Реферат: Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Министерство образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯИ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КАЛИБРОВКИ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХСТАНЦИЙ

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

”Аналоговые электронные устройства (АЭУ)”

 Студент гр.148-3

 _________Д.В. Коновалов

 7.05.2001

 

 Руководитель

 доцент каф. РЗИ

 _________А.А. Титов

 _________

 

Томск 2001

РЕФЕРАТ

Объектом исследования вданной курсовой работе являются методы расчета усилительных каскадов на основетранзисторов.

 Цель работы — приобрестипрактические навыки в расчете усилительных каскадов на примере решения конкретнойзадачи.

 В процессе работыпроизводился расчет различных элементов широкополосного усилителя.

 Пояснительная запискавыполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0.

Техническое задание

 

Исходные данные дляпроектирования широкополосного усилителя калибровки радиовещательных станций:

Диапазон частот: 0.5¸ 50МГц.

Допустимые частотныеискажения 2дБ.

Коэффициент усиления 30дБ.

Выходная мощность Рвых.=20Вт.

Величина нагрузки Rн=50 Ом.

Сопротивление генератора RГ= 50 Ом.

Диапазон рабочих температур:от 0 до +60 градусов Цельсия.

1 ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время усилителиполучили очень широкое распространение практически во всех сферах человеческойдеятельности: в промышленности, в технике, в медицине, в музыке, на транспортеи во многих других. Усилители являются необходимым элементом любых системсвязи, радиовещания, акустики, автоматики, измерений и управления.

При ремонте усилителеймощности, которые входят в состав радиовещательной станции, либо их поверкеиспользуется стандартная измерительная аппаратура с амплитудой выходногосигнала 1 вольт. Поэтому появляется необходимость усиления тестовых сигналов доамплитуды, обеспечивающей стандартный режим работы усилителя мощностирадиовещательной станции. По-другому, такой усилитель называют усилителемраскачки, и к нему предъявляются следующие требования: обеспечение заданногоуровня выходной мощности; широкополосность; повышенный коэффициент полезногодействия; малый уровень нелинейных искажений. При проектировании такогоусилителя необходимо использовать мощные биполярные транзисторы и межкаскадныекорректирующие цепи, которые позволяют достичь требуемых параметров.

2 Определение числа каскадов

 

Число каскадов для любогоусилителя выбирается исходя из того, какой коэффициент усиления должнообеспечивать заданное устройство. Для того чтобы обеспечить коэффициентусиления 30дБ необходимо соединить последовательно три усилительных каскада,так как одним каскадом невозможно достичь такого усиления, который может выдатьпримерно 10-12дБ.

3 Распределение искаженияна ВЧ

 

Допустимые частотныеискажения по заданию равны 2дБ. Исходя из числа усилительных каскадов найдемискажения приходящиеся на каждый каскад:

/>

4 Расчет оконечногокаскада

 

4.1 Расчет рабочей точки

 

Для расчета рабочей точкинайдем выходное напряжение, которое должен выдавать усилитель, воспользовавшисьследующим соотношением:

/>

1. Расчет рабочей точки прииспользовании активного сопротивления Rkв цепи

 коллектора.

/>

/>

2. Расчет рабочей точки прииспользовании дросселяв цепи коллектора.

Схема каскада по переменномутоку приведена на рисунке 4.2.

/>

Результаты выбора рабочейточки двумя способами приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

Eп,<sub/>(В)

Iко, (А)

Uкэо, (В)

Pрасс.,(Вт)

Pпотр.,(Вт)

С Rк

50.5 5 17.5 87.5 252.5

Без Rк

17.5 2.75 17.5 48.1 48.1

Из таблицы 4.1 видно, что дляданного курсового задания целесообразно использовать дроссель в цепиколлектора.

Построим нагрузочные прямые,которые изображены на рисунке 4.4

/>

Рисунок 4.4 – Нагрузочныепрямые по переменному и постоянному току

4.2 Выбор транзистора

/>

Из неравенства (4.10 )определим значения допустимых параметров.

/>

/>

Исходя из полученныхзначений, выберем выходной транзистор КТ930Б с помощью справочника [2].

