Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова

Кафедра электроники и микроэлектроники

Курсовой проект по дисциплине «Расчет электронных схем»

«Расчет однокаскадных усилителей»

Вариант №24

Выполнил: студент группы АНБ-14-2 Михайлицын А.С.

Проверил: старший преподаватель Мазитов Д.М.

Магнитогорск 2016

Задание 1.

Расчет статического и динамического режимов усилителя переменного тока с общим эмиттером.

Цели работы:

1. изучить методику расчета режима покоя графоаналитическим методом;

2. изучить методику расчета динамического режима с использованием схем замещения;

3. ознакомиться с возможностями моделирования, предоставляемыми программным пакетом MicroCAP .

Порядок выполнения работ:

1. Расчету подлежит схема на рисунке 1. Полярность источника питания должна быть изменена, если в варианте задан транзистор структуры p–n–p.

₂. Параметры элементов усилителя следует взять в таблице 1 (согласно назначенному варианту). Источник – синусоидальный:

3. Постройте семейства входных и выходных вольтамперных характеристик заданного транзистора в программе Microcap 7, распечатайте и используйте в графоаналитическом методе расчета.

4. На принципиальной схеме усилителя следует выбрать и обозначить положительные направления токов и напряжений. Обозначения должны учитывать разделение их на постоянную и переменную составляющие.

5. Рассчитайте графоаналитическим методом постоянные составляющие токов и напряжений на всех элементах схемы (включая конденсаторы).

6. Используя пакет Microcap 7 (пункт DC меню Analysis), повторите расчет пункта 5. Сравните результаты, полученные 2 способами.

7. В точке покоя рассчитайте параметры Т-образной схемы замещения транзистора.

8. Рассчитайте входное (), выходное () сопротивления, коэффициенты усиления по току (), по напряжению () и по мощности

(), которыми обладает усилитель на средних частотах.

9. Используя пакет Microсap 7 (пункт AC меню Analysis), постройте ЛАЧХ и ЛФЧХ усилителя, определите нижнюю и верхнюю частоты полосы пропускания, а также ,,,,. Сравните результаты, полученные разными способами.

10. Проведите анализ работы усилителя с ОЭ в диапазонах низких, средних и высоких частот. Постройте структурную схему усилителя, ограничившись только звеньями первого порядка. Используя структурную схему, постройте асимптотические ЛАЧХ и ЛФЧХ. Асимптотические характеристики нарисуйте поверх более точных, рассчитанных в пункте 9. Сравните результаты полученные разными способами.

11. Используя пакет Microcap 7 (пункт Transient меню Analysis):

• Постройте осциллограммы ,,,,,,,,,,, соответствующие параметрам источника, заданным в таблице 1. Совместите осциллограммы по времени. С помощью построенных диаграмм проанализируйте происходящие в усилителе процессы, обращая особое внимание на фазы и амплитуды сигналов, нелинейные искажения.

• Постройте реакцию усилителя на ступенчатый импульс на входе. При этом амплитуда импульса должна быть выбрана максимальной, но так чтобы ни на каком этапе переходного процесса усилитель не входил в насыщение или отсечку. Проанализируйте форму выходного сигнала и происходящие в усилителе процессы.

• Подберите амплитуду синусоидального входного сигнала так, чтобы в выходном напряжении наблюдались искажения, связанные со входом транзистора в насыщение и отсечку. Определите уровни выходного напряжения отсечки и насыщения, укажите их на временной диаграмме. Определите максимальное входное напряжение, при котором искажения насыщения и отсечки отсутствуют.

Решение задания 1:

1. Расчёту подлежит схема однокаскадного усилителя с оэ, приведенная на рисунке 1.

Рисунок 1 – Принципиальная схема исследуемого усилителя

_2. Параметры элементов данного усилителя указаны в таблице 1.

Таблица 1 – Параметры элементов данного усилителя

№ вар	ЕГMAX, мВ	f0, кГц	rГ, Ом	R1 , кОм	R2 , кОм	RК , кОм	RЭ1 , Ом	RЭ2 , кОм	RН , кОм	С1, мкФ	С2, мкФ	СЭ, мкФ	Сн, нФ	ЕП, В	Транзистор	Диапазон частот ЛАЧХ
16	200	1	100	51	12	1	91	0.15	5.1	22	47	200	10	10	BC848C	0.01Гц 10МГц

Справочные параметры транзистора BC848C приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Справочные параметры транзистора BC848C

Структура	Uкб макс, В	Uкэ макс, В	Uэб макс, В	Iк макс, мА	Pк макс, мВт	Fгр, МГц	Ск, пФ	t, °C
n-p-n	30	30	5	100	200	300	6	150

3. Входные и выходных вольтамперные характеристики транзистора BC848C построенные в программе MicroCAP 9 изображены на рисунках 2, 3.

