Схемотехника аналоговых электронных устройств: Рабочая программа, задания на контрольную работу и курсовой проект

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Западный государственный заочный технический университет __________________________________________________________________ Кафедра радиотехники

СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Рабочая программа Задание на контрольную работу и курсовой проект Методические указания к выполнению контрольной работы

Факультет радиоэлектроники Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 654200 – радиотехника 200700 – радиотехника Направление подготовки бакалавра 552500 – радиотехника

Санкт-Петербург 2004

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.375 (07)

Схемотехника аналоговых электронных устройств: Рабочая программа, задания на контрольную работу и курсовой проект. – СПб.:СЗТУ, 2004.-21 с. Рабочая программа соответствует требованиям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению и специальности подготовки дипломированных специалистов: 654200 – “Радиотехника”, 200700 – Радиотехника, а также направлению подготовки бакалавров 552500 – “Радиотехника”. Методический сборник содержит рабочую программу, тематический план лекций, темы лабораторных и практических занятий, задания на контрольную работу и методические указания к ее выполнению, а также задания на курсовой проект. Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры радиотехники 19 мая 2003 года, одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 20 мая 2003 года. Рецензенты: кафедра радиотехники СЗТУ (зав. кафедрой Г. И. Худяков д-р техн. наук, проф.); К. Г. Ершов, засл. работник культуры РФ, проф., зав. кафедрой звукотехники Санкт-Петербургского университета кино и телевидения. Составители: Л. В. Бессчетнова, канд. техн. наук, доц.; Ю. И. Кузьмин, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004 2

Предисловие Дисциплина “Схемотехника аналоговых электронных устройств” является базовой при подготовке радиоинженеров, специализирующихся в области разработки и проектирования радиоаппаратуры. Целью дисциплины “Схемотехника аналоговых электронных устройств” является привить студентам знания и навыки, позволяющие технически грамотно осуществлять синтез принципиальных схем аналоговых трактов типовой радиоэлектронной аппаратуры, обоснованный выбор структуры и компонентов этих схем. Основная задача дисциплины состоит в том, чтобы студент усвоил принципы построения и работы типовых схемных конфигураций, используемых при создании аналоговых трактов усиления и преобразования аналоговых сигналов, в том числе усилителей постоянного тока, широкополосных усилителей и усилителей предельной чувствительности, усилителей мощности. В результате изучения дисциплины студент должен: иметь представление: – о способах проектирования и разработки аналоговых устройств с заданными параметрами: знать: – основные технические показатели аналоговых устройств; – режимы работы усилительных элементов; – свойства усилителей с обратной связью; – схемы включения транзистора и их обобщение; – многокаскадные и широкополосные усилители; – функциональные устройства на операционных усилителях; – устройства регулировки усиления, перемножения и деления сигналов; – усилители высокой чувствительности; уметь: – рассчитать и грамотно спроектировать в соответствии с техническим заданием любой аналоговый тракт типовой радиоэлектронной аппаратуры. Изучение дисциплины основывается на знаниях, полученных в результате изучения дисциплин: “Высшая математика”, “Информатика”, “Физика”, “Основы теории цепей”, “Радиотехнические цепи и сигналы”. Итогом изучения дисциплины является защита курсового проекта и сдача студентами экзамена.

3

1. Содержание дисциплины 1.1. Рабочая программа (140 часов)

Введение [1], с. 5–8

Определение аналоговых электронных устройств. Принципы их построения, особенности функционирования и область применения, усилительные устройства и их роль при синтезе трактов аналоговой обработки сигналов. 1.1.1. Показатели и характеристики аналоговых электронных устройств [1], с. 8–29

Требования к аналоговым электронным устройствам. Характеристики и показатели, определяющие усиление, преобразование и искажения аналоговых сигналов. 1.1.2. Обратная связь и ее влияние на показатели и характеристики аналоговых устройств [1], с. 30–52

Принцип и назначение обратной связи. Основные способы ее обеспечения. Влияние обратной связи на основные показатели усилительных устройств. Причины преимущественного использования в усилителях отрицательной обратной связи (ООС). Устойчивость устройств, охваченных ООС. Критерий устойчивости Найквиста. 1.1.3. Транзисторный усилительный каскад [1], с. 52–76

Особенности анализа транзисторного каскада, связанные с малым уровнем входного сигнала. Схемы включения транзисторов и их обобщение. Первичные параметры транзистора и методы расчета технических показателей каскада для включения ОБ, ОЭ, ОК. Зависимость основных технических показателей от сопротивления нагрузки и сопротивления источника сигналов. 1.1.4. Обеспечение и стабилизация режима работы транзисторов по постоянному току [1], с. 88–95, [2], c. 37–47

Цепи питания, обеспечивающие режим работы транзисторов по постоянному току. Значение этих цепей. Обеспечение необходимого режима работы транзисторов по постоянному току с помощью простейших цепей. Влияние условий эксплуатации и разброса параметров транзисторов на режим их работы по постоянному току; необходимость стабилизации тока покоя выходной цепи транзистора. Стабилизация режима работы транзисторов по постоянному току с помощью отрицательной обратной связи. Цепи, обеспечивающие стабилизацию в одиночных каскадах. 4

1.1.5. Каскады предварительного усиления [1], c. 96–109, [2], c. 96–130, c. 170–196

