Широкополосный усилитель - курсовая работа

Широкополосный усилитель - курсовая работа

Объяснительная записка к курсовому проекту по дисциплине “Схемотехника аналоговых устройств”

Студент гр. 180 Т. А. Сизиков

Министерство образования Русской Федерации

ТОМСКИЙ Муниципальный Институт СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты инфы (РЗИ)

РТФ КП 468714.001 ПЗ

2003

Реферат

Курсовой проект 48 стр., 1 табл., 20 рис., 8 ист.

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, РАБОЧАЯ ТОЧКА, ДРОССЕЛЬНЫЙ КАСКАД, ВХОДНАЯ ЦЕПЬ, НАГРУЗОЧНЫЕ Широкополосный усилитель - курсовая работа ПРЯМЫЕ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, ЭМИТТЕРНАЯ Корректировка, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ ТРАНЗИСТОРА, ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ДЖИАКОЛЕТТО.

Объектом разработки является широкополосный усилитель.

Цель данной работы – приобретение практических способностей в расчете усилителей на примере определенной задачки.

В процессе работы выполнялся анализ разных схем реализации усилительного устройства, расчет его характеристик и частей. В итоге была Широкополосный усилитель - курсовая работа разработана схема усилителя, отвечающая требованиям технического задания.

Объяснительная записка выполнена в редакторе текста MicrosoftWorld 2000, а картинки в графическом редакторе PaintBrush.

Техническое задание

Усилитель должен отвечать последующим требованиям:

1 Рабочая полоса частот: 0,8-30 МГц

2 Допустимые частотные преломления

в области нижних частот менее 1,5 дБ

в области верхних частот менее 3 дБ

3 Коэффициент усиления 30 дБ

4 Амплитуда выходного сигнала Uвых=8В

5 Спектр рабочих температур Широкополосный усилитель - курсовая работа: от +25 до +50 градусов Цельсия

6 Сопротивление источника сигнала и нагрузки Rг=Rн=50 Ом

Содержание

1 Введение5

2 Структурная схема усилителя6

2.1 Определение числа каскадов6

3 Рассредотачивание искажений АЧХ6

4 Расчет выходного каскада7

4.1 Расчет рабочей точки7

4.1.1 Расчет рабочей точки для резистивного каскада7

4.1.2 Расчет рабочей точки для дроссельного каскада11

4.2 Выбор транзистора выходного каскада13

4.3 Расчет эквивалентных схем транзистора14

4.3.1 Расчет Широкополосный усилитель - курсовая работа схемы Джиаколетто14

4.3.2 Расчет частотной однонаправленной модели17

4.4 Расчет цепей термостабилизации18

4.4.1 Эмиттерная термостабилизация18

4.4.2 Пассивная коллекторная термостабилизация20

4.4.3 Активная коллекторная термостабилизация21

4.5 Расчет некорректированного каскада24

4.5.1 Анализ каскада в области верхних частот24

4.5.2 Расчет искажений, вносимых входной цепью27

4.6 Расчет частей эмиттерной корректировки29

5 Расчет входного каскада32

5.1 Расчет рабочей точки32

5.2 Выбор транзистора входного каскада33

5.3 Расчет эквивалентных схем транзистора33

5.4 Расчет Широкополосный усилитель - курсовая работа схемы термостабилизации34

5.5 Расчет не корректированного каскада35

5.6 Расчет частей эмиттерной корректировки36

5.7 Расчет искажений, вносимых входной цепью38

6 Расчёт коллекторных дросселей и разделительных ёмкостей40

7 Амплитудно-частотная черта усилителя43

8 Заключение45

Перечень использованных источников46

Схема электронная принципная47

Список частей48

1 Введение

В данном курсовом проекте рассчитывается широкополосный усилитель СВЧ. В текущее время такие усилители Широкополосный усилитель - курсовая работа могут применяться в осциллографии, в исследовательских работах прохождения радиоволн в разных средах, в том числе прохождения разных длин волн в городских критериях. Также в ближайшее время очень животрепещуща задачка поиска и обнаружения подслушивающе–передающих устройств (“жучков”). Одним из главных требований в этом случае является обеспечение нужного усиления принимаемого сигнала в Широкополосный усилитель - курсовая работа широкой полосе частот. Но потому что коэффициент усиления транзистора на больших частотах составляет единицы раз, то при разработке усилителя нужно использовать корректирующие цепи, обеспечивающие очень вероятный коэффициент усиления каждого каскада усилителя в данной полосе частот.

2 Структурная схема усилителя 2.1 Определение числа каскадов

Потому что на одном каскаде тяжело воплотить Широкополосный усилитель - курсовая работа усиление 30дБ, то для того, чтоб обеспечить таковой коэффициент усиления, используем сложение 2-ух каскадов. Беря во внимание, что входная цепь ослабляет общий коэффициент усиления всего усилителя считаем, что каждый каскад в среднем даёт усиление в 9 раз, либо 19,085 дБ.


Структурная схема усилителя, представленная на рисунке 2.1, содержит не считая усилительных каскадов источник Широкополосный усилитель - курсовая работа сигнала и нагрузку.