Транзистор имеет следующиедопустимые параметры:

/>

4.3 Расчет эквивалентныхсхем транзистора

4.3.1 Схема Джиаколетто

Многочисленные исследованияпоказывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор не являетсябезынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазонечастот удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем. Наиболееполные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов ссосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная эквивалентная схема-схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 4.5. Подробное

описание схемы можно найти[3].

/>

Рисунок 4.5 – СхемаДжиаколетто

Достоинство этой схемызаключается в следующем: схема Джиаколетто с достаточной для практическихрасчетов точностью отражает реальные свойства транзисторов на частотах f £0.5fт; при последовательном применении этой схемы и найденных с ее помощью Y — параметров транзистора достигается наибольшее единство теории ламповых итранзисторных усилителей.

Расчитаем элементы схемы,воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами.

/>

где U¢кэосправочное или паспортное значениенапряжения;

/>

/>

/>

 

4.3.2 Однонаправленнаямодель

 

Однонаправленная модель, также как и схема Джиаколетто, является эквивалентной схемой замещениятранзистора. Схема представляет собой высокочастотную модель, котораяизображена на рисунке 4.6. Полное

описание однонаправленноймодели можно найти в [4].

/>

Рисунок 4.6 –Однонаправленная модель

Рассчитаем элементы схемывоспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами.

/>

4.4 Расчет схемтермостабилизации

Выбор схемы обеспеченияисходного режима транзисторного каскада тесным образом связан с температурнойстабилизацией положения рабочей точки. Объясняется это следующим. Важнойособенностью транзисторов является зависимость их вольт-амперных характеристикот температуры р-n переходов и, следовательно, от температуры внешней среды.Это явление нежелательно, так как температурные смещения статическиххарактеристик обуславливают не только изменения усилительных параметровтранзистора в рабочей точке, но и приводят к перемещению рабочей точки.Изменения в положении рабочей точки в свою очередь сопровождаются дальнейшимизменением усилительных параметров, так как последние зависят от режима. Такимобразом, электрические показатели усилителя оказываются подверженными влияниютемпературы и при неблагоприятных условиях могут существенным образомотклониться от нормы.

Для сохранения режима работытранзистора в условиях непостоянства температуры окружающей среды в схемукаскада вводят специальные

элементы температурнойстабилизации. Существует три вида температурной стабилизации: эмиттернаястабилизация, коллекторная стабилизация и активная коллекторная стабилизация.

4.4.1 Эмиттернаятермостабилизация

Одной из распространенныхсхем с обратной связью, предназначенных для стабилизации режима, является схемас эмиттерной стабилизацией [5], которая изображена на рисунке 4.7.

/>

Рисунок 4.7 – Схемаэмиттерной термостабилизации

/>

/>

 

4.4.2 Коллекторнаятермостабилизация

 

  Коллекторная стабилизация является простейшей инаиболее экономичной из всех схем термостабилизации. Стабилизация положения точкипокоя осуществляется параллельной отрицательной обратной связью по напряжению,снимаемой с коллектора транзистора. Полное описание и работу схемы можно найтив книге [5]. Схема коллекторной стабилизации представлена на рисунке 4.8.

/>

Рисунок 4.8 – Схемаколлекторной термостабилизации

/>

4.4.3 Активнаяколлекторная термостабилизация

В данном курсовом проектеиспользована активная коллекторная термостабилизация, которая являетсядостаточно эффективной в мощных усилительных каскадах. Схема активнойколлекторной термостабилизации изображена на рисунке 4.9.

/>

Рисунок 4.9 – Схема активнойколлекторной термостабилизации

VT1 – транзистор КТ814: bо=40, Uкэдоп.=20В, Iк =2.5А;

VT2 – транзистор КТ930Б.

Рассчитаем элементы схемы последующим формулам:

/>

/>

/>

4.5 Расчет корректирующихцепей

4.5.1 Выходнаякорректирующая цепь

Для передачи без потерьсигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому используетсяпоследовательное соединение корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов[6]. На рисунке 4.10 изображен пример построения такой схемы усилителя попеременному току.

