Усилительный каскад с емкостной связью

Расчет усилительного каскада, включенного по схеме с ОЭ. Компоненты схемы, ее расчет по постоянному току. Анализ схемы усилительного каскада с общим эмиттером, реализованной на биполярном транзисторе, ее моделирование с помощью MathCad15.0 и Micro-Cap9.0.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 23.03.2012
Размер файла 1,9 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка

к курсовой работе

по курсу: «Общая электротехника и электроника»

на тему

Усилительный каскад с емкостной связью

Содержание

1.Ведение

2.Анализ задания

3.Математические модели компонентов схемы

4.Расчет схемы по постоянному току

5.Идентификация моделей компонентов

6.Топологическое описание схемы

7.Математическая модель схемы

8.Моделирование схемы с применением ППП «MathCad», «Micro-Cap»

9.Заключение

10.Библиографический список

1. Введение

На сегодняшний день тенденция развития большинства областей науки и техники неразрывно связаны с совершенствованием, прежде всего, электронных устройств. Поступательное движение к более сложным электронным системам стимулирует коренные изменения в подавляющем большинстве отраслей промышленности. Эта тенденция сохраняется и в быту: появление новых, более сложных электронных устройств значительно облегчает домашний труд, избавляя индивидуума от множества рутинных занятий, освобождая время для интересной и насыщенной жизни.

Это является результатом развития интегральной технологии, обусловившей массовый выпуск микроэлектронных функциональных устройств различного назначения, представляющие собой полупроводниковые пластины малой толщины, на которых выполнены десятки тысяч элементов электроники: транзисторы, диоды, конденсаторы, резисторы и др.Смоделировать и сконструировать столь сложные микроэлектронные схемы без ЭВМ невозможно.Поэтому необходимо применение машинных методов анализа электронных схем.

Основными задачами анализа электронных схем являются:

1.Определение выходных сигналов схемы и режимов при заданных входных воздействияхи параметрахкомпонентов схемы.

2.Определение работоспособности схемы при изменении температуры окружающей среды, питающих напряжений, параметров схемных компонентов.

3.Определение статических (вероятностных) характеристик параметров схемы.

Структура анализа электронных схем содержит:

1. Входной блок - ведущая программа, которая обеспечивает решение задачи и производит прием информации о конфигурации, типах и параметрахкомпонентов схемы.

2. Блок математических моделей компонентов (ММК). Содержит математическое описание всех компонентов схемы.

3. Блок математического моделирования конфигурации схемы. Описывает способы соединения компонентов в схему: графы, матрицы, списки.

4. Блок формирования математической модели схем (ММС).Осуществляет объединение ММК в соответствии с конфигурацией схемы в общую систему уравнений определенного вида. Математическое обеспечение этого блока - методы моделирования электронных схем: метод узловых потенциалов, метод переменных состояний, метод контурных токов, метод напряжения связи.

5. Блок анализа ММС. Обеспечивает решение полученных уравнений при заданных значениях параметров компонентов и входныхпеременных, математическим обеспечением которого являются численные методы решениясистем алгебраических и дифференциальных уравнений

2. Анализ задания

В данной курсовой работе требуется рассчитатьусилительный каскад, включенный по схеме с ОЭ (рис. 1). Исходные данные:

транзистор ГТ 109Б;

рабочая температура схемы ;

напряжение питания ;

нижняя граничная частота ;

сопротивление , ;

входной сигнал , где - постоянный уровень входного напряжения в рабочей точке;

амплитуда входного сигнала ;

Каскад выполнен на биполярном транзисторе ГТ 109Б. Это германиевый, сплавной, маломощный, низкочастотный, миниатюрный транзистор, который предназначен для работы во входных каскадах усилителей низкой частоты. Корпус металло-стеклянный, герметичный и с гибкими выводами. Масса транзистора не более 0.1 г.Входная и выходная ВАХ транзистора приведены на рис. 2 [1], а электрические параметры - в таблице 1[1][2].

Таблица 1

Наименование

Обозна-чение

Значение при

Предельная частота коэффициента передачи тока

-

Коэффициент передачи тока при

Обратный ток коллектора при

Напряжение насыщения КЭ

Напряжение насыщения БЭ

Постоянная времени цепи обратной связи

Коэффициент шума

Ёмкость коллекторного перехода

Ёмкость эмиттерного перехода

Тип перехода, материал

Максимально допустимые параметры:

постоянный ток коллектора

постоянное напряжение КБ

постоянное напряжение КЭ

импульсное напряжение КБ

постоянная рассеиваемая мощностьК

температура перехода

тепловое сопротивление переход-окружа-ющая среда

допустимая температура окружающей среды

3. Математические модели компонентов

Математические модели компонентов схемы приведены в таблице 2. В качестве моделей биполярных транзисторов в современных пакетах схемотехнического моделирования используются схемы замещения по Моллу-Эберсу и Гуммелю-Пуну. В курсовой работе будем использовать модель Молла-Эберса.

