Расчёт и моделирование частотно-избирательного усилителя низких частот

Содержание

1Состав и анализ принципа работы схемы…………………………………...3

2 Расчет УНЧ…………………………………………………………………....5

3 Расчет ФНЧ 8-го порядка…………………………………………….…….11

     4 Экспериментальная часть………………………………………………..…15

5 Выводы……………………………………………………….………………17

Список использованных источников……………………………..……………..18

ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………..…………….19

1. Состав и анализ принципа работы схемы

В данной курсовой работе необходимо смоделировать и рассчитать частотно-избирательный усилитель низких частот. Структурная схема данного устройства представлена на рисунке 1.[pic 1]

Рисунок 1 – Структурная схема частотно-избирательного усилителя

Число усилителей зависит от величины необходимого коэффициента усиления. Буферный каскад служит для согласования структурных элементов схемы.

Согласно заданию в схеме в качестве входного сигнала используется генератор переменного напряжения с амплитудой 0,4 мВ, а амплитуда выходного напряжения - 0,9 В. Отсюда следует, что коэффициент усиления всей схемы - ес/Uвых=2250. Учтём то, что в схеме присутствует фильтр низких частот с аппроксимацией по Баттерворту. Учитывая заданные параметры ФНЧ: Mc=-1 дБ (соответственно αс=-Мс=1 дБ), Mз=-10 дБ(соответственно αз=-Мз=10 дБ), fc=16 кГц, fз=20 кГц, - порядок фильтра составит ≈8. Если принять коэффициент усиления каждого звена второго порядка ФНЧ равный двум, то коэффициент усиления всего фильтра равен 24=16. Отсюда следует, что коэффициент усиления УНЧ будет равен 2250/16=141,625. Так как полученный коэффициент усиления больше 100, число усилителей n найдем по формуле . Отсюда получим количество усилителей в схеме равное двум, с коэффициентом усиления каждого  [pic 2][pic 3][pic 4]

Исходя из того, что сопротивления источника колебания Ri довольно велико - 100 кОм, для согласования в усилителе по напряжению необходимо, чтобы входное сопротивление буферного каскада должно составлять не менее 10*Ri=1 MОм. Такое входное сопротивление может обеспечить буферный каскад на схеме с общим стоком.

Из порядка фильтра n=8 сделаем вывод, что ФНЧ будет состоять из 4 звеньев второго порядка. Выберем схему на источниках напряжения, управляемых напряжением (ИНУН), схема которого представлена на рисунке 3:[pic 5]

Рисунок 2 – Звено ФНЧ 2-ого порядка на ИНУН

2 Расчет УНЧ

Исходные данные:

датчик: ес=0,4 мВ, Ri=100 кОм;

нагрузка: URn=0,9 В, Rn=1,5 кОм;

усилитель: fнс=80 Гц,Свх=100 пФ.

1. Расчет усилительного каскада

Как было рассчитано выше, коэффициент усиления усилителя К=11,9. Возьмем его с запасом 25%: К=11,9*1,25=14,8. Из этих данных выберем для схемы на ОЭ биполярный маломощный транзистор КТ315А n-p-n типа с коэффициентом передачи тока базы hЭ21=165, Uк-э пред=50 В, Ррасс=300 мВт. Схема на ОЭ представлена на рисунке 4.[pic 6]

Рисунок 3 – Схема усилительного каскада на ОЭ

Начнём с выбора рабочей точки. Рабочую точку выберем таким образом, чтобы обеспечить наибольший коэффициент усиления и минимальное искажение выходного сигнала. Для этого рассчитаем ток коллектора Iк0. В рабочей точке он должен быть больше переменной составляющей коллекторного тока ik m, а она, в свою очередь должна быть в 2…3 раза больше тока нагрузки in m. Из этого следует, что

in m=URn/Rn=0,9/1500=0,6 мА;  ik m=3* in m=1,8 мА;  Iк0=1,5*ik m=2,7 мА.

Согласно выходным характеристикам выберем точку А таким образом, чтобы выходной сигнал полностью располагался на линейном участке.