Требования, предъявляемые к каскадам предварительного усиления и особенности их анализа, связанные с малым уровнем входного сигнала, при котором нелинейность характеристик транзистора можно не учитывать. Применение эквивалентных схем для анализа каскадов предварительного усиления. Модели усилительных элементов, используемые при анализе этих каскадов. Применение усилительных элементов, состоящих из нескольких транзис-торов. Усилительные каскады с транзисторами, включенными с общим эмиттером и общим истоком. Резисторные каскады предварительного усиления, их принципиальные и эквивалентные схемы. Применение динамической нагрузки. Коэффициент усиления, частотные характеристики каскада в области малых времен. Площадь усиления резисторного каскада. Применение цепей коррекции для увеличения площади усиления и получения частотных и переходных характеристик заданной формы. Усилительный каскад с транзистором, включенным с общим коллектором и общим стоком. Эмиттерный и истоковый повторители напряжения. Усилительный каскад с транзистором, включенным с общей базой. Дифференциальный усилительный каскад. Основные свойства и расчет этого каскада. Коэффициент усиления по дифференциальному и синфазному сигналам. Относительное ослабление синфазной составляющей сигнала. Дифференциальные усилительные каскады с повышенным значением коэффициента усиления и входного сопротивления. Применение токового зеркала в дифференциальном каскаде. Частотные искажения в области нижних частот и искажения вершины импульса, возникающие в резисторных каскадах усилителей переменного тока вследствие наличия разделительных конденсаторов и блокировочных конденсаторов в эмиттерной (истоковой) цепи усилительного элемента. Входные каскады предварительного усиления и их шумовые свойства; определение шумов, вносимых этими каскадами. 1.1.6. Оконечные усилительные каскады [1], c. 110–126, [2], c. 155–164

Требования, предъявляемые к оконечным каскадам усиления и особенности их расчета, обусловленные использованием большого участка нагрузочной характеристики, нелинейность которой необходимо учитывать. Режим работы усилительных элементов в усилительных каскадах. Коэффициент полезного действия и допустимая мощность рассеяния на транзисторе с учетом температуры окружающей среды и наличия радиатора. Однотактные каскады. Построение нагрузочных характеристик. Определение нелинейных искажений. Двухтактные оконечные каскады. Особенности работы и свойства двухтактных каскадов. Применение режима В. Нелинейные искажения в двух5

тактных каскадах. Бестрансформаторные двухтактные каскады в усилителях постоянного тока и в усилителях звуковой частоты. Оконечные каскады усиления мощности с повышенным КПД, работающие в режиме D с ШИМ и в режиме ВС. 1.1.7. Операционные усилители [2], c. 197–241

Операционные усилители и их свойства. Принципы и особенности организации обработки сигналов в схемах на операционных усилителях (ОУ). Типовые способы включения ОУ. Методика приближенного анализа передаточных и других свойств схем на ОУ. Сумматоры напряжений на базе ОУ. Широкополосные усилители на базе ОУ. Компараторы сигналов. 1.1.8. Устройства регулирования, перемножения и деления сигналов [2], c. 242–257

Регуляторы усиления. Основные назначения и специфические показатели аналоговых перемножителей. Перемножители на дифференциальных каскадах с управляемым усилением. Перемножители и делители на основе управляемых сопротивлений. 1.1.9. Усилители высокой чувствительности [2], c. 258–297

Методы представления и анализа шумовых свойств аналоговых трактов. Характеристики источников собственных шумов усилительных трактов. Методика приближенного вычисления отношения сигнал/шум. 1.1.10. Активные RC-фильтры [2], c. 298–315

Общие сведения, аппроксимация характеристик. Звенья ФНЧ и ФВЧ первого порядка. Звенья второго порядка на усилителях с конечным коэффициентом усиления. Звенья второго порядка на усилителях с неограниченным коэффициентом усиления. 1.2. Тематический план лекций (для студентов очно-заочной формы обучения) (24 часа)

Таблица 1 Темы лекций 1. Основные технические показатели аналоговых электронных устройств 2. Искажения, вносимые усилителем 3. Основные определения и классификация видов обратной связи 4. Эквивалентные параметры усилителя с обратной связью 5. Стабилизирующее действие обратной связи и устойчивость усилителей с обратной связью 6. Транзисторный усилительный каскад. Схемы включения транзистора и их обобщение 7. Исследование основных технических показателей транзисторного каскада для схем включения ОБ, ОЭ, ОК 8. Работа транзистора при больших уровнях сигнала. Построение динамических характеристик. Режимы работы транзисторов 9. Оконечные усилительные каскады 6

Объем, час 2 2 2 2 2 2 2 2 2

10. Обеспечение исходного режима работы транзисторов 11. Каскады предварительного усиления. Резистивный каскад ОЭ 12. Широкополосные каскады усиления непрерывных колебаний

2 2 2

1.3. Темы практических занятий (8 часов)

Таблица 2 Темы практических занятий 1. Энергетический расчет режима транзисторов оконечного каскада 2. Расчет нелинейных искажений оконечного каскада 3. Расчет каскадов предварительного усиления 4. Расчет цепей отрицательной обратной связи

Объем, час 2 2 2 2

1.4. Темы лабораторных занятий по дисциплине (16 часов) Таблица 3 Тема лабораторных занятий 1. Исследование свойств отрицательной обратной связи 2. Исследование амплитудно-частотных характеристик резистивного каскада ОЭ

Объем, час 2

3. Исследование методов коррекции амплитудно-частотных характеристик

2

4. Исследование эмиттерной высокочастотной коррекции посредством моделирования на ПЭВМ 5. Исследование операционного усилителя

