Разработка электрических схем усилителей на биполярных транзисторах

КРСОВАЯ РАБОТА

Целью курсовой работы является применение теоретических знаний, полученных при изучении курса общая электротехника и электроника.

Тематика курсовых работ.

· Расчет схем на биполярных транзисторах ОЭ, ОК, ТК:

· Расчет активных фильтров на ОУ (ФНЧ, ФВЧ, ФП):

· Разработка принципиальных электрических схем на цифровых микросхемах серии ТТЛ.

Содержание работ, выполняемых в курсовой работе:

· Разработка в соответствии с заданием принципиальной электрической схемы;

· Расчёт элементов принципиальной электрической схемы.

Проект состоит из пояснительной записки и графической части принципиальной электрической схемы на цифровых микросхемах ТТЛ КР1533 и перечня элементов.

 

1.1 Графическая часть проекта

Графическая часть проекта для принципиальной электрической схемы на цифровых микросхемах выполняется на формате А3, перечень элементов на формате А4.

На листах формата А4 должны быть представлены виртуальная модель разработанной принципиальной электрической схемы ввода – вывода в программе Multisim 8 – 10 и временные диаграммы, полученные на логическом анализаторе программы.

листе должны быть показаны таблица подключения выводов питания микросхем,пример которой показан на рис. 1, а также низкочастотный и высокочастотный фильтры по питанию (рис. 2).

Перечень элементов принципиальной электрической схемы представляется как отдельный документ в приложении к ПЗ. На рис. приведён пример принципиальной электрической схемы устройства ввода – вывода управляющих сигналов.

 

Позиционное обозначение микросхем	UCC, 5 В	GND
DD1, DD3, DD5, DD7
DD2, DD4, DD8 – DD10

Рис.1

 

1.2 Расчетная часть проекта.

 

1.2.1 Примеры расчётов заданий к таблицам 1 – 6.

Задание 1.

Разработка электрических схем усилителей на биполярных транзисторах

 

Пример1 (таб.1)

Разработать усилитель на биполярном транзисторе в схеме с общим эиттером по схеме рис.2.

 

Рис. 2

 

Исходные данные согласно вариантам таб.1.

 

№ п/п	Ус - ль	Тр - р	FFH, Гц	IK,mA	H21Э	UП, В
#	ОЭ	2N3905

 

Усилитель имеет входное сопротивление R_g = 3 кОм и обеспечивает эффективное значение выходного напряжения не менее 2 В эфф. на нагрузке 30 кОм.

В цепь эммитера включен резистор R_Э, через который осуществляется отрицательная обратная связь (ООС) по току, обеспечивающая высокую термостабильность.

Для эффективной термостабилизации рабочей точки падение напряжения на резисторе R_Э выбирают 1 – 2 В. Применение базового делителя на резисторах R1, R2 позволяют рассчитать положение рабочей точки транзистора без подбора его h_21Э (при расчете базового делителя ориентируются на минимальное значение h₂₁ (для выбранного транзистора).

_· Определяем напряжение на коллекторе U_КЭ: U_КЭ = 0,5U_П.

_· Находим R_K = U_КЭ / I_K.

_· Задаемся падением напряжения на резисторе R_Э = 2В. Тогда R_Э / I_K.

_· Определяем ток базы: I_Б = I_K / h_21Э.

_· Выбираем ток делителя напряжения через резисторы R1. R2: I_D = I_Б×10.

_· Определяем потенциал на U_Б = U_Э + 0,6.

_· Находим R1: R1 = (U_П – U_Б) / I_D.

_· Находим R2: R2 = U_Б / I_D.

_· Находим R_ВХ: R_ВХ = r_БЭ II R1 II R2. r_БЭ =(h_21Э × U_T) / I_K; U_T = 26 mV.

_· Находим R_ВЫХ: R_ВЫХ = R_K II r_CE; r_CE = U_Y / I_K; U_Y = 80 – 200 B.

_· Находим коэффициент усиления К_U: K_U = R_K II r_CE.

_· Определяем ёмкость конденсаторов С1, С2, С3. Значение определяется по нижней частоте F_FH – минимальной частоте. Поскольку схема содержит 3 фильтра верхних частот, то нужно выбрать частоту среза в пределах до f_МИН. f_МИН = F_FH / .

С1 = 1 / (2πf_МИН(R_g + R_ВХ)).

С2 = I_K×2πf_МИНU_T.

C3 = 1 / 2πf_МИН(R_ВХ + R1).