Набросок2.1-Структурная схема усилителя

3 Рассредотачивание искажений АЧХ

Исходя из технического задания, устройство должно обеспечивать преломления в области верхних менее 3дБ и в области нижних частот менее 1.5дБ. Потому что употребляется два каскада, то получаем, что каждый может заносить менее 1.5дБ искажений в общую АЧХ. Потому что самые большие преломления Широкополосный усилитель - курсовая работа в АЧХ усилителя обычно заносит входная цепь, то распределим их с припасом, т.е. YB для каждого каскада возьмем по 0.5дБ а на входную цепь оставим 2дБ.

Эти требования накладывают ограничения на номиналы частей, вносящих преломления.

4 Расчет выходного каскада 4.1 Расчет рабочей точки

Рабочей точкой именуются ток Широкополосный усилитель - курсовая работа и напряжение на активном элементе при отсутствии входного воздействия.

Разглядим две схемы реализации выходного каскада: резистивную и дроссельную. Выбор той либо другой схемы осуществим на базе приобретенных данных расчета. Аспект выбора – рациональные энерго свойства схемы.

4.1.1 Расчет рабочей точки для резистивного каскада

Принципная схема резистивного каскада и эквивалентная схема по Широкополосный усилитель - курсовая работа переменному току представлены на рисунках 4.1,а и 4.1,б соответственно.

Набросок 4.1,а - Принципная схема резистивного каскада Набросок 4.1,б- Эквивалентная схема по переменному току

Сопротивлением по переменному току для резистивного каскада будет являться параллельное соединение сопротивлений Rk и Rн (набросок 4.1,б):

(4.1)

Принимая сопротивление коллекторной цепи транзистора Rk равным сопротивлению нагрузки Rн (Rн = 50 Ом), согласно Широкополосный усилитель - курсовая работа формуле (4.1), получаем:

По известному сопротивлению нагрузки по переменному току и выходному напряжению можно отыскать выходной ток:

(4.2)

В итоге ток равен:

Зная выходное напряжение и ток, определим координаты рабочей точки согласно последующим формулам:

,(4.3)

гдеIко – ток в рабочей точке;

Iвых – выходной ток;

Iост - остаточный ток, принимается равным 0.1*Iвых.

,(4.4)

где Uкэо – напряжение в Широкополосный усилитель - курсовая работа рабочей точке;

Uвых – выходное напряжение;

Uнас - изначальное напряжение нелинейного участка выходных

черт транзистора, выбирается от 1В до 2В.

Полагая Uнас=1.5В, по формулам (4.3) и (4.4) находим:

Напряжение источника питания для схемы, представленной на рисунке 4.1,а, будет составлять сумму падений напряжений на сопротивлении Rк и транзисторе:

.(4.5)

Перепишем выражение (4.5) в последующем виде Широкополосный усилитель - курсовая работа:

.(4.6)

Выражение (4.6) есть ни что другое как уравнение прямой (в этом случае ток Iкo является функцией аргумента Uкэо), которая именуется нагрузочной прямой по неизменному току. В границах этой прямой и будет изменяться рабочая точка.

Для проведения прямой выберем две точки с координатами (Еп,0) и (0,Iкmax):

В сигнальном режиме строится нагрузочная Широкополосный усилитель - курсовая работа ровная по переменному току. Для построения данной прямой зададимся неким приращением тока и подходящим приращением напряжения, беря во внимание, что в этом случае сопротивление нагрузки будет определяться выражением (4.1):

.(4.7)

Для упрощения расчетов примем . Тогда после подстановки в выражение (4.7) числовых значений получаем:

Нагрузочные прямые по неизменному и переменному токам представлены на рисунке 4.2.

Набросок Широкополосный усилитель - курсовая работа 4.2 – Нагрузочные прямые для резистивного каскада

Мощности, рассеиваемая на транзисторе, потребляемая каскадом и выходная, определяются согласно последующим выражениям:

,(4.8)

,(4.9)

.(4.10)

По формулам (4.8), (4.9) и (4.10) вычисляем надлежащие мощности:

Коэффициент полезного деяния (КПД) рассчитывается по формуле

(4.11)

Подставляя в (4.11) числовые значения, получаем:

4.1.2 Расчет рабочей точки для дроссельного каскада

В отличие от предшествующего каскада дроссельный имеет Широкополосный усилитель - курсовая работа в цепи коллектора заместо сопротивления Rк дроссель Lдр.

Принципная схема дроссельного каскада и эквивалентная схема по переменному току представлены на рисунках 4.3,а и 4.3,б соответственно.


Набросок 4.3,а- Принципная схема дроссельного каскада Набросок 4.3,б- Эквивалентная схема по переменному току

Так как для сигнала дроссель является холостым ходом, то в этом случае сопротивление нагрузки по Широкополосный усилитель - курсовая работа переменному току будет равно сопротивлению нагрузки:

Расчет рабочей точки делается по этим же выражениям, что и для предшествующего каскада.

По формуле (4.2) рассчитаем выходной ток:

Тогда согласно выражениям (4.3) и (4.4) рабочая точка будет иметь последующие координаты:

Потому что дроссель по неизменному току является короткозамкнутым проводником, то напряжение питания будет Широкополосный усилитель - курсовая работа равным падению напряжения на транзисторе:

Таким макаром получаем все нужные данные для построения нагрузочной прямой по неизменному току.

Для построения нагрузочной прямой по переменному току примем приращение коллекторного тока равным току в рабочей точке:

Тогда согласно выражению (4.7) соответственное приращение напряжения будет равно:

Нагрузочные прямые по неизменному и переменному токам Широкополосный усилитель - курсовая работа представлены на рисунке 4.4.