/>

Рисунок 4.10 Схема усилителяс корректирующими цепями

Расчеты входных, выходных имежкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещениятранзистора приведенной на рисунке 4.11. Для получения максимальной выходноймощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемоесопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора, равноепостоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Это можно реализовать,включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот, используемый вкачестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 4.11.

/>

Рисунок 4.11 – Схема выходнойкорректирующей цепи

Выходную корректирующую цепь можнорассчитать с использованием методики Фано, которая подробно описана вметодическом пособии [6]. Зная Свых и можно рассчитать элементы L1и C1 .

/>

4.5.2 Межкаскаднаякорректирующая цепь

Как упоминалось ранее, дляпередачи сигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому, отисточника сигнала на вход первого усилительного элемента и от выходной цепипоследнего усилительного элемента в нагрузку применяют различные схемы,называемые межкаскадными корректирующими цепями (МКЦ). Эти схемы одновременнослужат и для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов, атакже придания усилителю определенных свойств.

Существуем множество различныхсхем МКЦ, но в данном курсовом проекте используется межкаскадная корректирующаяцепь третьего порядка, которая изображена на рисунке 4.12.

Межкаскадная корректирующаяцепь третьего порядка обеспечивает достаточно хорошее согласование междуусилительными элементами и способствует максимальной отдачи выходной мощностиусилительного элемента в нагрузку.

/>

Рисунок 4.12 – Каскад смежкаскадной корректирующей цепью

третьего порядка

В качестве усилительногоэлемента VT2 используется транзистор КТ930А.

Расчет межкаскаднойкорректирующей цепи третьего порядка производится по следующей методике.

В начале расчета определяютнеравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) приходящейся накаждый каскад. Затем из таблицы, которая находится в методическом пособии [6]по неравномерности АЧХ определяют коэффициенты а1, а2,,а3. После находят нормированные значения Свых.н, Lвх.н и Rвх.н по следующим формулам:

/>

Для нахождения нормированныхзначений С1, С2, L1 рассчитываютследующие коэффициенты:

/>

/>

/>

Рассчитаем межкаскаднуюкорректирующую цепь между выходным и предоконечным каскадом. Для этогопредставим схему приведенную на рисунке 4.12 в виде эквивалентной схемыизображенной на рисунке 4.13.

Рассчитаем элементы МКЦ.

Значения выходных параметровтранзистора КТ930А возьмем из пункта 5.2, где рассчитана эквивалентная схемаэтого транзистора.

КТ930А: Cвых.=78.42 пФ;. Rвых.= 8.33 Ом.

/>

Рисунок 4.13 – Эквивалентнаясхема каскада

/>

/>

Неравномерность АЧХприходящейся на каждый каскад составляет 0.7дБ. Из таблицы находящейся вметодическом пособии [6] коэффициенты а1, а2,, а3будут равны:

/>

/>

5 Расчет предоконечногокаскада

5.1 Расчет рабочей точки

/>

5.2 Расчет эквивалентнойсхемы транзистора

В качестве эквивалентнойсхемы расчитаем однонаправленную модель транзистора.

Рассчитаем элементы схемы,воспользовавшись справочными данными и формулами приведенными в пункте 4.3.2.

/>

/>

Входную индуктивностьопределим по формуле 4.19.

Определим входноесопротивление по формуле (4.12), для этого найдем Скпринапряжении Uкэ = 10В воспользовавшись формулой (4.11.)

/>

5.3 Расчет схемытермостабилизации

В предоконечном каскадеиспользуется схема активной коллекторной термостабилизации.

Рассчитаем элементы схемы воспользовавшисьформулами приведенными в пункте 4.4.3 и рисунком 4.9.

 Выберем напряжение UR4=1Ви расчитаем значение резистора R4 по формуле (4.32).

/>

5.4 Расчет межкаскаднойкорректирующей цепи

Расчитаем межкаскаднуюкорректирующую цепь между входным и предоконечным каскадом. Эквивалентная схемаизображена на рисунке 5.1.

/>

Рисунок 5.1 – Эквивалентнаясхема каскада

В качестве усилительногоэлемента VT1 используется транзистор КТ916А.

Рассчитаем элементы МКЦ.

