Расчет электронных схем

Министерство  сельского хозяйства  РФ

Федеральное государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального образования

Ижевская  государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра «ТОЭ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

По дисциплине: «Электроника микропроцессорные средства и техника связи»

Тема: Расчет электронных схем 

Вариант № 103 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:        студент  
 

Проверил          
 
 
 
 

Ижевск 2009

Содержание 

Расчет усилителя  напряжения на биполярном транзисторе                 3 

Расчет схемы на операционном усилителе                    9 

Синтез логической схемы                               12 

Заключение                                     16 

Список литературы

 

       

1.1  Схема усилителя  напряжения 

                  Рисунок 1.1 –Схема усилителя  напряжения 

1.2 Исходные данные  для расчета 

Максимальная  амплитуда напряжения холостого  хода источника входного сигнала, E_ГМ =0,5 В;

Внутреннее сопротивление  источника входного сигнала R_Г= 200 Ом;

Максимальная  амплитуда напряжения нагрузки U_нм=1 В;

Сопротивление нагрузки R_н=1500 Ом;

Нижняя частота  усиления f_н=20 Гц

Коэффициент частотного искажения на частоте f_н  M_н=1,6. 

1.3  Назначение  элементов схемы 

VT1 – управляемый биполярный транзистор;

R_б1 и R_,б2 – цепь  смещения начальной рабочей точки транзистора для обеспечения активного режима работы и усиления в классе А;

R_Н – эквивалент нагрузки; 

R_к – нагрузочный резистор по постоянному току

R_э – резистор отрицательной обратной связи (ООС) по току;

R_Г и Е_Г – эквивалент источника входного сигнала

С₁ и С₂ – разделительные конденсаторы, исключающие влияние усилителя на источник входного сигнала и нагрузку по постоянному току  
 
 
 
 
 

1.4  Принцип работы схемы

         Входной сигнал накладывается  на постоянную составляющую, следовательно, напряжение базы увеличивается. От сюда следует, что транзистор дополнительно приоткрывается, что ведет к увеличению тока базы, так как увеличивается ток базы, то и увеличивается ток коллектора, а напряжение на коллекторе падает.

          Конденсатор С₂ отсекает постоянную составляющую сигнала, и на выходе получаем отрицательную полуволну. Усиление сигнала происходит за счет коэффициента усиления и больших значений сопротивлений R_k и R_Н.

         При отрицательной полуволне  потенциал на базе падает, следовательно,  транзистор начинает закрываться. Это ведет уменьшению тока коллектора и тока базы, а так же уменьшается падение напряжения на сопротивлении R_k. Следовательно, напряжение на коллекторе увеличивается, на выходе получаем положительную полуволну. 

1.5  Расчет схемы

1.5.1  Определение заданного коэффициента усиления по напряжению

       .  (1.1)

1.5.2 Расчет сопротивления резистора коллекторной цепи транзистора, кОм

         ,          (1.2)

где  – коэффициент соотношения сопротивлений  R_к и R_н

При R_н > 1 кОм, то =1,5…5,0

       .

Округляем  до стандартного значения  R_к=3,9 кОм.  

1.5.3 Расчет сопротивления нагрузки транзистора по переменному току, кОм

       кОм.       (1.3) 

1.5.4 Расчет максимальной амплитуды переменного тока коллектора, мА

       мА         (1.4) 

1.5.5 Ток коллектора в начальной рабочей точке (ток покоя),мА

       ,           (1.5)

где   – коэффициент запаса (0,7…0,95)

принимаем  =0,7

       мА 
 
 

1.5.6 Минимальное напряжение в точке покоя, В

                 (1.6)

где U₀ – граничное напряжение  U_кэ  транзистора между активным  режимом и режимом насыщения.

Для транзисторов малой мощности U₀=1 В

        

1.5.7 Напряжение коллектор-эмиттер в начальной рабочей точке, В

Так как минимальное  напряжение в точке покоя удовлетворяет  условию U_{КЭ min},< 5 В, следовательно, принимаем U_КЭП =5 В 

1.5.8 Сопротивление резистора отрицательной обратной связи(ООС)

                  (1.7)

        

Округляем до ближайшего меньшего стандартного значения    R_э=510 Ом 

1.5.9  Рассчитаем  напряжение источника питания, В

                (1.8)

         В

      Принимаем E_п= 11 В. 

