассеиваемая мощность: 250 мВт.

Тепловое  сопротивление переход-среда: 0.4 К/мВт.

Температура p-n перехода: 398 К.

Температура окружающей среды: от 233 до 358 К.

     1.4. Вольтамперные характеристики транзистора КТ3102М 

Рисунок 1.1.Входная  вольтамперная характеристика

Рисунок 1.2.Выходная вольтамперная характеристика

2. Расчет трехкаскадного усилителя на транзисторах с отрицательной обратной связью.

2.1.Принципиальные схемы усилителя

Рисунок 2.1.Принципиальная схема усилителя без ООС

Рисунок 2.2.Принципиальная схема усилителя с ООС 

2.2. Проектирование усилителя

2.2.1 Выбор схемы усилителя

     Для усиления малого входного сигнала будем  использовать многокаскадный усилитель, такой усилитель получается путем последовательного соединения отдельных каскадов. В многокаскадных усилителях выходной сигнал первого и любого промежуточного каскада служит входным сигналом последующего каскада. Нагрузкой указанных каскадов является входное сопротивление последующего каскада. Входное и выходное сопротивление усилителя определяются соответственно входным и выходным каскадами.

     Для обеспечения заданного входного сопротивления первый каскад будет  собран по схеме с ОК.Так как  данный каскад не дает необходимого усиления по напряжению, а является эмиттерным повторителем, то, для обеспечения необходимого коэффициента усиления, возьмем два каскада с общим эмиттером.

     Учет  исходных параметров усилителя будем  производить с помощью введения отрицательных обратных связей.

2.2.2 Выбор типа связи  между каскадами

     Выберем непосредственную ООС, суть такой связи  состоит в том, что выходной электрод транзистора непосредственно соединяют  с входным электродом последующего каскада. Основное достоинство каскадов с гальванической связью - это их способность усиливать не только переменные составляющие тока и напряжения сигнала, но и его постоянную составляющую. Серьезный недостаток – большой дрейф нуля.

 

2.3.Расчет режима по постоянному току

2.3.1.Положение  рабочей точки

   Так как  каскад будет работать в классе усиления А,то точка покоя должна распологаться в середине рабочей зоны.Амплитуды входных и выходных токов и напряжений  должны сохранять положение рабочей точки в активном режиме. Естественным требованием нормального функционирования транзистора является то, что все токи и напряжения не должны превышать максимально допустимых значений.

   Из  вышесказанного следует, что рабочая  точка должна находиться в середине активного режима работы транзистора.

   Задаем  питание равное 20 В.

Рисунок 2.5.Выбор  положения рабочей точки на выходной ВАХ для первого каскада

Рисунок 2.6. Выбор положения рабочей точки на входной ВАХ для первого каскада 

Рисунок 2.5.Выбор положения рабочей точки на выходной ВАХ для второго и третьего каскадов

Рисунок 2.6. Выбор положения рабочей точки на входной ВАХ для второго и третьего каскадов

   На  рисунке 2.3. изображена статическая  линия нагрузки и линия ограничения  по мощности.Из справочных данных мы знаем, что  Вт.

Из рисунков 2.3. и 2.4. следует,что:

Из рисунков 2.5. и 2.6. следует,что:

     
 

2.3.2 Расчет параметров Т-образной схемы замещения транзистора

   Статический коэффициент передачи тока базы берем из данных транзистора, т.к. мы имеем типовое значение то в дальнейшиш расчетах будем использовать его и не будем расчитывать среднее геометрическое.Значения  будут одинаковыми для каждого каскада.

   Объемное  сопротивление базы представляет собой тангенс угла наклона касательной, проведенной к прямолинейному участку входной характеристики транзистора. может быть рассчитано по формуле:

полученное значение одинаково для трех каскадов, т.к. оно расчитывается на линейном участке входной ВАХ. 

   Рисунок 2.7.Расчет

   Дифференциальное  сопротивление коллектора в схеме с общим эмиттером является тангенсом угла наклона к оси касательной к функии проведенной к точке покоя. может быть рассчитано по формуле:

    - дифференциальное сопротивление коллектора для первого каскада

    -дифференциальное сопротивление коллектора для второго и третьего каскадов 

Рисунок 2.8.Расчет первого каскада