Значения выходных параметровтранзистора КТ916А возьмем из пункта 6.2, где рассчитана эквивалентная схемаэтого транзистора.

/>

Нагрузкой для предоконечногокаскада является параллельное соединение Rвых.транзистора и R1.Где R1– сопротивление,входящее в межкаскадную корректирующую цепь, рассчитанное в пункте 4.5.2.

/>

/>

/>

6 Расчет входного каскада

6.1 Расчет рабочей точки

В качестве входного каскадаиспользуется транзистор КТ916А. Напряжение в рабочей точке будет равно:

/>

Ток в рабочей точкеизменяется в соответствии с коэффициентом усиления межкаскадной корректирующейцепи, которая рассчитана в пункте 5.4.

/>

6.2 Расчет эквивалентнойсхемы транзистора

В качестве эквивалентнойсхемы расчитаем однонаправленную модель транзистора.

Рассчитаем элементы схемы,воспользовавшись справочными данными и формулами приведенными в пункте 4.3.2.

/>

6.3 Расчет схемытермостабилизации

В входном каскадеиспользуется схема активной коллекторной термостабилизации.

Рассчитаем элементы схемывоспользовавшись формулами приведенными в пункте 4.4.3 и рисунком 4.9.

/>

6.4 Расчет входнойкорректирующей цепи

В качестве входнойкорректирующей цепи используется межкаскадная корректирующая цепь третьегопорядка. Эквивалентная схема изображена на рисунке 5.1.

/>

Рисунок 5.1 – Эквивалентнаясхема каскада

Рассчитаем элементы МКЦ.

Выходными параметрами вданном случае будут являться параметры генератора.

Свых=0;

Rвых=Rr=50 Ом

Значения входных параметровтранзистора КТ916А возьмем из пункта 6.2.

КТ916А:

/>

Нагрузкой для входногокаскада является параллельное соединение Rвых.транзистора и R1. Где R1– сопротивление,входящее в межкаскадную корректирующую цепь, рассчитанное в пункте 5.4.

/>

/>

/>

7 Расчет разделительных иблокировочных конденсаторов

Рассчитаем разделительныеконденсаторы по следующей формуле:

/>

(7.1)

где –искажения приходящиеся на каждый конденсатор;

 R1 –выходное сопротивление транзистора;

 R2 –сопротивление нагрузки;

В нашем случае числоразделительных конденсаторов будет равно четырем. Расчитаем разделительныеконденсаторы С1, С6, С11, С16, которые изображены на принципиальной схеме (см. Приложение А). Искажения,приходящиеся на каждый конденсатор, будут равны:

/>

Тогда искажения в областинизких частот найдем по формуле:

/>

Найдем значение конденсаторовС1, С6, С11, С16 поформуле (7.1).

/>

/>

/>

Блокировочные конденсаторы С4, С9, С14 , определим из следующего условия:

/>(7.2)

/>

где R – это сопротивление R2в схеме активной коллекторной термостабилизации.

/>

/>

/>

8 Заключение

В результате работы былрассчитан усилитель, который имеет следующие параметры:

1.Рабочая полоса частот 0.5 –50МГц.

2.Допустимые частотныеискажения 2дБ.

3.Коэффициент усиления 44дБ.

4.Питание Еп =20В.

5.Выходная мощность Рвых.=20Вт.

Усилитель имеет запас поусилению 14дБ, это необходимо для того, чтобы в случае ухудшения параметровотдельных элементов коэффициент передачи усилителя не опускался ниже заданногоуровня.

Список использованныхисточников

1 Проектированиерадиопередающих устройств./ Под ред. О.В. Алексеева. – М.: Радио и связь,1987.- 392с.

 2 Полупроводниковые приборы:транзисторы. Справочник / Под ред. Горюнов Н.Н. – 2-е изд. М.: Энергоатомиздат,1985-903с.

3 Горбань Б.Г. Широкополосныеусилители на транзисторах. – М.: Энергия, 1975.-248с.

4 Титов А.А., Бабан Л.И.,Черкашин М.В. Расчет межкаскадной согласующей цепи транзисторного полосовогоусилителя мощности // Электронная техника СЕР, СВЧ – техника. – 2000. – вып.1(475).