2

6. Исследование оконечного каскада при работе транзистора в режиме А

4

7. Исследование оконечного каскада при работе транзистора в режиме В

2

2

2

Деятельность студента Студент знакомится с принципиальной схемой макета и исследует три вида обратной связи Студент знакомится с принципиальной схемой макета и исследует влияние постоянной времени на частотные характеристики Студент знакомится с принципиальной схемой макета и исследует влияние различных видов коррекции на частотные характеристики На персональном компьютере студент моделирует частотные характеристики заданной формы Студент знакомится с макетом и исследует свойства операционного усилителя для различных его включений Студент исследует однотактный и двухтактный оконечные каскады, измеряет нелинейные искажения Студент исследует двухтактный оконечный каскад и рассчитывает его энергетические показатели

2. Библиографический список 1. Бессчетнова Л. В., Кузьмин Ю. И., Малинин С. И. Схемотехника аналоговых электронных устройств. Письменные лекции. – СПб.: СЗТУ, 2003. 2. Павлов В. Н., Ногин В. Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. – М.: “Горячая линия – телеком”, 2001. 3. Схемотехника аналоговых электронных устройств. Методические указания к курсовому проектированию/ Сост: Бессчетнова Л. В., Кузьмин Ю. И., Малинин С. И. - СПб.: СЗПИ, 2000.

7

3. Темы рефератов 3.1. Линейные и нелинейные искажения в усилителях. 3.2. Применение в усилителях обратной связи. 3.3. Транзисторный усилительный каскад. 3.4. Работа транзистора при больших уровнях сигнала. 3.5. Обеспечение исходного режима работы транзисторов. 3.6. Каскады предварительного усиления. 3.7. Оконечные усилительные каскады. 3.8. Операционные усилители. 3.9. Усилители высокой чувствительности. 3.10. Активные RC-фильтры.

4. Тестовые задания 4.1. Что называется усилением? 4.2. Что называется усилительным каскадом? 4.3. Как классифицируются искажения, вносимые усилителем? 4.4. Чем принципиально отличаются нелинейные искажения от линейных? 4.5. Что такое чисто отрицательная обратная связь? 4.6. Что называется самовозбуждением? 4.7. Как классифицируются схемы включения транзистора? 4.8. Какая из схем включения транзистора имеет наибольший коэффициент усиления по току? 4.9. Какая из схем включения транзистора имеет наибольшее входное сопротивление? 4.10. Какая из схем включения транзистора называется эмиттерным повторителем? 4.11. Какая из схем включения транзистора имеет наибольшее усиление по мощности? 4.12. Какими параметрами характеризуется исходный режим работы транзистора? 4.13. Что такое режим класса А? 4.14. Что такое режим класса В? 4.15. Когда целесообразно применять коллекторную стабилизацию исходного режима? 4.16. Что такое коэффициент нестабильности? 4.17. В чем физический смысл эмиттерной стабилизации? 4.18. От чего зависит коэффициент усиления по напряжению резистивного каскада с ОЭ? 4.19. Каково усиление по напряжению каскада с ОК? 4.20. Что такое коэффициент добротности?

8

5. Задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению Студенты выполняют контрольную работу, в которой необходимо решить одну из трех задач. Вариант исходных данных к задачам выбирается по таблицам 1–3 в соответствии с двумя последними цифрами шифра студента. Так, задачу 1 решают студенты, последние цифры шифра которых 00–29; задачу 2 решают студенты, имеющие последние цифры шифра 30–59 и т.д. Контрольная работа Задача 1 Рассчитать двухтактный бестрансформаторный оконечный каскад ОК (схема приведена на рис. 1) с транзисторами различных типов проводимости, работающий в режиме АВ. Содержание расчетов 1. Определить режим работы транзистора по выходной цепи, рассчитав параметры U кэ0 , I к 0 , I к max ,η . 2. Определить режим работы транзистора по входной цепи, рассчитав величины I б 0 ,U б 0 , I бm ,U вхm , Rвх , Рвх . 3. Рассчитать коэффициенты усиления каскада по току К I , по напряжению К U и по мощности K P . 4. Рассчитать емкость C noc и сопротивления Rnoc цепи положительной обратной связи. Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.

Указания 1. Расчет режима работы транзисторов по выходной цепи выполняется с учетом того, что максимальный импульс тока I к max = I э max и амплитуда напряжения U эm = U кm определяются как U кm = 2 P2 / Rн ; I к max = 2 P2 / U кm .

Напряжение между коллектором и эмиттером в исходной точке U кэо = U ост + U кm , где U ост – остаточное напряжение, отсекающее на вы-

ходной статической характеристике транзистора область больших 9

нелинейных

искажений.

Напряжение

питания

одного

плеча

Е к = 1,2U кэо . Напряжение источника питания Е = 2 Е к . Ток покоя коллектора I ко = (0,03...0,05) I к max .

Руководствоваться указаниями [3], c. 10–13, рис. 3, а, б.