 

Перечень элементов

 

Поз. Обозначе-ние	Наименование	Кол.	Примечание
С1	Конденсатор К10 – 17 – 2Б 0,01 мкФ
С2	Конденсатор К50 – 53 – 16 мкФ – 16 В
С3	Конденсатор К10 – 17 – 2Б 0, 056 мкФ
R1	Резистор С1 – 4 0,125 Вт 27 кОм 5 %
VT1	Транзистор 2N3905

 

 

Пример 2 (таб.2)

Разработать усилитель с общим коллектором (эмиттерный повторитель) по схеме рис.3

Рис. 3

Исходные данные согласно вариантам таб. 2.

 

Таблица 2

№ п/п	Тип усилителя	Тр - р	IЭ, mA	h21Э	FLH, Гц	UП, В
#	ОК (ЭП)	2N3905	1,5

 

Усилитель имеет входное сопротивление R_g = 30 кОм.

· Выбираем U_Э. Для получения симметричного сигнала без среза необходимо, чтобы выполнялось условие U_Э = 0,5 U_П.

· Выбор резистора R_Э. Ток покоя составляет I_Э. R_Э = U_Э / I_Э.

· Выбираем I_D = I_Э / 10.

· Находим R1: R1 = (U_П – U_Б) / I_D. U_Б = U_Э + 0,6.

· Находим R2: R2 = U_Б / I_Э.

· Находим R_ВХ: R_ВХ = h_21Э × R_Э.

· Находим R_ВЫХ: R_ВЫХ = U_T / I_Э.

· /Находим коэффициент усиления К_U: K_U = h_21Э / (1 + h_21Э).

· Определяем ёмкости конденсаторов С1, С2. Значение определяется по нижней частоте F_FH – минимальной частоте. Поскольку схема содержит 2 фильтра верхних частот, то нужно выбрать частоту среза в пределах до f_МИН. f_МИН = F_FH / . С1 = 1/ (2πf_МИН(R_g + R_ВХ)).

C2 = 1 / 2πf_МИН(R_ВХ + R1).

 

Перечень элементов

 

Поз. Обозначе-ние	Наименование	Кол.	Примечание
С1	Конденсатор К10 – 17 – 2Б 0,01 мкФ
С2	Конденсатор К10 – 17 – 2Б 0, 056 мкФ
R1	Резистор С1 – 4 0,125 Вт 27 кОм 5 %
VT1	Транзистор 2N3905

 

Пример 3 (таб.3)

Рассчитать параметры транзисторного ключа на биполярном транзисторе рис.4, переходную характеристику t_ЗД, t_Ф , t_РАС, t_СП и изобразить переходные процессы при прямоугольном входном сигнале.

Рис. 4

Входное напряжение U_Б = 2,4 В. С_ЭК = С_Э + С_К, С_Э = С_К. Построить переходную характеристику в ключе с ОЭ.

 

Исходные данные согласно вариантам таб. 3.

Таблица 3

№ п/п	Усилитель	Тип тр – ра	IK, mA	h21Э	fГР, МГц C Э пФ UП В
#	ТК	2N3905			150 5 10

 

Найдём параметры входной цепи транзистора, обеспечивающие включенное состояние транзистора.

_· Определяем напряжение U_KK: U_KK = 0,5 U_П.

_· Определяем R_K: R_K = U_KK / I_K.

_· Определяем I_К.НАС: I_К.НАС = U_П / R_KK.

_· Определяем I_Б.НАС: I_Б.НАС = (I_К.НАС / h_21Э)q; q – коэффициент насыщения 1,5.

_· Находим сопротивление управляющего резистора R_Б, обеспечивающего включение транзистора R_Б.

R_Б = (U_Б – U_БЭ) / I_Б.НАС; U_БЭ = 0,6 В.

· Определяем t_ВКЛ = t_ЗД + t_Ф.

t_ЗД = τ_ЗДln(U_Б /(U_Б –U_Б.Э); τ_ЗД = R_Б(С_К + С_Э).

t_Ф = τln(h_21Э I_БНАС / (h_21Э I_БНАС – I_К.НАС); τ = 1 / 2π×f_ГР

· Определяем t_ВЫК = t_РАС + t_СП.

T_РАС = τ ln((q_НАС + 1) /2).

T_СП = τ ln(I_К.НАС/h_21Э)/I_Б

Перечень элементов

Поз. Обозначе-ние	Наименование	Кол.	Примечание
R1	Резистор С1 – 4 0,125 Вт 22 кОм 5 %
R2	Резистор С1 – 4 0,125 Вт 3,3 кОм 5 %
VT1	Транзистор 2N3905

 

Рис. 5 Переходные характеристики в ключ

 

Задание 2