Реферат: Усилитель модулятора лазерного излучения

/>Министерство образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙУНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедрарадиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

Усилительмодулятора лазерного

излучения.

Пояснительнаязаписка к курсовому

проектупо дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств»

Выполнил

студентгр.148-3

______ЗадоринО.А.

Проверил

преподавателькаф. РЗИ

______ТитовА.А.

2001

РЕФЕРАТ        Курсовая работа      34с., 12 рис.,1 табл., 5  источников, 1 приложение.

       УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД, ТРАНЗИСТОР, КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ,  ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ,ДИАПАЗОН ЧАСТОТ, НАПРЯЖЕНИЕ, МОЩНОСТЬ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ,ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ.

        Объектомисследования в данной курсовой работе являются методы расчета усилительнхкаскадов на основе транзисторов.

       Цель работы — преобрести практические навыки в расчете усилительных каскадов напримере решения конкретной задачи.

       В процессе работы производился расчет различных элементов широкополосногоусилителя. 

         Пояснительная запискавыполнена в текстовом редакторе Microsoft Word  7.0.

   

       

            Содержание

1.Введение..........................................................................................3

2.Техническоезадание......................................................................5

3.Расчётнаячасть…...........................................................................6

3.1Структурная схема усилителя...........................................…..6

3.2Распределение линейных искажений в области ВЧ ........….6

3.3Расчёт выходного каскада……………………………............6

3.3.1Выбор рабочей точки..................................................6

3.3.2Выбор транзистора.....................................................10

3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора………...10

3.3.4Расчёт полосы пропускания…….…………….........14

3.3.5Расчёт цепей термостабилизации…………….........15

3.4 Расчёт входного каскада

по постоянному току.……………………………….............21

3.4.1Выбор рабочей точки……………………….............21

3.4.2Выбор транзистора………………………….............21

3.4.3Расчет сопротивления обратной связи во

        входном каскаде…………………………………….22

3.4.4Расчёт эквивалентной схемы

транзистора………………………………….............23

                 3.4.5Расчет полосы пропускания………………………..24

3.4.6Расчёт цепей термостабилизации.…………............25

3.5 Расчёт разделительных и блокировочныхёмкостей……………………………………………...............26

4Заключение…………………………………………….…………29

Списокиспользованных источников………………………………………..30

ПриложениеА Схема принципиальная……………………………………..31

РТФКП.468740.001 ПЗ. Перечень элементов………………………………33

1.Введение

Целью данной работы являлось проектирование усилителямодулятора лазерного излучения. Данный усилитель является важным компонентомдефлектора или другими словами  устройства предназначенного для управлениясветового пучка, в данном случае лазерного излучения. Работа дефлекторацелеобразна при условии возникновения угла Брэга и основана на явлениидифракции света на звуке. Через звукопровод изготовленный из кристаллпарателлурита в котором при помощи пьезо преобразователя возбуждается звуковаяволна образующая внутри данного  кристалла бегущую дифракционную решетку.Проходящий луч дифрагирует на этой решетке, то есть отклоняется отпервоначального направления на угол пропорционально частоте звука. При этом егоинтенсивность оказывается пропорциональна   мощности звуковых колебаний. Пьезоэлемент играет  роль переходника, между кристаллом и усилителем мощности вработе дефлектора и представляет собой пьезо электрик преобразующий колебанияэлектрического сигнала в колебания звукового сигнала.  Данный преобразовательхарактеризуется импедансом или другими словами комплексным сопротивлением (который в нашем случае составляет /> ). Ковходу данного преобразователя подключается разработанный мной усилитель.Дефлектор используется  для сканирования лазерного пучка в одной плоскости, нопри параллельном включении двух дефлекторов, возможно управление световымпучком и в двух мерном пространстве. В результате высокой монохроматичности,лазерное излучение имеет низкий уровень расходимости, что позволяет добитьсяхорошей фокусировки на больших расстояниях. Данное явление за счет своейзрелищности находит широкое применение при проведении тожеств, приемах, врекламных компаниях и в предвыборных гонках. Имея так же большую точность, тоесть возможность добиться при использовании дефлектора очень незначительныхотклонений светового пучка от заданной точки, данный прибор может применяться вмикрохирургии  и изготовлении сверхсложных печатей, штампов, документов иценных бумаг.