Набросок 4.4- Нагрузочные прямые для дроссельного каскада

Мощности, рассеиваемая на транзисторе, потребляемая каскадом и выходная, аналогично определяются по выражениям (4.8), (4.9) и (4.10):

Видно, что мощность рассеивания равна потребляемой.

По формуле (4.11) рассчитаем КПД дроссельного каскада:

Проведем сравнительный анализ 2-ух схем. Энерго свойства резистивного и дроссельного каскадов представлены в таблице 4.1.

Параметр Еп, В Ррас, Вт Рпот Широкополосный усилитель - курсовая работа, Вт Iко, мА Uкэо, В h, %
Резистивный каскад 26.6 3.168 9.363 352 9 13.7
Дроссельный каскад 9 1.584 1.584 176 9 40.4

Таблица 4.1 – Энерго свойства резистивного и дроссельного каскадов

Сравнивая энерго свойства 2-ух каскадов, можно прийти к выводу, что лучше взять дроссельный каскад, потому что он имеет меньшее потребление, напряжение питания и ток, также более высочайший КПД.

4.2 Выбор транзистора выходного каскада

Выбор транзистора осуществляется по последующим предельным Широкополосный усилитель - курсовая работа характеристикам:

предельный допустимый ток коллектора

;(4.12)

предельное допустимое напряжение коллектор-эмиттер

(4.13)

предельная мощность, рассеиваемая на коллекторе

;(4.14)

граничная частота усиления транзистора по току в схеме с ОЭ

.(4.15)

Требованиям (4.12), (4.13), (4.14) и (4.15) удовлетворяет транзистор КТ911А [3]. Главные технические свойства этого транзистора приведены ниже.

Электронные характеристики:

-граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц Широкополосный усилитель - курсовая работа;

-статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;

-постоянная времени цепи ОС при UКБ=10В, IЭ=30мА tОС=25пс

-емкость коллекторного перехода при В пФ.

Предельные эксплуатационные данные:

-постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;

-постоянный ток коллектора мА;

-постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт;

-температура перехода .

4.3 Расчет эквивалентных схем транзистора 4.3.1 Расчет схемы Джиаколетто Широкополосный усилитель - курсовая работа

Соотношения для расчёта усилительных каскадов основаны на использовании эквивалентной схемы транзистора, предложенной Джиаколетто, справедливой для области относительно низких частот [4].

Эквивалентная схема Джиаколетто представлена на рисунке 4.5.

Набросок 4.5- Эквивалентная схема Джиаколетто

Зная паспортные данные транзистора, можно высчитать элементы схемы, представленной на рисунке 4.5, согласно последующим формулам [4]:

Проводимость базы вычисляем по формуле

(4.16)

где Ск - ёмкость Широкополосный усилитель - курсовая работа коллекторного перехода;

- неизменная времени цепи оборотной связи. (паспортные данные, в предстоящем - *)

В справочной литературе значения и нередко приводятся измеренными при разных значениях напряжения коллектор-эмиттер . Потому при расчетах значение следует перечесть по формуле

(4.17,а)

где - напряжение , при котором выполнялось измерение ;

- напряжение , при котором выполнялось измерение .

Также следует перечесть ёмкость Широкополосный усилитель - курсовая работа коллекторного перехода для напряжения коллектор-эмиттер, равному напряжению в рабочей точке:

(4.17,б)

Сопротивление эмиттерного перехода рассчитывается по формуле

(4.18)

где Iко - ток в рабочей точке в миллиамперах;

а=3 – для планарных кремниевых транзисторов,

а=4 – для других транзисторов.

Проводимость перехода база-эмиттер рассчитывается по формуле

(4.19)

где - сопротивление эмиттерного перехода;

- статический коэффициент передачи тока в схеме Широкополосный усилитель - курсовая работа с ОЭ (*).

Ёмкость эмиттера рассчитывается по формуле

(4.20)

где fт – граничная частота коэффициента усиления тока базы (*).

Крутизна внутреннего источника рассчитывается по формуле

(4.21)

где - статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ.

(4.22)

Проводимости gБК и gi оказываются много меньше проводимости нагрузки усилительных каскадов, в расчётах они обычно не учитываются.

Подставляя численные значения, по Широкополосный усилитель - курсовая работа формулам (4.16) ¸ (4.22) проводим расчёт частей схемы.

По формулам (4.17а) и (4.17б) пересчитаем ёмкость коллектора для напряжения, при котором измерена неизменная времени цепи оборотной связи, также для напряжения, равного напряжению в рабочей точке:

По формуле (4.16) производим расчет проводимости базы:

По формуле (4.18) производим расчет сопротивления эмиттерного перехода:

Проводимость база-эмиттер вычисляем согласно Широкополосный усилитель - курсовая работа формуле (4.19):

По формуле (4.20) рассчитываем ёмкость эмиттера:

Крутизну внутреннего источника вычисляем по формулам (4.21) и (4.22):

4.3.2 Расчет частотной однонаправленной модели

Однонаправленная модель справедлива в области частот более , где = ( - граничная частота коэффициента передачи тока, - статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером) [4].

Однонаправленная модель транзистора представлена на рисунке 4.6.

Набросок 4.6 – Однонаправленная модель Широкополосный усилитель - курсовая работа транзистора

Элементы схемы замещения, приведенной на рисунке 4.6, могут быть рассчитаны по последующим эмпирическим формулам [4].

