Широкополосный усилитель - Курсовая работа

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)Целью курсовой работы является составление и расчет принципиальной схемы широкополосного усилителя на операционных усилителях, выбор электрических компонентов, расчет отношения сигнал/шум и коэффициента гармоник, анализ частотных свойств полученного устройства. Особенно широкое применение усилители имеют в радиосвязи и радиовещании, радиолокации, радионавигации, радиопеленгации, телевидении, звуковом кино, дальней проводной связи, технике радиоизмерений, где они являются основой построения всей аппаратуры. Операционный усилитель (ОУ) способен обеспечить достаточный, стабильный коэффициент усиления, сформировать амплитудно-частотную характеристику и др.По данным технического задания найдем коэффициент передачи (усиления) по напряжению проектируемого усилителя, который определяется отношением: (2.1) где - полный коэффициент усиления;Для многокаскадного усилителя гармонических сигналов в первую очередь распределяется по каскадам заданный коэффициент частотных искажений в области верхних частот .Для усилителей гармонических сигналов операционные усилители выбираются по трем основным параметрам, которые приводятся в паспорте ОУ [1]. Рассчитаем требуемый параметр для операционного усилителя для входного каскада: (2.3) где требуемая граничная частота j-го каскада.Выходной каскад изображен на рисунке 3.1 Для инвертирующего каскада (рисунок 3.1) коэффициент усиления рассчитывается по формуле: (3.1) где сопротивление резистора на входе инвертирующего каскада; Выберем номиналы резисторов с учетом допуска , чтобы удовлетворяло рассчитанному коэффициенту усиления: Номиналы резисторов: Выберем номиналы сопротивлений в соответствии со справочными данными [1]: =C2-23-0.062-2 КОМ±5% - ОЖО.467.104.ТУ; Входной каскад представлен на рисунке 3.2.Для определения требуемых номиналов емкостей конденсаторов допустимые линейные искажения разбиваются на части, соответствующие числу конденсаторов. Для усилителей заданный коэффициент частотных искажений на нижней частоте складывается из суммы парциальных коэффициентов частотных искажений Требуемая емкость разделительного конденсатора должна рассчитываться исходя из неравенства: (3.3) где сопротивление слева, сопротивление справа. Для первой и второй разделительных емкостей сопротивление слева можно не учитывать, так как выходное сопротивление ОУ мало, поэтому учитывается только сопротивление справа, а именно (КОМ). Определим искажения вносимые конденсатором (рисунок 3.3): (3.5) где постоянная времени;Оценка коэффициентов гармоник для одного каскада производится по формулам: (3.7) где частота сигнала, для которой оценивается уровень гармоники в выходном искаженном сигнале каскада; глубина обратной связи в каскаде для гармоники сигнала; максимально достижимая амплитуда выходного напряжения на частоте сигнала ; Если максимально достижимая амплитуда выходного напряжения на частоте сигнала больше напряжения питания, то принимают равным напряжению питания .Для описания шумовых свойств каскада используют эквивалентную шумовую модель, представленную на рисунке 3.4. Отношение сигнал/шум рассчитывается по формуле: (3.12) Эквивалентная спектральная плотность напряжения шума от всех источников, приведенная к входу, определяется выражением: (3.13) где генератор спектральной плотности шумовой ЭДСРегуляторы усиления в аналоговых устройствах используются для следующих целей: регулировка уровня выходного сигнала устройства при номинальном уровне входного сигнала; В случае совместного использования плавных и ступенчатых регуляторов дискрет регулировки ступенчатого регулятора выбирается равным диапазону регулировки плавного регулятора. Ступенчатые регуляторы обычно ставятся на входе устройства для расширения динамического диапазона входных сигналов, обрабатываемых аналоговым устройством.Ступенчатая регулировка на осуществляется с помощью делителя напряжения, который устанавливается на вход неинвертирующего каскада (рисунок 4.1). Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включенных резистора и , подключенных к источнику напряжения U. Поскольку резисторы соединены последовательно, то ток через них будет одинаков в соответствии с Первым законом Кирхгофа.Для того чтобы реализовать плавную регулировку усиления промежуточный инвертирующий каскад должен обладать коэффициентом усиления 10 (). Плавный регулятор усиления представляет собой переменный резистор, который включается в цепь обратной связи. Из формулы коэффициента усиления для инвертирующего каскада следует, что коэффициент передачи входного инвертирующего каскада прямо пропорционален увеличению сопротивления переменного резистора.Моделирование широкополосного усилителя проводилось в среде Qucs 0.0.17. Принципиальная схема представлена на рисунке 5.1 На рисунке 5.

Содержание

Введение

1. Составление структурной схемы устройства

1.1 Определение числа каскадов и составление структурной схемы

1.2 Распределения линейных искажений по каскадам

1.3 Выбор операционного усилителя

2. Электрический расчет цепи

2.1 Расчет сопротивлений резисторов, выбор номиналов

2.2 Расчет емкостей

2.3 Расчет коэффициентов гармоник

2.4 Расчет отношения сигнал/шум

3. Расчет регуляторов усиления

3.1 Понятие регуляторов усиления

3.2 Ступенчатая регулировка

3.3 Плавная регулировка

4. Моделирование широкополосного усилителя

Заключение

Список использованных источников

Приложения