            Теперьперейдем непосредственно к принципиальной схеме. Требуемые основныехарактеристики данного усилителя :

            Rg………………………………………50 [Ом]

            Усиление………………………………20 [дБ]

            Uвых  …………………………………….5[B]

            Допустимыечастотные искажения            …..2 [дБ]

            Диапозончастот       ………………………… от 10 МГц до 100 МГц

            Нагрузочнаяемкость ……………………40 [пФ]

            Нагрузочныйрезистор…………………..1000 [Ом]

            Рабочийтемпературный диапазон……… от +10 0С до +60 0С

            Из-забольшой нагрузочной емкости происходит заметный спад амплитудно- частотнойхарактеристики в области высоких частот. В результате чего появляется основнаяпроблема при проектировании данного усилителя заключаюещаяся в том, чтобы обеспечить требуемый кофициент усиления в заданной полосе частот .

   Наибольшей широкополосностью, при работе наёмкостную нагрузку, обладает усилительный каскад с параллельной отрицательнойобратной связью по напряжению. Он и был выбран в качестве выходного каскадаразработанного широкополосного усилителя мощности. Так же по сравнению собыкновенным резистивным каскадом выбранный вариант более экономичный. Длякомпенсации завала АЧХ в области верхних частот при применении резистивногокаскада пришлось бы ставить в цепи коллектора очень малое сопротивление порядка6 [Ом], для уменьшения общего выходного сопротивления каскада, что естественнопривело бы к увеличению тока в цепи коллектора и рассеваемой мощности, асоответственно и к выбору более дорогого по всем параметрам транзистора. Длявыходного, каскада была использована активная коллекторная термостабилизация.Обладающая наименьшей, из всех известных мне схем термостабилизаций, мощностьюпотребления и обеспечивающая наибольшую температурную стабильностьколлекторного тока. В результате предложенного решения на первом каскаде,добились усиления  в  8 [дБ] с искажениями составляющие 1[дБ]. В качествепредоконечного использован каскад с комбинированной обратной связью [2], обладающиеактивным и постоянным в полосе пропускания выходным сопротивлением. Этот каскадреализован на транзисторе малой мощности КТ 371 А  и так же, как и предыдущийобладает большей полосой частот. Данный каскад менее мощный поэтому дляобеспечения требуемой температурной стабилизации вполне подошла эмиттернаястабилизация. В результате на втором каскаде, добились усиления   12 дБ. 

Для уменьшения потребляемой мощности и увеличения КПДс 12 до 32 процентов, в цепи коллектора сопротивление заменяем дросселемсопротивление которого в рабочем диапазоне частот много больше, чем общеесопротивление нагрузки.

В результате предложенного решения общий коэффициентусиления составил 20 дБ требуемые по заданию.

2. Техническое задание

Усилитель должен отвечать следующим требованиям:

1.      Рабочая полоса частот: 10-100 МГц

2.      Линейные искажения

в области нижних частот не более 3 дБ

в области верхних частот не более 3 дБ

3.      Коэффициент усиления 20 дБ сподъёмом области верхних частот 6 дБ

4.      Амплитуда выходного напряжения Uвых=5В

5.      Диапазон рабочих температур: от+10 до +60 градусов Цельсия

6.      Сопротивление источника сигнала Rг=50Ом

7.      Сопротивления нагрузки Rн=1000Ом

8.      Емкость нагрузки Сн=40пФ

3.Расчётная часть

3.1Структурная схема усилителя.

Учитывая то, что каскад с общим эмиттером позволяетполучать усиление до 20 дБ, оптимальное число каскадов данного усилителя равнодвум. Предварительно распределим на первый каскад по 8 дБ, а на второй каскад12 дБ. Таким образом, коэффициент передачи устройства составит 20 дБ требуемыепо заданию.

Структурная схема, представленная на рисунке 3.1,содержит кроме усилительных каскадов цепи отрицательной обратной связи,источник сигнала и нагрузку.