Входное сопротивление:

(4.24)

где - сопротивление базы в схеме Джиаколетто (см. набросок.4.5).

Выходное сопротивление:

(4.25)

где UКЭМАХ – предельное значение напряжения коллектор-эмиттер (*);

IКМАХ – предельное значение неизменного тока коллектора (*).

Подставляя в выражение (4.25) числовые значения, получаем:

Выходная ёмкость:

(4.26)

где СК Широкополосный усилитель - курсовая работа – ёмкость коллектора, рассчитанная в согласовании с формулой

(4.17,б)

4.4 Расчет цепей термостабилизации

Существует некоторое количество видов схем термостабилизации [5,6]. Внедрение этих схем находится в зависимости от мощности каскада и требований к термостабильности. В данной работе рассмотрены последующие три схемы термостабилизации: эмиттерная, пассивная коллекторная, активная коллекторная. Нужно сопоставить эффективность использования данных схем.

4.4.1 Эмиттерная Широкополосный усилитель - курсовая работа термостабилизация

Разглядим эмиттерную термостабилизацию, схема которой приведена на рисунке 4.7. Способ расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации тщательно описан в [5,6].

Набросок 4.7 – Схема эмиттерной термостабилизации

Расчет номиналов частей осуществляется по известной методике, исходя из данной рабочей точки.

Рабочая точка довольно агрессивно стабилизирована, если

(4.27)

Номинал резистора RЭ находится по закону Ома:

(4.28)

Емкость СЭ позволяет всему сигналу от Широкополосный усилитель - курсовая работа генератора выделяться на транзисторе. Номинал рассчитывается по формуле:

.(4.29)

Напряжение источника питания будет составлять сумму падений напряжений на транзисторе и резисторе в цепи эмиттера:

(4.30)

Базисный ток в раз меньше тока коллектора:

(4.31)

Выбор тока делителя осуществляется последующим образом:

(4.32)

Расчет номиналов резисторов базисного делителя производим по формулам:

(4.33)

(4.34)

Принимая и Широкополосный усилитель - курсовая работа , согласно выражениям (4.27) – (4.34) производим численный расчет:

Также проведем расчет мощности, рассеиваемой на резисторе RЭ.

4.4.2 Пассивная коллекторная термостабилизация

Этот вид термостабилизации [5,6] применяется в маломощных каскадах и наименее эффективен, чем две другие, так как напряжение отрицательной оборотной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу.

Схема каскада с внедрением пассивной коллекторной термостабилизации представлена на Широкополосный усилитель - курсовая работа рисунке 4.8:

Набросок 4.8 – Схема пассивной коллекторной термостабилизации

Расчет начинают с того, что выбирается напряжение на резисторе Rk:

(4.35)

Номинал резистора RК находится по закону Ома:

(4.36)

Напряжение источника питания будет составлять сумму падений напряжений на транзисторе и резисторе Rk:

(4.37)

Базисный ток в раз меньше тока коллектора:

(4.38)

Расчет номинала резистора Rб делается по Широкополосный усилитель - курсовая работа формуле:

(4.39)

Принимая , согласно выражениям (4.35) – (4.39) производим численный расчет:

Рассеиваемая на резисторе Rk мощность при таковой термостабилизации находится по формуле:

(4.40)

4.4.3 Активная коллекторная термостабилизация

В активной коллекторной термостабилизации употребляется дополнительный транзистор, который управляет работой основного транзистора. Эта схема применяется в массивных каскадах, где требуется высочайший КПД [5,6].

Схема каскада с внедрением активной коллекторной термостабилизации Широкополосный усилитель - курсовая работа представлена на рисунке 4.9.

Набросок 4.9 – Схема активной коллекторной термостабилизации

В качестве управляемого активного сопротивления избран маломощный транзистор КТ361А (на рисунке 4.9 – VT1). Главные технические характеристики данного транзистора приведены ниже [4].

Электронные характеристики:

-статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;

-емкость коллекторного перехода при В пФ.

Предельные эксплуатационные данные:

-постоянное напряжение коллектор Широкополосный усилитель - курсовая работа-эмиттер В;

-постоянный ток коллектора мА;

-постоянная рассеиваемая мощность коллектора при Тк=298К Вт.

При условии, что на резисторе R4 за счет протекания тока покоя транзистора VT2 выделяется напряжение UR4 более 1-го вольта, непостоянность этого тока в спектре конфигурации температуры от минус 60 до плюс 60 градусов не превосходит 2%.

В этом Широкополосный усилитель - курсовая работа случае примем напряжение UR4 равным 1.5 В.

Энергетический расчет схемы делается по последующим формулам:

Напряжение источника питания будет составлять сумму падений напряжений на транзисторе VT2 и резисторе R4 (набросок 4.9):

(4.41)

Рабочая точка транзистора VT1 находится согласно последующим выражениям:

(4.42)

(4.43)

Базисный ток транзистора VT1 и ток делителя R1, R3 рассчитываются соответственно по Широкополосный усилитель - курсовая работа формулам:

(4.44)

(4.45)

Мощности, рассеиваемые на транзисторе VT1 и на резисторе R4, находятся последующим образом:

(4.46)

(4.47)

Расчет номиналов схемы, представленной на рисунке 4.9, делается согласно последующим выражениям:

(4.48)

(4.49)

(4.50)

(4.51)

Подставляя в выражения (4.41) - (4.51) числовые значения, получаем:

Данная схема просит существенное количество дополнительных частей, в том числе и активных. Если СБЛ утратит свои характеристики, то каскад самовозбудится и Широкополосный усилитель - курсовая работа будет не усиливать, а генерировать. Основываясь на проведённом выше анализе схем термостабилизации выберем эмитерную.