Рис. 1. Бестрансформаторный оконечный каскад, работающий в режиме АВ

Таблица 1 Варианты 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

10

Тип транзистора VT1 КТ503А КТ503Б КТ503В КТ503Г КТ503Д КТ503Е КТ815А КТ715Б КТ815Б КТ815Б КТ815Б КТ815В КТ815В КТ815Б КТ815Б КТ815В КТ815В КТ815Б КТ815Б КТ815В КТ815В КТ815Б КТ815Б КТ815Б КТ815В КТ815В КТ815В КТ815Б КТ815Б КТ815Б

Тип транзистора VT2 КТ502А КТ502Б Кт502В Кт502Г КТ502Д КТ502Е КТ814А КТ814Б КТ814Б КТ814Б КТ814Б КТ814В КТ814В КТ814Б КТ814Б КТ814В КТ814В КТ814Б КТ814Б КТ814В КТ814В КТ814Б КТ814Б КТ814Б КТ814В КТ814В КТ814В КТ814Б КТ814Б КТ814Б

P2, Вт 0,4 0,45 0,5 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,85 2,00 2,50 3,00 3,20 3,50 3,75 3,10 2,25 2,75 4,00

Rн, Ом 10 15 12 18 16 14 18 16 12 18 10 15 16 12 14 10 18 20 16 14 15 18 16 12 10 12 10 15 12 10

fн, Гц 60 70 40 50 40 60 40 80 70 60 50 40 70 60 40 50 60 40 60 50 40 60 70 30 10 50 60 40 70 50

Мнс 1,04 1,05 1,03 1,05 1,02 1,04 1,03 1,02 1,04 1,05 1,03 1,06 1,03 1,04 1,05 1,06 1,05 1,06 1,04 1,03 1,06 1,05 1,03 1,06 1,05 1,06 1,03 1,06 1,02 1,6

2. Емкость накопительного конденсатора С, мкФ рассчитывается как C=

I к max ⋅ 10 6 , 2πf н ∆Е к

где ∆Ек = (0,1...0,15) Е к . 3. Расчет режима транзистора по входной цепи выполняется следующим образом. Амплитуда входного напряжения U вхm и входное сопротивление каскада Rвх без учета влияния цепей смещения и стабилизации определяются из выражений: U вхm = U бm + U кm ,

где U кm

U б m = U б max − U бэ0 ; = I к max ⋅ Rн ; Rвх = U вхm / I бm ,

здесь I бm = I б max − I б 0 .

Входная мощность Рвх = 0,5U вхm ⋅ I бm .

С учетом того, что могут быть использованы транзисторы с минимальным β , входная мощность Рвх' = 0,5U вхm ⋅

I к max

β min

.

Сопротивление цепи положительной обратной связи (ПОС) Rпос = (10...15) Rн .

Емкость конденсатора цепи ПОС, мкФ С пос =

10 6 2πf н Rпос М 2 нс − 1

.

Диоды, обеспечивающие температурную стабилизацию, выбираются по величине U бэ0 . Если при этом постоянное напряжение на диодах U д оказывается больше, чем U бэ0 , то диод шунтируют резистором Rш , сопротивление которого Rш =

U бэ0 ⋅ U д . I бm ⋅ (U д − U бэ0 )

4. Коэффициенты усиления по напряжению К U и по мощности K P , а также КПД каскада η определяются из следующих выражений: где Р0 = I кср ⋅ Е ; I кср

K U = U кm / U вхm ; K P = P2 / Pвх ;η = Р2 / Р0 , = 0,32( I к max + I к 0 (π − 1)).

Задача 2 Рассчитать двухтактный трансформаторный оконечный каскад ОЭ (схема приведена на рис. 2) с транзисторами одинакового типа проводимости, работающими в режиме В. 11

Рис. 2. Трансформаторный оконечный каскад, работающий в режиме В.

Содержание расчетов При проведении расчетов необходимо руководствоваться аналогичным разделом задачи 1. Кроме того, надо выполнить электрический расчет выходного трансформатора, определив индуктивность первичной обмотки L , активные сопротивления первичной r1 и вторичной r2 обмоток; рассчитать нелинейную стабилизацию исходного режима, определив сопротивления резисторов R1 и R2 =

Rш ⋅ RT . Rш + RT

Исходные данные для расчета приведены в табл. 2, в которой приняты те же обозначения, что и в табл. 1, кроме M HL – допустимого коэффициента частотных искажений, обусловленных индуктивностью трансформатора; t c max – максимальной температуры окружающей среды.

Варианты 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 12

Тип транзистора КТ814Б КТ814В КТ814Б КТ814В КТ814В КТ814Б КТ814Б КТ814В КТ816А КТ816Б КТ816Б КТ816Б КТ816Б КТ816В КТ816В КТ816В КТ816Б КТ816В КТ816А КТ816Б КТ816Б КТ816А

Р2, Вт 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0

Rн, Ом 10 8 8 6 8 8 4 6 8 6 5 10 8 6 5 4 8 6 3 4 5 6

Ек, В 12 14 16 24 24 28 32 35 37 30 32 34 35 36 40 42 43 44 45 46 47 48

tc max, оС +35 +45 +40 +45 +40 +45 +40 +45 +30 +45 +30 +35 +45 +40 +50 +45 +40 +45 +30 +30 +35 +40

Таблица 2 fн, Гц 20 30 40 60 60 70 80 30 50 60 80 35 55 70 55 65 30 40 50 60 70 80