/> /> /> /> /> /> /> <td/>

  />

Рисунок 3.1

3.2 Распределение линейных искажений в области ВЧ

Расчёт усилителя будем проводить исходя из того, чтоискажения распределены следующим образом: выходная КЦ–1 дБ, выходной каскад смежкаскадной КЦ–1.5 дБ, входной каскад со входной КЦ–0.5 дБ. Таким образом,максимальная неравномерность АЧХ усилителя не превысит 3 дБ.

3.3       Расчёт выходного каскада

3.3.1Выбор рабочей точки

Как  отмечалсь выше в качестве выходного каскада будемиспльзовать каскад с параллельной отрицательной обратной связью по напряжениюобладающий наибольшей широкополосностью, при работе на ёмкостную нагрузку.

Расчитаем рабочую точку двумя способами:

1.При использованиидросселя в цепи коллектора.

2.Прииспользовании активного сопротивления Rk  в цепи коллектора.

1.Расчетрабочей точки при использовании при использовании дросселяв цепиколлектора.

Схемакаскада приведена на рисунке 3.2.

/>


Рисунок 3.2

Сопротивление обратной связи Rос находим исходя из заплонированного на выходной каскадкоэффициента усиления, в разах, сопротивления генератора или другими словамивыходного сопротивления предыдущего каскада и рассчитываем по следующей формуле[2]:

/>,                                                                                       (3.3.1)

/>

Координатырабочей точки можно приближённо рассчитать по следующим формулам [1]:

/>,                                                                     (3.3.2)

где  />/>,                                                     (3.3.3)

/>                                                                     (3.3.4)

/>,                                                                        (3.3.5)

где /> –начальное напряжение нелинейного участка выходных

/>/>характеристик транзистора, />.

/>                                                                                     (3.3.6)

/>                                                                                  (3.3.7)

/>                                                                               (3.3.8)

Рассчитывая по формулам 3.3.2 и 3.3.5, получаемследующие координаты рабочей точки:

/>Ом

/>Ом

/>мА,

/>В.

/>А

Найдём потребляемую мощность и мощность рассеиваемуюна коллекторе

/>Вт.

/>Вт.

            Выбранноесопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.

Нагрузочные прямые по переменному и постоянному токудля выходного каскада представлены на рисунке 3.2

/> /> /> /> /> /> /> <td/>

Uk [B]

  />

Рисунок 3.3

2.Расчетрабочей точки при использовании активного сопротивления Rkв цепи коллектора.

Схемакаскада приведена на рисунке 3.4.

/> /> /> /> /> /> /> <td/> /> />

Рисунок 3.4

Выберем  Rк=Rн =1000(Ом).

Координатырабочей точки можно приближённо рассчитать по следующим формулам [1]:

/>                                                                      (3.3.9)

/>                                                                     (3.3.10)

/>                                                                        (3.3.11)

Рассчитывая по формулам 3.3.20 и 3.3.21, получаемследующие значения:

/>Ом

/>Ом

/>Ом

/>мА,

/>В.

/>В.

/>

Найдём потребляемую мощность и мощность рассеиваемуюна коллекторе по формулам (3.3.7) и (3.3.8) соответственно:

/>Вт.

/>Вт.

Результаты выбора рабочей точки двумя способамиприведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Eп,<sub/>(В)

Iко, (А)

Uко, (В)

Pрасс.,(Вт)

Pпотр.,(Вт)

С Rк

155.7 5 7 22.57 22.57

С Lк

7 2.75 7 1.027 1.027

            Изтаблицы 3.1 видно, что для данного курсового задания целесообразно использоватьдроссель в цепи коллектора.

Нагрузочные прямые по переменному и постоянному токудля выходного каскада представлены на рисунке 3.5

/>


Рисунок 3.5

3.3.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора осуществляется с учётом следующихпредельных параметров:

1.           граничной частоты усилениятранзистора по току в схеме с ОЭ

/>;

2.          предельно допустимого напряженияколлектор-эмиттер

/>;

3.           предельно допустимого токаколлектора

/>;

4.           предельной мощности, рассеиваемойна коллекторе

/>.

Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ610 А. Его основные технические характеристики приведены ниже.

Электрические параметры:

1.           Граничная частота коэффициентапередачи тока в схеме с ОЭ />МГц;

2.           Постоянная времени цепи обратнойсвязи />пс;

3.           Статический коэффициент передачитока в схеме с ОЭ />;

4.           Ёмкость коллекторного перехода при/> В />пФ;

5.           Индуктивность вывода базы />нГн;

6.           Индуктивность вывода эмиттера />нГн.

Предельные эксплуатационные данные:

1.           Постоянное напряжениеколлектор-эмиттер />В;

2.           Постоянный ток коллектора />мА;

3.           Постоянная рассеиваемая мощностьколлектора /> Вт;

4.           Температура перехода />К.

3.3.3Расчёт эквивалентной схемы транзистора

 

            3.3.3.1 Схема Джиаколетто

 

/> <td/> />
Многочисленные исследования показывают, что дажена умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором.Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазоне частот удобноанализировать при помощи физических эквивалентных схем. Наиболее полные из нихстроятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов ссосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная  эквивалентная схема-схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 3.6. Подробное описаниесхемы можно найти [3].Рисунок 3.6 – СхемаДжиаколетто

            Достоинствоэтой схемы заключается в следующем: схема Джиаколетто с достаточной дляпрактических расчетов точностью отражает реальные свойства транзисторов начастотах  f£0.5fт; при последовательном применении этой схемы инайденных с ее помощью Y — параметров транзистора достигается наибольшееединство теории ламповых и транзисторных усилителей.

Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочнымиданными и приведенными ниже формулами [2].

при /> В

  />
            Справочные данные для транзистораКТ610А:

 Cк — емкость коллекторногоперехода,

tс — постоянная времени обратной связи,

bо — статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.

            Найдемзначение емкости коллектора при Uкэ=10В поформуле :

/>                                                          (3.3.12)

/> <td/> />
где U¢кэосправочноеили паспортное значение напряжения;

      Uкэо – требуемое значение напряжения.

            Сопротивлениебазы рассчитаем по формуле:

/>
/>                                                                                                     (3.3.13)

            Статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:

/>                                                                                              (3.3.14)

/>

            Найдемток эмиттера по формуле:

/>                                                                                                     (3.3.15)

/>А

            Найдемсопротивление эмиттера по формуле:

/>                                                                           (3.3.16)

гдеIэо– ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА.

/>
            Проводимость база-эмиттер расчитаемпо формуле:

/>

(3.3.17)

/>
            Определим  диффузионную емкость  поформуле:

/>
/>                                                                                       (3.3.18)

            Крутизнутранзистора определим по формуле:

/>

/> /> /> /> /> /> <td/> /> />
(3.3.19)

3.3.3.2Однонаправленная модель

Посколькурабочие частоты усилителя заметно больше частоты />,то из эквивалентной схемы можно исключить входную ёмкость, так как она невлияет на характер входного сопротивления транзистора. Индуктивность же выводовтранзистора напротив оказывает существенное влияние и потому должна бытьвключена в модель. Эквивалентная высокочастотная модель представлена на рисунке3.7. Описание такой модели можно найти в [2].

/>

Рисунок 3.7

Параметрыэквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам [2].

Входнаяиндуктивность:

/>,                                                                                 (3.3.20)

где/>–индуктивности выводов базыи эмиттера.

Входноесопротивление:

/>,                                                                                        (3.3.21)

где/>, причём />, />и /> – справочные данные.

Крутизнатранзистора:

/>,                                                                    (3.3.22)

где/>, />, />.

Выходноесопротивление:

/>.                                                                                 (3.3.23)

Выходнаяёмкость:

/>.                                                       (3.3.24)

Всоответствие с этими формулами получаем следующие значения элементовэквивалентной схемы:

/>нГн;

/>пФ;

/>Ом

/>Ом;

/>А/В;

/>Ом;

/>пФ.

3.3.4Расчет полосы пропускания.