4.5 Расчет некорректированного каскада 4.5.1 Анализ каскада в области верхних частот

Принципная схема некорректированного усилительного каскада приведена на рисунке 4.10, а эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 4.10,б.

Набросок 4.10,а – Принципная схема некорректированного каскада

Набросок 4.10,б – Эквивалентная схема по Широкополосный усилитель - курсовая работа переменному току

В согласовании с [8] коэффициент усиления каскада в области верхних частот можно обрисовать выражением:

(4.52)

где К0 – коэффициент усиления в области средних частот (где еще не появляются преломления);

- неизменная времени в области верхних частот.

Рассчитаем коэффициент усиления в области средних частот по формуле:

(4.53)

(4.54)

Крутизна S0 находится по формуле:

(4.55)

При подстановке Широкополосный усилитель - курсовая работа числовых значений в формулы (4.53), (4.54) и (4.55) получаем:

Переведем приобретенный коэффициент усиления из разов в децибелы:

Коэффициент усиления некорректированного каскада вышел больше данного. Но подключение входной цепи (генератора) даст значимые преломления, что приведет к уменьшению коэффициента усиления. Таким макаром, нужна корректировка.

Оценим преломления на частоте, соответственной верхней границе полосы пропускания:

(4.56)

где Широкополосный усилитель - курсовая работа неизменная времени в области верхних частот рассчитывается по формуле

(4.57)

где (4.58)

При подстановке числовых значений в формулы (4.56) - (4.58) получаем:

Переведем приобретенные преломления в области верхних частот из разов в децибелы:

Выходит, что преломления в области верхних частот превосходят данный уровень искажений для 1-го каскада.

4.5.2 Расчет искажений, вносимых входной цепью

Схема Широкополосный усилитель - курсовая работа входной цепи каскада по переменному току приведена на рисунке 4.12, где RГ - внутреннее сопротивление источника сигнала.

Набросок 4.12 - Схема входной цепи некорректированного каскада

При условии аппроксимации входного сопротивления каскада параллельной RC-цепью, коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот описывается выражением [5]:

(4.59)

где , (4.60)

(4.61)

,(4.62)

.(4.63)

Подставляя в формулы (4.59) – (4.63) численные значения, получаем:

Оценим преломления, обусловленные наличием входной Широкополосный усилитель - курсовая работа цепи, на частоте, соответственной верхней границе полосы пропускания:

(4.64)

Переведем приобретенные преломления из разов в децибелы:

Рассчитаем, на какой верхней граничной частоте будут появляться допустимые преломления (0.5дБ) по формуле

(4.65)

Выходит, что преломления, обусловленные наличием входной цепи, существенно превосходят данный уровень. Не считая того, некорректированный каскад не обеспечивает данной Широкополосный усилитель - курсовая работа полосы пропускания.

4.6 Расчет частей эмиттерной корректировки

Принципная схема каскада с эмиттерной корректировкой приведена на рисунке 4.13а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 4.13б, где R1, C1 – элементы корректировки. При отсутствии реактивности нагрузки эмиттерная корректировка вводится для корректировки искажений АЧХ вносимых транзистором, увеличивая амплитуду сигнала на переходе база-эмиттер Широкополосный усилитель - курсовая работа с ростом частоты усиливаемого сигнала.

Набросок 4.13а - Принципная схема каскада с эмиттерной корректировкой

Набросок 4.13а - эквивалентная схема по переменному току

В согласовании с [8], коэффициент передачи каскада в области верхних частот, при выборе частей корректировки и надлежащими хорошей по Брауде форме АЧХ, описывается выражением:

,(4.66)

где ;

- нормированная частота;

;

;

;(4.67)

;(4.68)

- глубина ООС;(4.69)

;(4.70)

;(4.71)

.(4.72)

При данном значении , значение определяется Широкополосный усилитель - курсовая работа выражением:

.(4.73)

Подставляя известные и в (4.1) найдем:

,(4.74)

где .

Входное сопротивление каскада с эмиттерной корректировкой может быть аппроксимировано параллельной RC-цепью [1]:

;(4.75)

.(4.76)

Используя данные, приобретенные при расчет схемы Джиаколетто, и формулы (4.67-4.76), рассчитаем полосу пропускания (верхнюю граничную частоту) усилителя, CВХ и RВХ .

Рассчитаем , , , , каскада с эмиттерной корректировкой, схема которого приведена на рисунке 4.13, для Широкополосный усилитель - курсовая работа нашего транзистора КТ911А (данные транзистора приведены в выше) и критерий:

=0.5 дБ; = 9; RH= 50 Ом.

По известным , и из (4.67), (4.68) получим:

.

Подставляя в (4.69) и (4.73) найдем

Ом;

.

Рассчитывая по (4.72)

и подставляя в (4.70), (4.71) получим:

с;

Ф.

По известным , , , и из (4.74) определим:

=539.4×106Гц=539.4МГц.

По формулам (4.75), (4.76) найдем

=52.5×10-12 Ф=52.5 пФ;

Ом-1.