1.5.10 Выбор транзистора по предельным параметрам из условий

      U_{кэ max} >   E_П = 11В

      I_{к max} >  I_кn = 1,32 мА

      P_{к max} >   мВт

Выбираем транзистор 2Т104Г со следующими параметрами

      U_{кэ max} =30 В

      I_{к max} =10 мА

      P_{к max} =150 мВт

      h_{21 э} =10 - 60

      I_эо» I_ко =1 мкА 

1.5.11 Определим  ток базы покоя транзистора

       ,           (1.9)

        

1.5.12 Рассчитаем напряжение покоя базы –эмиттер, В. Для этого используем относительное выражение для ВАХ эмиттерного перехода транзистора из нелинейной модели Эбера-Молла.

       ,          (1.10)

где  т =1,2…3 –поправочный коэффициент, учитывающий неидеальность электронного перехода. Рекомендуется

        I_эо  – обратный ток эмиттерного перехода.

        φ_Т – температурный потенциал, принимаем равным 0,026 В

 U_бэ>3тφ_Т = 150 мВт, поскольку эмиттер находится в режиме активного насыщения, то в этом случае единицей можно пренебречь.                                                        

               I_Э ≈I_КП,

       ,          (1.11)

       В 

1.5.12 Рассчитываем  ток делителя цепи смещения, мА

       ,          (1.12)

       мкА. 

1.5.13 Рассчитаем  сопротивления цепи смещения:

       ,              (1.13)

       кОм.

Округляем до стандартного значения R_б2 =8,2 кОм

       ,        (1.14)

       кОм.

Округляем до стандартного значения R_б1 =75 кОм. 

1.5.14 Рассчитаем  эквивалентное сопротивление цепи  смещения:

       ,          (1.15)

        

1.5.15 Рассчитаем  входное сопротивление усилителя:

       ,           (1.16)

      где R_ВХб – входное сопротивление базы.

       ,                                        (1.17)

         кОм

кОм. 

1.5.16 Расчёт разделительных конденсаторов:

      Принимаем вклады С₁ и С₂ в частотные искажения на частоте f_Н равными:

      М_нс1=М_нс2=М_нс= , тогда

       ,        (1.18)

       мкФ.

  Принимаем  С₁ =1,8 мкФ.

       ,                (1.19)

       мкФ.

 Принимаем  С₂ =2 мкФ 

1.5.17 Делаем проверку  усилителя на соответствие  заданному  значению коэффициента усиления по напряжению К_U:

       ,          (1.20)

где  – эквивалентное сопротивление входной цепи

                 (1.21)

       Ом

       .

 Рассчитаем  отклонение К_u от К_ид:

         , т.к. расхождение не более 10%  расчёт считаем верным. 

1.5.18 Проверка  режима работы усилителя по  постоянному току:

      E_П = 11 В 

    

                                                                                                (1.22) 

      

       В

         В

         В. 

1.5.19 Проверка  работоспособности схемы по условиям:

         U_КП> U_бп – активный режим работы;

 U_КП-U_бп>U_нт

        I_КП R_К> U_нт       

         U_КП =5,8 В >U_бп = 1,05 В – обеспечивает активный режим работы;

          U_КП-U_бп = 5,8 – 1,05 = 4,75 В > U_нт = 1 В

         В > U_нт =1 В.

В результате расчета  получим схему со следующими заданными  параметрами

      К_u- 2;

      R_ВХ = 5,8 кОм;

      R_ВЫХ = R_К = 3,9 кОм.

      Работает  в классе усиления А.

Параметры схемы:

      R_б1 = 75 кОм;

      R_б2 = 8,2 кОм;

      R_э =510 Ом;

      R_к =3,9 кОм;

      R_Н =1,5 кОм;

      R_Г =200 Ом;

      С₁ =1,8 мкФ;

      С₂ =2 мкФ;

      VT₁ – 2Т104Г. 

1.5.20 Построим  нагрузочные характеристики транзистора  по постоянному и переменному токам 

      А.

        ;

.

Берем мА, тогда В.

Построим нагрузочную  характеристику по полученным выше данным