Проверим обеспечит ли выбранное сопротивлении обратнойсвязи Rос, расчитанное в пункте 3.3.1, на нужной полосечастот требуемый коэффициент усиления, для этого воспользуемся следующимиформулами[2]:

/>/>(3.3.25)

/>                                   (3.3.26)

Найдем значение емкостиколлектора при Uкэ=10Впо формуле (3.3.12):

/>

Найдем сопротивление базыпо формуле (3.3.13):

/>

            Статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле (3.3.14):

/>

            Найдемток эмиттера по формуле (3.3.15):

/>А

            Найдемсопротивление эмиттера по формуле (3.3.16):

/>Ом

            Определим диффузионную емкость  по формуле (3.3.18):

/>пФ

/>,                    (3.3.27)

/>,                                                                                 (3.3.28)

где   Yн –искажения приходящиеся на каждый конденсатор;

/>дБ,

или

/>                                                                                                (3.3.29)

/>

/>/>

/>

/>

/>Гц

            Выбранноесопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.

3.3.5Расчёт цепей термостабилизации

Существует несколько вариантов схем термостабилизации.Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткиетребования к термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемытермостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная.

3.3.4.1 Пассивная коллекторная термостабилизация

Данный вид термостабилизации (схема представлена нарисунке 3.8) используется на малых мощностях и менее эффективен, чем дведругие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее токчерез транзистор подаётся на базу через базовый делитель.

/>

Рисунок 3.8

Расчёт, подробно описанный в [3], заключается вследующем: выбираем напряжение /> (вданном случае 7В) и ток делителя />(в данномслучае />, где /> – ток базы), затем находимэлементы схемы по формулам:

/>;                                                                          (3.3.30)

/>,                                                                                  (3.3.31)

где />–напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В;

/>.                                                                        (3.3.32)

Получим следующие значения:

/>Ом;

/>Ом;

/>Ом.

3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация

Активная коллекторная термостабилизация используется вмощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке3.9. Её описание и расчёт можно найти в [2].

/>

Рисунок 3.9

В качестве VT1 возьмём КТ361А. Выбираемпадение напряжения на резисторе /> изусловия />(пусть />В), затем производимследующий расчёт:

/>;                                                                                  (3.3.33)

/>;                                                                             (3.3.34)

/>;                                                                         (3.3.35)

/>;                                                                           (3.3.36)

/>,                                                                           (3.3.37)

где /> –статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ361А;

/>;                                                                           (3.3.38)

/>;                                                                        (3.3.39)

/>.                                                                      (3.3.40)

Получаем следующие значения:

/>Ом;

/>мА;

/>В;

/>кОм;

/>А;

/>А;

/>кОм;

/>кОм.

Величина индуктивности дросселя выбирается такимобразом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источникпитания, а величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектортранзистора VT1 по переменному току был заземлён.

3.3.4.3 Эмиттерная термостабилизация

Для выходного каскада выбрана эмиттернаятермостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.10. Метод расчёта ианализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [3].

/>

Рисунок 3.10

Расчёт производится по следующей схеме:

1.Выбираются напряжение эмиттера /> и ток делителя /> (см. рис. 3.4), а такженапряжение питания />;

2. Затем рассчитываются />.

3. Производится поверка – будет ли схематермостабильна при выбранных значениях /> и/>. Если нет, то вновьосуществляется подбор /> и />.

В данной работе схема является термостабильной при />В и /> мА. Учитывая то, что вколлекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается поформуле />В. Расчёт величин резисторовпроизводится по следующим формулам:

/>;                                                                                   (3.3.41)

/>;                                                                           (3.3.42)

/>.                                                                 (3.3.43)

Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильнойпроизводится расчёт приведённых ниже величин.

Тепловое сопротивление переход – окружающая среда:

/>,                                                                               (3.3.44)

где />,/> – справочные данные;

/>К– нормальная температура.

Температура перехода:

/>,                                                                            (3.3.45)

где />К –температура окружающей среды (в данном случае взята максимальная рабочаятемпература усилителя);

/> – мощность, рассеиваемая на коллекторе.