МHL 1,13 1,09 1,08 1,06 1,06 1,05 1,04 1,08 1,05 1,05 1,04 1,10 1,07 1,04 1,06 1,05 1,09 1,08 1,06 1,08 1,05 1,04

52 53 54 55 56 57 58 59

КТ818А КТ818А КТ818Б КТ818Б КТ818Б КТ818б КТ818Б КТ818Б

24,0 26,0 28,0 30,0 35,0 40,0 44,0 48,0

8 3 6 5 3 8 4 6

55 50 54 58 43 48 50 55

+45 +30 +35 +40 +40 +35 +45 +35

60 45 20 30 45 20 30 50

1,06 1,08 1,12 1,09 1,10 1,12 1,08 1,06

Указания 1. Для расчета каскада используется графоаналитический метод. Колебательная мощность P~ , которую должен отдать транзистор, определяется в соответствии с выражением P~ = P2 / ηT ,

где P2 – заданная величина мощности усилителя; ηT = 0,6...0,85 – КПД выходного трансформатора. 2. Исходное напряжение между коллектором и эмиттером рассчитывается как U кэо ≅ 0,9 Е к . Амплитуда напряжения в коллекторной цепи U кm = U кэо − U ост ,

где U ост – остаточное напряжение, отсекающее на выходной статической характеристике транзистора область больших нелинейных искажений. 3. Максимальный ток коллектора I к max определяется как I к max =

2 P~ ; U кэо − U ост

ток покоя I ко = (0,05...0,08) I к max . 4. Потребляемая мощность Р0 рассчитывается следующим образом: Р0 = 2 Е к ⋅ I кср ,

где I кср ≅ I к max | π . 5. Расчет режима работы каскада по входной цепи производится в соответствии с методикой, указанной в [3], с. 10–11. 6. Расчет элементов температурной стабилизации выполняется следующим образом. Величина сопротивления делителя в цепи базы выбирается из соотношения Rдел = (0,5...1,5) Rвх , где эквивалентное параллельное сопротивление делителя Rдел =

R1 ⋅ R2 , R1 + R2

причем R2 =

Rш ⋅ RT . Rш + RT

Требуемый коэффициент деления делителя смещения при температуре (20…25)оС определяется следующим образом: δ = U бэ0 / Е к . 13

Последовательное сопротивление делителя R ' дел = R1 + R2 =

Rдел . δ (1 − δ )

Сопротивление плеч делителя R1 = R ' дел − R2 , R2 = δR ' дел . Сопротивления резисторов Rш и RT в контрольной работе не определя-

ют. 7. Расчет электрических параметров выходного трансформатора производится в соответствии со следующими выражениями. Коэффициент трансформации по отношению к половине первичной обмотки nп =

где

Rк ~ п =

Rн . η Т ⋅ Rк ~п

U кm . I к max

Активное сопротивление половины первичной обмотки r1п = 0,58(1 − η T ) ⋅ Rк ~ n .

Активное сопротивление вторичной обмотки r2 = 0,42

1 −η

ηT

⋅ Rн .

Индуктивность первичной обмотки выходного трансформатора, Гн L=

Rк ~ п − r1п 2πf н М 2 HL − 1

.

Задача 3 Рассчитать двухтактный бестрансформаторный оконечный каскад на составных транзисторах, включенных по схеме ОК и работающих в режиме В. Схема приведена на рис. 3. Содержание расчетов При решении задачи исходным является содержание расчетов (пп. 1– 5) к задаче 1. Кроме того, надо определить количество диодов, сопротивление шунта Rш , сопротивление положительной обратной связи Rпос и емкость С пос . Исходные данные приведены в табл. 3, в которой приняты те же обозначения, что и в табл. 1.

14

Рис. 3. Бестрансформаторный оконечный каскад на составных транзисторах

Указания Весь расчет каскада ведется на одно плечо. 1. Расчет режима работы транзисторов по выходной цепи выполняется с учетом того, что максимальный импульс тока в эмиттерной цепи транзистора VT2 будет I э 2 max = I к 2 max = U 2 кm / Rн ,

где U 2 кm = 2 P2 Rн – амплитуда выходного (коллекторного) напряжения. 2. Напряжение между коллектором и эмиттером в исходной рабочей точке определяется по выражению U кэо = U ост + U 2кm ,

где U ост – остаточное напряжение, отсекающее слева на выходной статической характеристике транзистора область больших нелинейных искажений. 3. Напряжение источника питания рассчитывается следующим образом: Е = 2 Е к , причем Е к = 1,2U кэ 0 .

4.

Ток

покоя

в

исходной

рабочей

точке

определяется

как

I к 0 = (0,03...0,05) I к 2 max .

5. Требуемая амплитуда входного напряжения одного плеча U вхm = U вхmVT 1 рассчитывается по методике, изложенной в работе [3], c. 10–13, рис. 3 Rэ3 = 0 , а Rэ1 = Rк 3 = Rб .

Расчет по входной цепи ведется с использованием входных характеристик транзисторов VT1 и VT2. Таблица 3 Варианты 60 61 62 63 64 65 66 67

VT2, VT4 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815

Тип транзистора VT1 КТ503 КТ503 КТ503 КТ503 КТ503 КТ503 КТ503 КТ503

VT3 КТ502 КТ502 КТ502 КТ502 КТ502 КТ502 КТ502 КТ502

P2, Вт 1,2 2,0 1,7 0,9 2,5 3,5 3,0 2,6

Rн, Ом 10 16 12 8 6 10 12 8

fн, Гц 50 80 70 60 55 70 80 60

Мпс 1,07 1,03 1,04 1,05 0,6 1,04 1,03 1,07 15

68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

КТ817 КТ817 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ815 КТ815 КТ815 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ817 КТ819 КТ819 КТ819 КТ819 КТ819