Рисунок 2 – Входные ВАХ транзистора BC848C

Рисунок 3 – Выходные ВАХ транзистора ВС848С

4. Принципиальная схема усилителя с обозначенными положительными направлениями токов и напряжений на схеме, с учётом их разделения на постоянные и переменные составляющие показана на рисунке 4.

5. Графоаналитический расчёт постоянных составляющих токов и напряжений всех элементов схемы.

При расчёте постоянных составляющих токов и напряжений следует учитывать то, что сопротивление конденсатора постоянному току равно бесконечности, следовательно, постоянные токи ветвей, содержащих конденсаторы С₁, С₂, С_э равны нулю. Согласно этому утверждению, схему, приведенную на рисунке 4 можно упростить до схемы, приведенной на рисунке 5.

Рисунок 4 – Схема задания 1 с обозначенными положительными направлениями токов и напряжений и полярностью включения электролитических конденсаторов

Рисунок 5 – Упрощенная схема усилителя для анализа по постоянному току

Для анализа схемы по постоянному току следует упростить приведенную на рисунке 5 схему до схемы, приведенной на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема с эквивалентными преобразованиями

В упрощенной схеме:

Строим линию нагрузки на выходных характеристиках, уравнение которой можно найти по второму закону Кирхгофа для контура II (рисунок 6):

Поскольку , то можно записать:

, откуда

. (1)

Выражение (1) есть уравнение нагрузочной прямой. Точки пересечения с осями I_к и U_кэ:

Точка 1: (), точка 2: ()

мА

Точка 1: (), точка 2: ()

Соединяя точки 1 и 2, получим линию нагрузки (рисунок 8).

Искомое решение лежит на линии нагрузки, поскольку она является геометрическим местом точек покоя. Случайным образом на нагрузочной прямой зададим точку и определим ее координаты: I_к, I_б. Чтобы найти координату U_бэ, необходимо составить уравнение по второму закону Кирхгофа для I контура (рисунок 6).

, учитывая что, получаем

(2)

Пусть в точке 3: ,тогда .

По формуле (2) находим:

В координатных осях входных характеристик откладывается точка 3 ().

Аналогично находим точку 4: ,тогда .

По формуле (2) находим:

В координатных осях входных характеристик откладывается

точка 4 ().

Точка 5, в которой пересекаются входная ВАХ и линия, соединяющая точки 3 и 4, - точка покоя заданного каскада. По координатам точки 5 на входных и выходных ВАХ находим:

,

,

Рисунок 7 – Определение места положения точки покоя на входных ВАХ

Рисунок 8 – Определение места положения точки покоя на выходных ВАХ

Теперь определим постоянные составляющие токов и напряжений на остальных элементах схемы:

,,,,,

6. Теперь при помощи программы MicroCap 9 (рисунок 9) требуется рассчитать те же постоянные составляющие токов и напряжений на всех элементах цепи. Полученные данные сведены в таблицу 4.

_{Рисунок 9 – Расчёт усилителя при постоянном токе сделанный в MicroCap 9}

_{Таблица 4 – Результаты расчёта постоянных составляющих токов и напряжений}

	, В	, В	, В	, В	, В	, В	, В	, В	, В	, В	, В	, В
Граф. расчет	8,182	1,818	4,75	0,433	0,714	0	1,818	5,282	0,714	0	4,135	0,671
MicroCAP	8,184	1,816	4,738	0,432	0,712	0	1,816	5,262	0,712	0	4,118	0,672
	,мкА	,мкА	, мА	, мА	, мА	, А	, А	, А	, А	, А	, мА	, мкА
Граф. расчет	160,672	151,5	4,75	4,759	4,759	0	0	0	0	0	4,75	9,172
MicroCAP	160,478	151,3	4,738	4,748	4,748	0	0	0	0	0	4,738	9,178