Таблица 2

Тип компонента, обозначение

ММК

Линейный резистор

- сопротивление резистора

- проводимость

Линейная емкость

- емкость конденсатора

Источник постоянного напряжения

Источник переменного напряжения

Модель замещениятранзистора

Прим. По заданию емкость в моде-ли замещения транзистора отсутствует. Поэтому зашунтируем источник тока динамическим сопротивлением коллектора.

- емкость эмиттерного перехода

- емкость коллекторного перехода

- объемное сопротивление базы

- справочные обратные токиЭ и К переходов.

- коэффициенты передачи тока при нормальном и инверсном включении..

4. Расчет схемы по постоянному току

Режим работы, при котором в схеме протекают только постоянные токи называется режимом работы схемы по постоянному току. В таком режиме определяется рабочая точка усилителя.

Для расчета данной схемы (рис. 1) определим рабочую точку транзистора с помощью графоаналитического метода.Для этого построим на выходной ВАХ транзистора линию нагрузки, представляющую функцию :

При

Размещено на http://www.allbest.ru/

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Линия нагрузки представлена на выходной ВАХ транзистора (рис. 3).

Из рисунка видно, что . Отметив значение на входной ВАХ, получим

Вычислим потенциал входного узла каскада :

- минус в уравнениях учитывает направление токов в схеме.

Зафиксируем с помощью переменного источника напряжения на входе.

Найдем потенциал выходного узла усилителя , определяющий постоянный уровень сигнала в активном режиме работы.

5. Идентификация моделей компонентов

Размещено на http://www.allbest.ru/

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биполярный транзистор можно представить в виде четырехполюсника (рис. 4) [4]. Входные и выходные величины могут быть связаны через различные системы параметров: параметры - сопротивления, параметры - напряжения, но наибольшее распространение получили параметры транзистора, измеряемые со стороны внешних выводов или вычисляемые по вольт-амперным характеристикам. По эквивалентной схеме транзистора (рис. 5) составим систему уравнений:

Из системы уравнений видно, что - входное сопротивление при коротком замыкании на выходе; - коэффициент обратной передачи напряжения при холостом ходе на входе; - коэффициент прямой передачи тока при коротком замыкании на выходе; - выходная проводимость при холостом токе на входе.

Размещено на http://www.allbest.ru/

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Рассчитаем параметры транзистора, включенного по схеме с ОЭ, по ВАХ, представленным на рис. 3, и формулам из источника [4].

2. Вычислим физические параметры транзистора:

По результатам моделирования транзистора в подпрограмме Modelпакета Micro-Capбыли получены параметры транзистора, в том числе

3. Найдем тепловые токи коллектора и эмиттера. Согласно справочным значениям обратный ток коллектора и эмиттера соответственно равны:

при при

Найдем обратный ток коллектора при по формуле [3]. Для этого вычислим значение , подставив в формулу предельные значения тока:

Согласно формуле [3]:

Тепловые токи коллекторного и эмиттерного диодов транзистора вычислим по следующим формулам [3]:

4. Определим емкость конденсатора ослабляющего отрицательную обратную связь по переменному току:

Пусть

Емкость конденсатора выбрана по ряду предпочтительных значений E12, согласно ГОСТ 28884-90.

6. Топологическое описание схемы

Топологическая структура (топология) элементов схемы - способ соединения отдельных компонентов (конфигурация схемы). Топология может быть описана:

графом;

топологическими матрицами;

списками;

Граф - совокупность отрезков произвольной длины и формы (ветвей) и точек их пересечения (узлов). Направления ребер в графе соответствуют направлениям токов и противоположны полярностям источников тока и напряжения.

Любая совокупность ветвей, принадлежащая графу, называется подграфом. Подграфы, не имеющие общих вершин, образуют несвязный граф.

Контуром называется замкнутая цепь, состоящая из части ребер графа, причем каждая узловая точка соединяет только два ребра данного контура.

Деревом графа называют связанный подграф, не имеющий контуров и соединяющий все узлы графа. Ветви - это ребра, входящие в дерево графа, связи - это остальные ребра графа. Дерево, включающее в себя только источники напряжения и емкости, называется собственным. При подключении к дереву графа одной связи образуется контур, ориентированный по направлению связи.

Для описания эквивалентной схемы усилителя (рис. 6) будем использовать топологическую матрицу. Это матрица, в которой строки соответствуют связям, а столбцы - ветвям. Каждая строка матрицы определяет состав и направление ветвей, входящих в контур, ориентированный по соответствующей связи. При этом на пересечении строки со столбцами ставится 1, если направление ветвей совпадает с направлением обхода контура, минус 1 в обратном случае и 0, если ветвь не входит в контур.

Размещено на http://www.allbest.ru/

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Составим граф и дерево графа схемы (рис. 7) и сформируем топологическую матрицу

Размещено на http://www.allbest.ru/

20

Размещено на http://www.allbest.ru/

7. Математическая модель схемы

Найдем систему уравнений, соответствующей ММС с помощью топологической матрицы

1. По напряжению ветвей находим вектор напряжений связей:

2. Через ММК переходим к токам связей.