КТ815 КТ815 КТ503 КТ503 КТ503 КТ503 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ503 КТ503 КТ503 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ815 КТ818 КТ818 КТ818 КТ818 КТ818

КТ814 КТ814 КТ502 КТ502 КТ502 КТ502 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ502 КТ502 КТ502 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814 КТ814

10 12 4,5 4,0 5,0 5,5 11 8,5 13 15 16 17 18 20 21 23 24 25 1,5 1,08 1,9 26 27 28 29 30 32 35 37 40 44 48

8 6 8 12 10 8 10 12 8 12 10 6 4 4 8 6 4 8 8 12 10 8 7 6 5 4 6 6 5 4 7 6

60 40 60 70 50 80 40 60 70 50 70 80 60 50 40 60 70 80 60 41 70 80 70 60 50 40 80 40 60 70 80 50

1,08 1,12 1,08 1,06 1,12 1,04 1,12 1,06 1,07 1,09 1,07 1,04 1,06 1,07 1,11 1,07 1,06 1,04 1,07 1,12 1,08 1,04 1,08 1,06 1,05 1,06 1,08 1,12 1,09 1,08 1,07 1,06

6. Входное сопротивление плеча и требуемый коэффициент усиления каскада по напряжению определяются по формулам, приведенным в [3], c. 12. 7. Входная мощность и коэффициент усиления каскада по мощности рассчитываются в соответствии с [3], c. 12. 8. Коэффициент полезного действия каскада определяется как η = P2 / P0 ,

где P0 = 2 I кср = 0,32( I к 2 max + I к 0 (π − 1)). 9. Сопротивления резисторов Rб в цепях базы мощных транзисторов VT2 и VT4 рассчитываются следующим образом: Rб = (5...10) Rвх VT 2 ,

где RвхVT 2 = U бm / I бm 2 определяется по входной характеристике для транзистора VT2. 10. Сопротивление резистора положительной обратной связи вычисляется по формуле Rпос = (10...15) Rн . 11. Требуемое количество диодов определяется как n = U gn / U g 0 ,

16

где U gn = U бэ01 + U бэ02 + U бэ03 , причем U бэ01 = U бэ03 , U go = 0,5...0,6 B , – прямое напряжение на одном диоде. 12. Сопротивление резистора шунта определяется по выражению Rш = U gn / 0,3I к 0пок ,

где I к 0 пок – ток покоя транзистора предоконечного каскада VTпок, причем I к 0 пок ≈ 1,2 I бm1 . 13. Величина емкости конденсатора положительной обратной связи рассчитывается в соответствии с выражением 10 6

C пос =

2πf н Rпос

1 y 2 спос

[ мкФ ], −1

Yспос 20

где y спос = 10 , а Yспос = −(0,2...0,5)дБ. 14. Емкость накопительного конденсатора измеряется в мкФ и определяется на основании допустимых изменений питающего напряжения, и из допустимых частотных искажений. Выбирается наибольшее значение. С=

I к 2 max ⋅ 10 6 2πf н ∆Е к ,

где ∆Е к = 0,1...0,2. С=

10 6 2π ⋅ f н ⋅ ( RвыхVT 2 + Rн ) М 2 нс − 1 ,

где RвыхVT 2 – выходное сопротивление транзистора Т2, определенное графически по выходным статическим характеристикам в точке, соответствующей середине поля характеристик: RвыхVT 2 =

∆u кэ 2 | iб 2=const ∆iк 2 .

6. Задание на курсовой проект Задания на курсовой проект в принципиальном отношении делятся на четыре группы и представляют собой расчет микрофонного усилителя (МУ) для информационных передач; усилителя электрофона (ЭФ), используемого в простейшей установке, служащей для проигрывания грампластинок; усилителя для звукофикации (ЗФ), представляющего собой станционное устройство относительно небольшой мощности, получающее программу по соединительной линии и питающее распределительную сеть проводного вещания; усилителя низкой частоты радиовещательного приемника (Пр). Варианты заданий приведены в табл. 4. Задания выбираются по двум последним цифрам шифра студента. В таблице 4 приняты следующие обозначения:

17

Р2 – мощность, выделяемая в нагрузке; Rн – сопротивление нагрузки; m=Rнmax/Rнmin – коэффициент изменения нагрузки; у`=K`umax/K`umin – коэффициент нестабильности усиления при наличии обратной связи; fн, fв – соответственно нижняя и верхняя частоты диапазона; Тmax, Tmin – максимальная и минимальная температуры окружающей среды; К`r – коэффициент гармоник усилителя с учетом действия общей отрицательной обратной связи (ООС); Y`н – допустимый спад частотной характеристики в области нижних частот с учетом действия общей ООС; Y`в – допустимый спад частотной характеристики в области верхних частот с учетом действия общей ООС; Rист – выходное сопротивление источника сигналов (микрофона, звукоснимателя, соединительной линии или детектора приемника); Еист – эффективное значение ЭДС источника сигналов; Нш – допустимый уровень шумов. При расчете курсовой и контрольной работ использовать методические указания, изложенные в [3].