5 Расчет входного Широкополосный усилитель - курсовая работа каскада 5.1 Расчет рабочей точки

На больших частотах дроссель в цепи коллектора начинает пропускать какую-то часть частотного сигнала, так как увеличивается роль паразитных характеристик (межвитковых ёмкостей). В итоге на внутреннем сопротивлении источника питания могут появиться высокочастотные пульсации. Если эти пульсации попадут на вход усилителя, то устройство может самовозбудиться. Для устранения паразитной Широкополосный усилитель - курсовая работа оборотной связи через источник питания вводят RC – фильтр [8].

Принципная схема входного каскада представлена на рисунке 6.1.

Набросок 5.1 – Принципная схема входного каскада

Выберем падение напряжения на резисторе RФ равное 2.5В. Тогда напряжение в рабочей точке транзистора VT1 уменьшится на эту величину и будет равно

Ток в рабочей точке транзистора входного каскада рассчитаем Широкополосный усилитель - курсовая работа по формуле (5.1):

5.2 Выбор транзистора входного каскада

Для расчета предоконечного каскада возьмем тот же транзистор КТ911А, что был избран в пт 4.2, потому что он на сто процентов удовлетворяет всем требованиям. Его главные характеристики приведены там же.

5.3 Расчет эквивалентных схем транзистора

Так как ток в рабочей точке транзистора оконечного Широкополосный усилитель - курсовая работа каскада имеет другое значение по сопоставлению с током в рабочей точке выходного каскада, то значения частей схемы Джиаколетто тоже поменяются. По формулам (4.18) – (4.22) рассчитаем данные значения:

Расчет эквивалентных схем транзистора входного каскада делается по этим же формулам, которые представлены в пт 4.3.1 и 4.3.2. Схема Джиаколетто и эквивалентная схема замещения однонаправленной частотной Широкополосный усилитель - курсовая работа модели представлены на рисунках 4.5 и 4.6 соответственно.

- сопротивление базисного перехода:

,

- емкость коллекторного перехода в рабочей точке:

- проводимость база-эмиттер:

,

- ёмкость эмиттерного перехода:

,

- выходное сопротивление транзистора:

.

Тогда

,

- входное сопротивление:

,

- выходная ёмкость:

,

- крутизна:

.

5.4 Расчет схемы термостабилизации

Как было сказано в пт 4.4.3, для данного усилителя предпочтительней избрать во всех каскадах эмиттерную термостабилизацию. Её схема представлена на Широкополосный усилитель - курсовая работа рисунке 4.7. Расчёт делается аналогично расчёту выходного каскада. Различием является только то, что коллекторный ток будет иметь другое значение.

Принимая и , согласно выражениям (4.27) – (4.34) производим численный расчет:

напряжение питания:

базисный ток транзистора:

,

ток делителя:

,

резисторы базисных делителей и резистора в цепи эмиттера:

,

,

,

Емкость конденсатора в цепи эмиттера:

Также проведем Широкополосный усилитель - курсовая работа расчет мощности, рассеиваемой на резисторе RЭ.

5.5 Расчет не корректированного каскада

В согласовании с [8] коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением:

,

где ;(5.1)

;(5.2)

;(5.3)

;(5.4)

fB= (5.5)

– входное сопротивление и входная емкость нагружающего каскада.

Значения , входное сопротивление и входная емкость каскада рассчитываются по формулам (2.5), (2.6), (2.7).

По известным и из (2.8) получим:

;

.

По формуле (2.9) определим Широкополосный усилитель - курсовая работа:

Подставляя известные , в соотношение (55) получим

Выходит, что некорректированный входной каскад не обеспечивает нам требуемой полосы.

5.6 Расчет частей эмиттерной корректировки

Набросок 5.2 – Эквивалентная схема входного каскада по переменному току

В согласовании с [8], коэффициент передачи каскада в области верхних частот, при выборе частей корректировки и надлежащими хорошей по Брауде форме АЧХ, описывается выражением:

,(5.6)

где ;

- нормированная частота Широкополосный усилитель - курсовая работа;

;

;

;(5.7)

;(5.8)

- глубина ООС;(5.9)

;(5.10)

;(5.11)

;(5.12)

;(5.13)

– входное сопротивление и емкость нагружающего каскада;

и рассчитываются по (4.55) и (4.58) соответственно.

При данном значении , значение определяется выражением:

,(5.14)

Подставляя известные и в (4.12) найдем:

,(5.15)

где .

Входное сопротивление и входная емкость каскада рассчитываются по соотношениям (4.75) и (4.76).

Рассчитаем , , , , каскада с эмиттерной корректировкой, схема которого приведена на рисунке 4.13, для нашего транзистора Широкополосный усилитель - курсовая работа КТ911А (данные транзистора приведены в выше) и критерий:

=0.5 дБ; = 9; RЭКВ= RВХ=222.22 Ом, СН= СВХ=52.5пФ.

По известным , и из (5.7), (5.8) получим:

.

Подставляя в (5.9) найдем

Ом;

Рассчитывая по (5.12)

и подставляя в (5.13), (5.14) получим:

;

с;

Ф.

По известным , , , и из (15) определим:

=40.19×106Гц=40.19МГц.

По формулам (4.75), (4.76) найдем

=72.38×10-12 Ф=72.38 пФ;

5.7 Расчет искажений, вносимых входной Широкополосный усилитель - курсовая работа цепью

Схема входной цепи каскада по переменному току приведена на рисунке 4.12, где Rг - внутреннее сопротивление источника сигнала.