Неуправляемый ток коллекторного перехода:

/>,                                                                        (3.3.46)

где /> –отклонение температуры транзистора от нормальной;

/> лежитв пределах />А;

/> – коэффициент, равный 0.063–0.091 для германия и0.083–0.120 для кремния.

Параметры транзистора с учётом изменениятемпературы:

/>,                                                                 (3.3.47)

где /> равно2.2(мВ/градус Цельсия) для германия и

3(мВ/градус Цельсия) для кремния.

/>,                                                       (3.3.48)

где />(1/градус Цельсия).

Определим полный постоянный ток коллектора приизменении температуры:

/>,  (3.3.49)

где

/>.                             (3.3.50)

Для того чтобы схема была термостабильна необходимовыполнение условия:

/>,

где />.                                                                    (3.3.51)

Рассчитывая по приведённым выше формулам, получимследующие значения:

/>Ом;

/>Ом;

/>Ом;

/>Ом;

/>К;

/>К;

/>А;

/>Ом;

/>;

/>Ом;

/>А;

/>А.

Каквидно из расчётов условие термостабильности не выполняется.

3.4Расчёт входного каскада по постоянному току

3.4.1Выбор рабочей точки

При расчёте требуемого режима транзисторапромежуточных и входного каскадов по постоянному току следует ориентироватьсяна соотношения, приведённые в пункте 3.3.1 с учётом того, что /> заменяется на входноесопротивление последующего каскада. Но, при малосигнальном режиме, за основуможно брать типовой режим транзистора (обычно для маломощных ВЧ и СВЧтранзисторов /> мА и />В). Поэтому координатырабочей точки выберем следующие />мА, />В. Мощность, рассеиваемая наколлекторе />мВт.

3.4.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора осуществляется в соответствии стребованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзисторКТ371А. Его основные технические характеристики приведены ниже.

Электрические параметры:

1.    граничная частота коэффициентапередачи тока в схеме с ОЭ />ГГц;

2.    Постоянная времени цепи обратнойсвязи />пс;

3.    Статический коэффициент передачитока в схеме с ОЭ />;

4.    Ёмкость коллекторного переходапри  />В />пФ;

5.    Индуктивность вывода базы />нГн;

6.    Индуктивность вывода эмиттера />нГн.

Предельные эксплуатационные данные:

1.    Постоянное напряжениеколлектор-эмиттер />В;

2.    Постоянный ток коллектора />мА;

3.    Постоянная рассеиваемая мощностьколлектора /> Вт;

4.    Температура перехода />К.

3.4.3 Расчет входного каскада

Как уже отмечалсь в качестве входного каскада будемиспльзовать каскад с комбинированной отрицательной обратной связью состоящцю из/> и /> обладающая,как и выходной наибольшей широкополосностью, и одновременно играет рольсогласующего устройства между выходным каскадом и генератором, его схема попеременному току изображена на рисунке 3.11.

/>

Рисунок 3.11

Сопротивление обратной связи Rос находим исходя из следующих соотношений [2]:

/>                                                                                             (3.4.1)

/>                                                                                    (3.4.2)

Входное сопротивление выходного каскада равносопротивлению генератора:

/>Ом.

Выбрали сопротивление в цепи эмиттера такое, чтобывыполнялись выше записанные равенства (3.4.1) и (3.4.2):

/>Ом.

Тогда исходя из соотношений (3.4.1) и (3.4.2) находимсопротивление обратной связи:

/>Ом.

3.4.4Расчёт эквивалентной схемы транзистора

            3.4.4.1 Схема Джиаколетто

 

Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схемапредставленная на рисунке 3.6. Расчёт её элементов производится по формулам,приведённым в пункте 3.3.3.1.

Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочнымиданными и приведенными ниже формулами.

/>

/>Ом

/> /> /> /> /> /> <td/> /> />

            3.4.4.2 Однонаправленная модель

Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схемапредставленная на рисунке 3.7. Расчёт её элементов производится по формулам,приведённым в пункте 3.3.3.2

/>нГн;

/>пФ;

/>Ом

/>Ом;

/>А/В;

/>Ом;

/>пФ.

