дизайн с использованием операционного усилителя (BJT) транзистор

Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 5
2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 12
3. РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ 13
3.1 Определение числа каскадов 13
3.2 Распределение искажений по каскадам 14
4 РАСЧЕТ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА 16
4.1 Выбор транзистора 16
4.2 Расчет требуемого режима транзистора 17
4.3 Расчет эквивалентных параметров транзистора 18
4.4 Расчет цепей питания и термостабилизации 19
4.5 Расчет основных характеристик выходного каскада 21
5 РАСЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ 23
5.1 Расчет промежуточного каскада 23
5.2 Расчет требуемого режима транзистора 24
5.3 Расчет эквивалентных параметров транзистора 25
5.4 Расчет цепей питания и термостабилизации 26
5.5 Расчет основных характеристик выходного каскада 28
6 РАСЧЕТ ВХОДНОГО КАСКАДА 30
6.1 Выбор транзистора 30
6.2 Расчет требуемого режима транзистора 31
6.3 Расчет эквивалентных параметров транзистора 32
6.4 Расчет цепей питания и термостабилизации 32
6.5 Расчет основных характеристик входного каскада 33
7 РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ В ОБЛАСТИ НИЖНИХ ЧАСТОТ 36
8 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ 38
9. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ. 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 43
 

Проведем расчет этой схемы.Рассчитаем потенциал в точке а:,где - напряжение база-эмиттер в рабочей точке, =(0,6...0,9)В (для кремниевых транзисторов).Зададимся током делителя, образованного резисторами R и R : ,где - ток базы в рабочей точке, .Рассчитаем номиналы резисторов R, R и R : ,,Оценим результирующий уход тока покоя транзистора в заданномдиапазоне температуры окружающей среды. Рассчитаем приращение тока коллектора, вызванного тепловым смещением проходных характеристик: ,где - приращение напряжения , равное:||=0где - 3мВ/град - температурный коэффициент напряжения (ТКН), - разность между температурой коллекторного перехода и справочным значением этой температуры : ,где и соответственно, мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе в статическом режиме, и тепловое сопротивление “переход-среда”:Ориентировочное значение теплового сопротивления .6.5 Расчет основных характеристик входного каскадаРассчитаем коэффициент усиления каскада в области средних частот: , (6.2)где - значение крутизны транзистора в рабочей точке.Рассчитаем ожидаемое значение постоянной ,где - емкость, нагружающая каскад. Оценим требуемое значение постоянной времени каскада ,где - время установления фронта, распределенное на каскад.Так как , то ожидаемые искажения будут не более заданных.Входное сопротивление каскадагде - входное сопротивление транзистора с ОЭ, , - сопротивление базового делителя; входную динамическую емкость каскадаПри параллельном включении фильтрующей цепи ее номиналы определяются из следующих соотношений:где напряжение источника питания оконечного каскада, , - длительность импульса. Простейшим способом обеспечения согласования сопротивлений каскада и линии передачи является параллельное включение на вход каскада дополнительного согласующего резистора , номинал которого определяется из следующего соотношения:где - требуемое входное сопротивление каскада; - полученное входное сопротивление каскада (с учетом сопротивления базового делителя). Рисунок 6.1 Схема входного каскада7 РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ В ОБЛАСТИ НИЖНИХ ЧАСТОТТребуемое значение постоянной времени для разделительных и блокировочных цепей усилителя определяется из следующих соотношений:где - спад плоской вершины импульса, - длительность импульса.Номинал разделительных емкостей можно определить из соотношения:где - эквивалентное сопротивление, стоящее слева от разделительного конденсатора (обычно это каскада либо (для ОЭ)); - эквивалентное сопротивление, стоящее справа от разделительного конденсатора (обычно это каскада либо ).Номинал блокировочных емкостей в цепях эмиттеров приближенно определяются как:Оценим коэффициент усиления всего усилителя: где K - коэффициент усиления усилителя, дБ;K- коэффициент усиления i-го каскада, дБ, i=1,...,n;n - число каскадов усилителя.Для П-образной схемы аттенюатора номиналы элементов определяются из следующих соотношений:Для плавной регулировки усиления введем дополнительную цепь. Величину номинала регулировочного резистора можно определить из соотношения:где D - глубина регулировки, относительные единицы.8 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ,где К - коэффициент усиления УУ в области СЧ; - коэффициент передачи " коллектор - шина питания", ; - коэффициент передачи фильтра в области НЧ, ; - коэффициент передачи "фильтр - база ", .Таким образом, полученный коэффициент усиления намного меньше минимально допустимого. Так кА последующие каскады будут иметь меньшее значение петлевого усиления, то можно сделать вывод что усилитель устойчив.9. Расчет усилительного каскада на операционном усилителе.