3. Через транспонированную матрицу перейдем к вектору токов ветвей.

4. Подставим в ММК, причем подстановка и тривиальна, т.к. источники напряжения не зависят от тока.

Полученная система уравнений представляет ММС, причем она кроме двух ДУ в нормальной форме Коши содержит алгебраическое уравнение относительно . Найдем решение ММС с использованием пакета Mathcad 15.0. Рабочий фрагмент вычислений приведен в следующем пункте.

8. Моделирование схемы с применением ППП «MathCad», «Micro-Cap»

1. Рабочий фрагмент расчета ММС, выполненный в пакете MathCad15.0:

Анализ усилителя с емкостной связью проведен в пакете Micro-Cap 9.0. Рабочая схема представлена на рис. 8. Параметры, задаваемые в библиотеках элементов, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Элемент

Параметры

ГТ 109Б

RE 1.850; NF 638.5m; IS 60u; VAF 110; NE 1.2; ISE 0.1u; BF 48; IKF 500m; RC 195m; BR 2; NC 2; ISC 0.1u; IKR 21.3m; CJC 28.5p; MJC 500m; VJC 500m; FC 500m; CJE 15.5p; MJE 500m; VJE 500m; TR 10n; TF 1n; ITF 10m; XTF 500m; VTF 0

A 0.2; DC- 960m; F200; PH 0; RP 0; RS 1m; TAU 0

Остальные

а) Анализ по постоянному току (режим DC). Передаточная характеристика каскада (зависимость) приведена на рис. 9.

Рис. 9.

б) Анализ в режиме Transient. Входной и выходной сигналы каскада приведены на рис. 10.

Рис. 10.

9. Заключение

усилительный каскад схема эмиттер

В данной курсовой работе проанализирована схема усилительного каскада с общим эмиттером, реализованная на биполярном транзисторе, моделирование которой производилось с помощью MathCad15.0 и Micro-Cap9.0. Результаты анализа в программах отражают статический и усилительный режим работы транзистора, который показывает, что каскад инвертирует фазу входного сигнала с коэффициентом усиления по напряжению.

10. Библиографический список

1. К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова, Г.Г. Коровин, Б.Л. Перельман. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник/Под ред. Б.Л. Перельмана.- М.: Радио и связь, 1981.- с. 34-37.

2. В.Л. Аронов, А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др. Полупроводниковые приборы: транзисторы: Справочник / Под ред. Н.Н. Горюнова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - с. 116-118.

3. И.В. Баскакова. Лекции по курсу: «Основы электротехники и электроники». Рязань: РГРТУ, 2010.

4. И.П. Степаненко. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: «Энергия», 1977. с. 173-226.

5. А.А. Черняк, Ж.А. Черняк, Ю.А. Доманова. Высшая математика на базе MathCad. Общий курс. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. 608 с. Глава IV. «Дифференциальные уравнения».

6. В.Д. Разевиг. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7. - М.: Горячая линия-Телеком, 2003. 368с.

Размещено на Allbest


Подобные документы

  • Расчет и компьютерное моделирование усилителя на примере усилительного каскада на биполярном транзисторе в схеме включения с общим эмиттером. Выбор параметров, соответствующих максимальному использованию транзистора. Электрическая схема каскада.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 09.05.2013

  • МП 40 - транзисторы германиевые сплавные, усилительные низкочастотные с ненормированным коэффициентом шума на частоте 1кГц. Паспортные данные транзистора. Структурная схема каскада с общим эмиттером. Динамические характеристики усилительного каскада.

    курсовая работа [120,0 K], добавлен 19.10.2014

  • Расчет токов и напряжений для всех элементов схемы усилительного каскада с общим эмиттером с распределенной нагрузкой. Моделирование переходных и частотных характеристик каскада в ППП "MicroCap". Статический и усилительный режим работы транзистора.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 26.02.2012

  • Расчет по постоянному току, коэффициента усиления и разделительных емкостей. Определение полосы пропускания. Диапазон рабочих частот усилительного каскада на биполярном транзисторе. Допустимые частотные искажения. Сопротивление источника сигнала.

    курсовая работа [848,1 K], добавлен 16.07.2013

  • Краткие теоретические сведения об усилителях переменного тока. Усилительный каскад с общим эмиттером. Создание усиленного переменного напряжения на выходе схемы. Последовательность и методика расчета маломощного усилительного каскада с общим эмиттером.

    контрольная работа [252,1 K], добавлен 30.11.2014

  • Основные понятия, назначение элементов и принцип работы усилительного каскада по схеме с общим эмиттером. Порядок расчета транзисторного усилителя, его применение в системах автоматики и радиосхемах. Графоаналитический анализ каскада по постоянному току.

    курсовая работа [608,9 K], добавлен 23.10.2009

  • Описание электрической схемы усилителя на биполярном транзисторе с общим эмиттером. Исходные данные для его расчета по постоянному или переменному току. Построение частотных характеристик усилительного каскада. Оценка возможных нелинейных искажений.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 19.10.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.