18

Y`н дБ

Y`в дБ

Rнст Ом

Евст мВ

Назначение усилителя

70 80 80 80 60 80 70 65 80 70 100 70 80 70 60 80 70 80 80 70 80 70 70 70 60 70 80 60 80 70 70 80

8000 800 7000 8000 8000 9000 7000 8000 8000 8000 6000 7000 8000 7000 8000 7000 8000 8000 7000 8000 7000 6000 8000 7000 9000 7000 8000 8000 7000 60 7000 8000

+30 +35 +25 +30 +40 +35 +30 +25 +30 +35 +30 +25 +30 +35 +30 +25 +40 +30 +35 +30 +35 +25 +30 +35 +25 +35 +30 +25 +30 +40 +35 +28

+5 0 0 0 +10 +5 0 -5 -2 -5 -5 -5 0 -2 0 -5 -10 -5 0 0 -5 -10 -5 0 -5 -5 -10 -5 -5 0 -5 -5

3,0 2,5 2,0 3,0 2,5 3,0 3,5 3,0 2,0 3,5 3,0 2,5 3,0 3,0 2,5 3,0 2,5 2,0 2,5 3,0 3,5 3,0 3,5 3,0 2,5 3,5 3,0 3,0 2,5 3,0 2,0 2,5

-1,5 -1,0 -1,5 -1,5 -1,5 -2,5 -2,0 -1,5 -2,5 1,5 -1,0 -1,5 -2,0 -1,5 -2,0 -2,5 -2,0 -2,0 -1,5 -2,0 -2,0 -1,0 -1,5 -2,0 -1,5 -2,0 -2,5 -2,0 -2,5 -1,5 -1,5 -1,0

-1,0 -1,0 -1,5 -1,0 -1,0 -1,5 -1,5 -1,0 -1,5 -1,0 -1,0 -0,5 -1,5 -0,5 -1,5 -1,5 -1,0 -1,0 -1,0 -1,5 -1,0 -1,0 -1,0 -1,5 -1,0 -2,0 -1,5 -1,0 -1,5 -1,0 -1,5 -1,0

250 600 250 44000 3000 40000 500 53000 52000 600 68000 55000 2000 1500 66000 700 500 250 400 500 600 800 1000 51000 67000 600 15000 2000 1000 55000 56000 43000

2,0 4 5,0 25 70 30 50 40 30 80 35 40 80 100 35 4,0 3,0 2,0 3,0 4,0 5,0 3,0 2,0 50 40 40 70 80 60 40 30 45

Му Му Му Пр Эф Пр Му Пр Пр Зф Пр Пр Эф Эф Пр Му Му Му Му Му Му Му Му Пр Пр Эф Зф Эф Эф Пр Пр Пр

Нm дБ

К`г %

1,1

Тmin оС

4

1,1

Тmax оС

4,0

fв Гц

70 8 12 10 8 12 10 14 17 5 9 11 4 6 5 12 6 7 10 8 10 10 12 20 15 10 6 8 8 6 4 10

fн Гц

RнОм

5,5 6,0 7,0 0,8 6,6 1,5 2,5 1,0 0,4 4,2 1,2 1,3 8,4 1,3 0,95 2,5 4,5 4,0 4,0 3,0 3,0 5,0 4,0 1,6 0,9 5,5 40 5,0 6,0 0,5 1,0 0,9

у`

Р2 Вт

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

m

Вариант

Таблица 4

60 50 60

50

50 60 45 60 55 50 60 50

1,1

4 5

1,1 1,1

70 80 50 40 60 50 70 60 80 60 80 70 60 70 60 80 60 70 80 70 60 80 50 60 80 60 50 80 70 100 80 100 63 80 100 80 70 100 80 70 60 80 100 80 63 40 80 63 50 60 100 80 40 80

8000 8000 9000 9000 8000 9000 7000 9000 8000 8000 9000 8000 7000 7000 9000 8000 7000 8000 7000 8000 8000 9000 9000 6000 9000 9000 10000 8000 9000 10000 12000 10000 12500 7000 8000 9000 7000 10000 6000 7000 8000 8000 10000 7500 6500 10000 10000 10000 10000 8000 10000 8000 10000 9000

+25 +30 +40 +40 +30 +35 +30 +35 +35 30 +35 +35 +40 +30 +35 +40 +30 +35 +30 +35 +30 40 +30 +35 +35 +25 +30 +35 +40 +35 +35 +50 +35 +35 +40 +35 +50 +35 +50 +35 +40 +30 +35 +40 +55 +35 +40 +45 +40 +40 +45 +30 +35 +30

-10 -5 -5 0 -5 -5 0 -5 0 -5 0 -10 -5 -5 -5 0 -5 0 -5 -5 -5 0 0 0 -5 -5 -5 0 -5 0 -5 -5 0 0 -5 0 -5 -5 -5 0 -5 -5 0 -5 0 0 0 -5 0 -5 0 -5 0 -5

3,0 3,5 2,0 2,5 2,5 2,0 2,5 2,0 2,5 3,0 2,0 3,0 2,5 3,5 2,5 2,5 3,0 2,5 2,0 2,5 3,0 2,0 2,5 2,5 2,5 2,8 2,5 3,0 3,5 3,5 3,0 3,0 2,0 2,5 3,5 3,0 3,0 2,5 3,5 3,0 3,0 2,5 3,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 3,5 3,5 2,0 2,5

-1,5 -2,0 -1,5 -2,0 -1,5 -1,5 -2,0 -1,5 -2,0 -1,5 -1,0 -2,0 -2,0 -2,5 -1,5 -2,0 -1,5 -2,0 -1,5 -1,5 -2,0 -1,0 -1,5 -1,0 -1,5 -1,0 -1,5 -2,5 -2,0 -2,5 -2,0 -2,5 -1,5 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -1,5 -2,0 -2,5 -2,0 -2,0 -2,5 -1,5 -1,0 -1,5 -1,0 -1,5 -1,0 -1,5 -2,0 -1,5 -1,5 -2,0