Расчет ведется по формулам (4.59) – (4.63), приведенным в пт 4.5.2.

Подставляя численные значения, получаем:

Оценим преломления, обусловленные наличием входной цепи, на частоте, соответственной верхней границе полосы пропускания:

Переведем приобретенные преломления из разов в Широкополосный усилитель - курсовая работа децибелы:

Рассчитаем, на какой верхней граничной частоте будут появляться допустимые преломления (2 дБ) по формуле 4.65

Выходит, что преломления, обусловленные наличием входной цепи, удовлетворяют условию задания.

Анализируя все три каскада, можно сказать, что общий коэффициент усиления усилителя будет равен:

Выражая коэффициент усиления в децибелах, получаем:

Усилитель имеет припас по усилению 7.742дБ. Это необходимо для Широкополосный усилитель - курсовая работа того, чтоб в случае ухудшения усилительных параметров коэффициент передачи усилителя не опускался ниже данного уровня, определённого техническим заданием.

6 Расчёт коллекторных дросселей и разделительных ёмкостей

Величина индуктивности дросселя выбирается таким макаром, чтоб переменная составляющая коллекторного тока не ответвлялась в коллекторную цепь. Для этого величина реактивного сопротивления дросселя XL Широкополосный усилитель - курсовая работа должна быть много больше сопротивления нагрузки:

,(6.1)

Дроссель, рассчитанный по формуле (6.1) для выходного каскада будет равен:

Для входного каскада в качестве нагрузочного сопротивления Rн в формуле (6.1) выступает входное сопротивление и сопротивления базисных делителей оконечного каскада:

В схеме усилителя на входе и на выходе каждого каскада ставится разделительный конденсатор для развязки каскадов Широкополосный усилитель - курсовая работа по неизменному току.

Потому что преломления на низких частотах в главном определяются разделительной емкостью, то преломления, приходящиеся на одну емкость равны отношению искажений на нижних частотах на число емкостей N усилителя. В итоге преломления, приходящиеся на одну емкость равны:

Переводя преломления из децибел в разы, получаем:

Расчет τн Широкополосный усилитель - курсовая работа делается по формуле [3]:


(6.2)

где fН - нижняя частота

- нормировае исканныжения в разах.

Номиналы разделительных емкостей можно найти из соотношения:

, где(6.3)

и – эквивалентные сопротивления, стоящие слева и справа от разделительного конденсатора соответственно.

.

Проведем расчет для разделительных конденсаторов.

- , при , RП=100;

- , при

, где

- входное сопротивление и сопротивления базисных делителей оконечного каскада;

- , при

, где

- входное сопротивление и сопротивления Широкополосный усилитель - курсовая работа базисных делителей входного каскада;

Рассчитаем элементы RC-фильтра, служащего для устранения паразитной оборотной связи через источник питания (пункт 6.1) по формулам

(6.4)

где все токи рассчитаны в пт 4.4.1

При подстановке численных значений в формулы (7.4) получаем

Для уменьшения внутреннего сопротивления источника питания и сопротивления соединительных проводов (потому что источник питания часто Широкополосный усилитель - курсовая работа разделен от самого блока усилителя) параллельно включают конденсатор, сопротивление которого на нижней частоте спектра много меньше внутреннего сопротивления источника питания. Ёмкость данного конденсатора рассчитаем по формуле

(6.5)

Полагая сопротивление источника RИСТ = 1Ом, по формуле (6.5) рассчитываем:

7 Амплитудно-частотная черта усилителя

В согласовании с [8], коэффициент передачи выходного каскада в области верхних частот Широкополосный усилитель - курсовая работа, при выборе частей корректировки и надлежащими хорошей по Брауде форме АЧХ, описывается выражением:

,

где ;

- нормированная частота;

;

.

Коэффициент передачи предоконечного каскада в области верхних частот описывается выражением:

,

где ;

- нормированная частота;

;

;

;

– входное сопротивление и емкость нагружающего каскада;

При условии аппроксимации входного сопротивления каскада параллельной RC-цепью, коэффициент передачи входной цепи в области Широкополосный усилитель - курсовая работа верхних частот описывается выражением [5]:

где ,

.

Таким макаром, общий коэффициент передачи усилителя в области верхних частот будет равен:

Потому что преломления на низких частотах в главном определяются разделительной емкостью, то преломления, приходящиеся на одну емкость равны:

τн для всех емкостей схожа, потому общие преломления в области нижних частот будут равны:

Общий Широкополосный усилитель - курсовая работа коэффициент передачи усилителя будет равен:

Нормированный график амплитудно-частотной свойства усилителя представлен на рисунке 7.1

lg(f)
0.841
0.707
40.76МГц
0.8МГц

Набросок 7.1 Нормированная АЧХ усилителя

8 Заключение

В итоге выполненного курсового проекта получена схема электронная принципная широкополосного усилителя. Известны топология частей и их номиналы. Намеченная цель решена в полном объеме.

Рассчитанный усилитель имеет последующие Широкополосный усилитель - курсовая работа технические свойства:

1 Рабочая полоса частот: 0.8-35.4 МГц

2 Линейные преломления

-в области нижних частот менее 3 дБ

-в области верхних частот менее 1,5 дБ

3 Коэффициент усиления 37.742дБ

4 Амплитуда выходного напряжения Uвых=8В

5 Напряжение питания Eп=12В

6 Спектр рабочих температур: от +10 до +40 градусов Цельсия

Перечень источников

1 Красько А.С. Проектирование аналоговых электрических устройств - Томск: ТУСУР, 2000.-29с.