ОУ в настоящее время являются активными элементами для реализации большинства аналоговых устройств. Постоянно появляются новые типы высокочастотных (до 100—1000 МГц и более), специализированных высококачественных ОУ. «Полузаказные» базовые матричные кристаллы содержат до нескольких сотен ОУ и десятков тысяч элементов коммутации и цифровой логики. Они позволяют создавать специализированные многофункциональные аналого-цифровые интегральные микросхемы, в том числе для трактов предварительного усиления и обработки звуковых сигналов. Выпускается широкая номенклатура операционных усилителей мощности. Все это делает целесообразным расширение представлений об ОУ, в том числе по анализу и расчету нелинейных искажений и шумовых характеристик функциональных модулей на ОУ Для выбора операционные усилители (ОУ) произведем расчет некоторых параметров:Максимальный ток в нагрузке:(9. 1)Примем, что в данном исполнении усилитель состоит издва каскадов. Рассчитаем коэффициент усиления отдельного каскада:(9.2)Коэффициент передачи делителя Кдел при правильном выборе номиналов резисторов в рабочем диапазоне частот практически не зависит от частоты. Для этого сопротивления резисторов должны быть не менее чем на порядок меньшими реактивных сопротивлений паразитных емкостей, шунтирующих R1, R2 в рабочем диапазоне частот [3] (как правило, это условие выполняется для заданий на учебное проектирование).При выборе ОУ по любому из параметров не рекомендуется брать запас более 3—5 раз, если это не обусловлено особыми соображениями, связанными с реализацией требований ТЗ или унификацией комплектующих разрабатываемого устройства.При выборе ОУ следует внимательно ознакомиться с вводной частью используемого справочника, в которой даются аббревиатуры, условные обозначения характеристик, термины и определения, принятые в этом справочнике. Кроме того, в справочных данных ОУ ряд характеристик может быть задан косвенно (например: диаграмма Боде, вместо частоты единичного усиления; размах выходного напряжения, вместо его максимальной амплитуды; графические зависимости спектральной плотности входного шумового напряжения, вместо спектральной плотности белого шума и частоты сопряжения белого и фликкер-шума и др.)Для предотвращения перегрузки при максимальном входном сигнале производится расчет уровней максимальных напряжений сигналов в каждом из каскадов. На этой основе может уточняться выбор схемы и место включения регуляторов усиления.Таким образом, усилитель на ИМС будет иметь два каскада с коэфициентом усиления 32 каждый.Усилитель выполним на операционном усилителе OPA846, который имеет следующие параметры:- дифференциальный коэффициент усиления ;- удельный температурный дрейф напряжения смещения равен ;- температурный дрейф разности входных токов равен ;- номинальное напряжение питания .- ;- .Кроме перечисленных выше параметров, при выборе ОУ следует принимать во внимание особенности требований к параметрам ОУ, налагаемые необходимостью реализации особых требований ТЗ. К ним относятся: шумовые параметры, если задано отношение сигнал/шум или по назначению рассматриваемый каскад усилителя должен обеспечивать повышенную чувствительность и определять отношение сигнал/шум проектируемого устройства; напряжение смещения, входной ток, ток сдвига (разность входных токов), если рассчитываемый каскад будет определять напряжение сдвига нуля на выходе всего усилителя, ограничивать достижимую амплитуду его выходного напряжения усилителя и существенно влиять на коэффициент гармоник усилителя; коэффициент ослабления синфазной помехи; допустимый рабочий диапазон температур и т.д.Рассчитываем элементы цепи отрицательной обратной связи:где - температурный дрейф нуля выходного напряжения;- температурный дрейфпри; - температурный дрейф разности входных токов.принимаем ..Выбираем в качестве резисторы типа С2-23-0,125.Уточняем значение коэффициента усиления по напряжению:Сопротивление определяем из отношения:Выбираем в качестве резистор типа С2-23-0,125.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ курсовом проекте был произведен расчет высокочастотного усилителя гармонических колебаний с использованием транзисторов КТ368А,Б., КТ3168А9.Для питания усилителя используется блок питания с напряжением 15 В. Также в работе был произведен расчет усилителя с аналогичными параметрами на ИМС ОУ OPA846.В ходе ее выполнения проекта был глубоко изучен и проработан материал по аналоговой схемотехнике. Были рассмотрены различные варианты построения усилителей мощности и получены практические навыки по их разработке на основе предъявляемых требований.Спроектированный усилитель полностью удовлетворяет требованию технического задания.Список использованных источниковКолесов И.А. Стабилизация режима биполярных транзисторов: Методические указания для студентов специальностей 200700, 201600. – Томск: ТУСУР, 1999. -30с. .: ил.Жаркой А.Г. Расчет нелинейных искажений гармонических сигналов в транзисторных усилителях: Методические указания для студентов специальностей 200700, 201600. – Томск: ТИАСУР, 1987. – 54с. .: ил. Панин Н.М. Переменные аттенюаторы и их применение. – М.: Энергия, 1971. – 40 с. : ил.Игнатов А.Н. Микроэлектронные устройства связи и радиовещания. – Томск: Радио и связь, Томское отделение, 1990. – 400 с. : ил.Шарыгина Л.И. Аналоговые и электронные устройства: Руководство к лабораторным работам для студентов специальностей 200700, 201600. – Томск: ТУСУР,1998. – 48 с.: ил.