-1,0 -1,5 -1,0 -1,5 -1,0 -1,5 -1,5 -1,0 -1,5 -1,0 -1,0 -1,5 -1,0 -2,0 -1,0 -1,5 -1,0 -1,5 -1,0 -1,5 -1,0 -1,0 -1,0 -0,5 -1,5 -1,0 -1,0 -2,0 -1,5 -1,5 -1,5 -2,0 -1,5 -2,0 -1,5 -1,0 -1,0 -1,0 -1,5 -2,0 -1,5 -1,5 -2,0 -1,0 -1,0 -1,0 -1,0 -1,0 -0,5 -1,5 -2,0 -1,0 -1,5 -1,5

40000 43000 2000 58000 66000 44000 1000 8000 53000 53000 2000 40000 1000 600 1000 40000 40000 48000 600 250 58000 56000 5000 55000 600 1000 10000 48000 52000 1000 55000 3000 4000 250 600 250 600 1000 60000 44000 53000 250 1000 500 200 500 1000 3000 8000 1000 1000 600 8000 600

35 80 40 50 35 40 50 60 30 45 80 35 65 80 65 40 45 40 40 30 50 50 100 40 25 100 50 30 40 150 25 60 30 25 35 40 45 40 30 50 45 40 50 5 8 40 45 30 10 20 40 30 100 40

Пр Пр Эф Пр Пр Пр Эф Эф Пр Пр Эф Пр Эф Зф Зф Пр Пр Пр Зф Зф Пр Пр Эф Пр Зф Эф Эф Пр Пр Эф Пр Эф Эф Зф Эф Зф Зф Зф Пр Пр Пр Зф Эф Му Му Эф Эф Эф Эф Эф Зф Зф Эф Эф

Нm дБ

Назначение усилителя

4

Евст мВ

1,1 1,09 1,1 1,1 1,1

Rнст Ом

3 4 3 4 3

Y`в дБ

1,15

Y`н дБ

4

К`г %

1,1 1,08

Тmin оС

4 3

Тmax оС

1,09 1,1

fв Гц

3 4

fн Гц

RнОм 10 10 15 6,0 12 10 15 8 5 10 12 12 15 16 18 15 20 15 15 12 15 10 10 15 10 12 16 10 20 10 12 8 16 14 10 8 6 4 18 12 10 15 16 8 16 16 8 16 10 15 15 10 16 10

у`

Р2 Вт 1,0 0,35 9,4 1,45 0,65 0,15 5,6 6,3 0,8 1,5 7,5 1,1 8,2 28,0 33,0 1,5 0,25 0,4 35,0 25,0 0,3 0,4 10,5 0,6 27 12,0 15,0 1,0 1,0 15 0,2 5,0 10,0 32,0 40,0 25 30 35 1,0 14 12 40,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10 11 12 33 14 15 6

m

Вариант 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85

50 40

19

20

Rнст Ом

Евст мВ

Назначение усилителя

80 100 80 63 80 80 100 80 63 100 80 100 80 63

10000 10000 8000 6000 8000 7000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 8000

+55 +35 +50 +55 +40 +35 +50 +35 +50 +45 +55 +45 +40 +40

-5 0 -5 0 0 -5 -5 0 -5 0 -5 -5 0 -5

3,0 3,5 3,0 2,0 2,0 2,0 3,0 2,0 2,0 3,0 2,5 3,0 3,0 2,5

-1,5 -2,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,5 -1,0 -1,5 -1,0 -1,5 -1,5 -2,0 -2,0 -2,0

-1,0 -1,5 -2,0 -1,5 -1,0 -1,0 -1,0 -1,5 -1,0 -1,0 -1,0 -1,5 -1,5 -1,0

250 1000 800 2000 3000 40000 2000 1000 3000 600 3000 600 1000 800

45 30 35 80 90 50 80 40 100 40 85 45 40 35

Зф Зф Зф Эф Эф Пр Эф Зф Эф Зф Эф Зф Зф Зф

Нm дБ

Y`в дБ

1,1 1,09 1,05 1,1 1,1

Y`н дБ

4 5 3 5 3

К`г %

1,1

Тmin оС

4

Тmax оС

1,09 1,1 1,15

fв Гц

4 3 5

fн Гц

RнОм 10 18 10 4 8 16 8 12 8 15 8 10 4 4

у`

Р2 Вт 37 48 39 5 11 0,2 13 26 8 30 35 44 44 48

m

Вариант 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

Содержание Предисловие …………………………………………………………………….……… 3 1. Содержание дисциплины…………………………………………………….……… 4 2. Библиографический список…………………………………………………………. 8 3. Темы рефератов ……………………………………………………………………… 8 4. Тестовые задания…………………………………………………………………….. 8 5. Задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению……9 6. Задание на курсовой проект……………………………………………….……….. 18

Редактор М.Ю. Комарова Сводный темплан 2004 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидимилогическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от21.11.2003г. _____________________________________________________________________________ Подписано в печать Формат 60х84 1/16 Б.кн.-журн. П.л. Б.л. РТП РИО СЗТУ Тираж Заказ _____________________________________________________________________________ Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная,

21