2 Мамонкин И.Г. Усилительные устройства. Учебное Широкополосный усилитель - курсовая работа пособие для вузов - М.: Связь. 1977 г.

3 Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности. Справочник / А.А. Зайцев, А.И. Миркин; Под ред. А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь,1989 – 640 с.

4 Расчет подкорректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах./ Титов А.А –http://www.refe rat.ru Широкополосный усилитель - курсовая работа/referats/015-0030.zip

5 Болтовский Ю.Г. Расчёт цепей термостабилизации электронного режима транзисторов. Методические указания. – Томск: ТИАСУР, 1981 г.

6 Широкополосные радиопередающие устройства / Под ред. О.В. Алексеева. - М.: Связь. 1978.

7 ГОСТ 2.755 – 74 и др. ЕСКД. Обозначения условные и графические в схемах.

8 Титов А.А. Расчет широкополосных усилителей на биполярных транзисторах/ Учебное пособие ,Томск: ТУСУР, 2002.

РТФ Широкополосный усилитель - курсовая работа КП 468714.001 ПЭЗ
Усилитель широкополосный Лит. Масса Масштаб
Изм Лист № докум. Подп. Дата
Разработчик. Сизиков
Проверил Титов А.А.
Т. контроль Лист 47 Листов 48
Схема электронная принципная

ТУСУР, РТФ,

гр. 180

Н. контроль
Утв.
Поз. Обозна-чение

Наименование

Кол.

Примечание

Катушки индуктивности
L1 Индуктивность 183.5мГн ±5% 1
L2 Индуктивность 199мГн ±5% 1
Конденсаторы
С1 КД-2-1.56нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С2 КД-2-260.8пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С3 КД-2-521.5пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С4 КД-2-3.9нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С5 КД-2-26нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С Широкополосный усилитель - курсовая работа6 КД-2-23.7пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С7 КД-2-3.8нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С8 КД-2-227.5нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
Резисторы ГОСТ7113-77
R1 МЛТ – 0.125 – 1.19кОм ±10% 1
R2 МЛТ – 0.125 –757Ом ±10% 1
R3 МЛТ – 0.125 – 154Ом ±10% 1
R4 МЛТ – 0.125 – 23Ом ±10% 1
R5 МЛТ – 0.125 – 11Ом ±10% 1
R6 МЛТ – 0.125 –189Ом ±10% 1
R7 МЛТ – 0.125 – 84Ом ±10% 1
R8 МЛТ – 0.125 – 17Ом ±10% 1
R9 МЛТ – 0.125 –5Ом ±10% 1
Транзисторы
VT1, VT2 КТ911А аА о.339150ТУ 2
РТФ КП Широкополосный усилитель - курсовая работа 468714.001 ПЗ
Усилитель широкополосный Лит. Масса Масштаб
Изм. Лиcт. № докум. Подп. Дата
Разработал Сизиков
Проверил Титов А.А.
Т. контроль Лист 48 Листов 48
Список частей

ТУСУР, РТФ,

гр. 180

Н. контроль
Утв.
Поз. Обозна-чение

Наименование

Кол.

Примечание

Катушки индуктивности
L1 Индуктивность 183.5мГн ±5% 1
L2 Индуктивность 199мГн ±5% 1
Конденсаторы
С1 КД-2-1.56нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С2 КД-2-261пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С3 КД-2-26.1нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С4 КД-2-3.92нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С5 КД-2-523пФ Широкополосный усилитель - курсовая работа ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С6 КД-2-226нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С7 КД-2-3.79нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
С8 КД-2-23.7пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1
Резисторы ГОСТ7113-77
R1 МЛТ – 0.125 – 1.18кОм ±10% 1
R2 МЛТ – 0.125 –759Ом ±10% 1
R3 МЛТ – 0.125 –22.6Ом ±10% 1
R4 МЛТ – 0.125 – 130Ом ±10% 1 R4=Rтс VT 1 -R3
R5 МЛТ – 0.125 – 11Ом ±10% 1
R6 МЛТ – 0.125 –189Ом ±10% 1
R7 МЛТ – 0.125 – 83.5Ом ±10% 1
R8 МЛТ – 0.125 – 4.99Ом ±10% 1
R9 МЛТ – 0.125 –12Ом ±10% 1 R Широкополосный усилитель - курсовая работа9=Rтс VT2 -R8
Транзисторы
VT1, VT2 КТ911А аА о.339150ТУ 2
РТФ КП 468714.001 ПЭЗ
Усилитель широкополосный Лит. Масса Масштаб
Изм. Лиcт. № докум. Подп. Дата
Разработал Сизиков
Проверил Титов А.А.
Т. контроль Лист 48 Листов 48
Список частей

ТУСУР, РТФ,

гр. 180

Н. контроль
Утв.

shifr-blochnoj-perestanovki.html
shifr-disciplini-po-up-annotaciya-osnovnoj-obrazovatelnoj-programmi-napravleniya-podgotovki-071500-narodnaya-hudozhestvennaya.html
shifr-dlya-vipolneniya-kontrolnih-voprosov-k-laboratornoj-rabote.html