5 Цыкин Г.С. Усилительныеустройства.-М.: Связь, 1971.-367с.

6 Титов А.А. Расчеткорректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярныхтранзисторах, referat.ru/download/ref-2764.zip.

 7 Красько А.С.Проектирование аналоговых электронных устройств. — Томск: ТУСУР, 2000.-29с.

 

Приложение А

Принципиальная схемапредставлена на стр. 41.

Перечень элементов приведенна стр. 42,43.

/>

 

 

РТФ КП 468740.001 ПЗ

 

 

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ

Лит Масса

Масштаб

Изм Лист Nдокум. Подп.

Дата

УСИЛИТЕЛЬ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ Выполнил

Коновалов

 

КАЛИБРОВКИ

Проверил

Титов

 

РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ

 

СТАНЦИЙ

Лист Листов

 

ТУСУР РТФ

 

Принципиальная Кафедра РЗИ

 

Схема гр. 148-3 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Поз.

Обозна-

Чение

Наименование Кол. Примечание

Транзисторы

VT1 КТ916А 1 VT2 КТ814 1 VT3 КТ930А 1 VT4 КТ814 1 VT5 КТ930Б 1 VT6 КТ814 1

Конденсаторы

С1 КД-2-3.5нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С2 КД-2-150пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С3 КД-2-91пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С4 КД-2-1.6нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С5 КД-2-470нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С6 КД-2-5.1нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С7 КД-2-270пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С8 КД-2-130пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С9 КД-2-6.2нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С10 КД-2-2мкФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С11 КД-2-6.8нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С12 КД-2-820пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С13 КД-2-430пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С14 КД-2-22нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С15 КД-2-9.1мкФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С16 КД-2-82нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С17 КД-2-160пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

Трансформаторы

Тр1 Трансформатор 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РТФ КП 468740.001 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ

Лит Масса

Масштаб

Изм Лист Nдокум.

Подп.

Дата

УСИЛИТЕЛЬ Выполнил

Коновалов

 

 

КАЛИБРОВКИ

 

 

 

 

 

Провер.

Титов

 

 

РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

СТАНЦИЙ Лист Листов

 

 

 

 

 

ТУСУР РТФ

 

 

 

 

Перечень элементов Кафедра РЗИ

 

 

 

 

 

гр. 148-3 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Поз.

Обозна-

Чение

Наименование Кол. Примечание

Катушки индуктивности

L1 Индуктивность 82нГн ±5% 1 L2 Индуктивность 620мкГн ±5% 1 L3 Индуктивность 39нГн ±5% 1 L4 Индуктивность 470мкГн ±5% 1 L5, L7 Индуктивность 11нГн ±5% 2 L6 Индуктивность 20мкГн ±5% 1

Резисторы

R1 МЛТ – 0.125 – 200 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R2 МЛТ – 0.125 – 2.2 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R3 МЛТ – 0.125 – 18 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R4 МЛТ – 0.125 – 1.8 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R5 МЛТ – 0.125 – 7.5 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R6 МЛТ – 0.125 – 160 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R7 МЛТ – 0.125 – 620 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R8 МЛТ – 0.125 – 5.1 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R9 МЛТ – 0.125 – 510 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R10 МЛТ – 0.125 – 1.8 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R11 МЛТ – 0.125 – 130 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R12 МЛТ – 0.125 – 150 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R13 МЛТ – 0.125 – 1.3 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R14 МЛТ – 0.125 – 130 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R15 МЛТ – 0.125 – 1 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РТФ КП 468740.001 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ

Лит Масса

Масштаб

Изм Лист Nдокум.

Подп.

Дата

УСИЛИТЕЛЬ Выполнил

Коновалов

 

 

кАЛИБРОВКИ

 

 

 

 

 

Провер.

Титов

 

 

РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

СТАНЦИЙ

Лист Листов

 

 

 

 

 

ТУСУР РТФ

 

 

 

 

Перечень элементов Кафедра РЗИ

 

 

 

 

 

гр. 148-3 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
еще рефераты
Еще работы по науке и технике