            3.4.5 Расчетполосы пропускания

Проверим добъёмся ли нужной полосы частот привыбранном сопротивлении Rос, для этого воспользуемся следующими формулами [2]:

/>      (3.4.3)

/>                                            (3.4.4)

/>                                                                              (3.4.5)

/>                (3.4.6)

Используя формулы (3.3.18) и (3.3.19) найдемкоэффициент N:

/>

Используя формулы (3.3.12), (3.3.13), (3.3.14),(3.3.15), (3.3.16), (3.3.18), и характеристики транзистора приведенной в пункте3.4.2, убедимся в том, что выбранное сопротивление обратной связи обеспечит нанужной полосе частот требуемый коэффициент усиления:

/>пФ.

/>

/>

/>мА.

/>Ом

/>пФ

/>

/>

/>Гц

/>раз.

            Выбранноесопротивление Rос обеспечивает на заданном диапазоне частоткоэффициент усиления равный 12дБ.

3.4.6Расчёт цепи термостабилизации

Для входного каскада также выбрана эмиттернаятермостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.10.

Метод расчёта схемы идентичен приведённому в пункте3.3.4.3. Эта схема термостабильна при />Ви /> мА. Напряжение питаниярассчитывается по формуле />В.

Рассчитывая по формулам 3.3.28–3.3.38 получим:

/>кОм;

/>кОм;

/>кОм;

/>кОм;

/>К;

/>К;

/>А;

/>кОм;

/>;

/>Ом;

/>мА;

/>мА.

Условиетермостабильности выполняется, но в этом случае при использовании предложеннойсхемы каскада с комбинированной обратной связи не выполняются требуемыеусловия.

3.5Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей

На рисунке 3.12 приведена принципиальная схемаусилителя. Рассчитаем номиналы элементов обозначенных на схеме. Расчётпроизводится в соответствии с методикой описанной в [1]

/> <td/>

/>

 

Рисунок3.12

Рассчитаемсопротивление и ёмкость фильтра по формулам:

/>,                                                       (3.5.1)

где/>– напряжение питанияусилителя равное напряжению питания выходного каскада;

/> –напряжение питания входного каскада;

/> –соответственно коллекторный, базовый токи и ток делителя входного каскада;

/>,                                                                        (3.5.2)

где/>– нижняя граничная частотаусилителя.

/>Ом;

/>пФ.

/>,                                                                    (3.5.3)

/>пФ.

/>,                                                                      (3.5.4)

/>нФ.

Длярасчета емкостей обратной связи Сoc1 и Coc2 воспользуемсяследующим соотношением:

/>,                                                                     (3.5.5)

/>пФ.

/>,                                                                    (3.5.6)

/>пФ.

Длярасчета емкостей обратной связи Сoc1 и Coc2 воспользуемсяследующим соотношением:

/>,                                                                    (3.5.7)

/>пФ.

Дроссель в коллекторной цепи выходного каскадаставится для того, чтобы выход транзистора по переменному току не был заземлен.Его величина выбирается исходя из условия:

/>.                                                                       (3.5.8)

/>мкГн.

/>мкГн.

Так как ёмкости, стоящие в эмиттерных цепях, а такжеразделительные ёмкости вносят искажения в области нижних частот, то их расчётследует производить, руководствуясь допустимым коэффициентом частотныхискажений. В данной работе этот коэффициент составляет 3дБ. Всего ёмкостей три,поэтому можно распределить на каждую из них по 1дБ.

Величину разделительного конденсатора найдём поформуле:

/>,                                              (3.5.9)

где />–допустимые частотные искажения.

        R1–сопротивление предыдущего каскада.

        R2–сопротивление нагрузки.

/>пФ.

/>пФ.

/>пФ.

4. Заключение

Рассчитанный усилитель имеет следующие техническиехарактеристики:

1. Рабочая полоса частот: 10-100 МГц

2. Линейные искажения

в области нижних частот не более 3 дБ

вобласти верхних частот не более 3 дБ

3.Коэффициент усиления 30дБ с подъёмом области верхних частот 6 дБ

4.Амплитуда выходного напряжения Uвых=5 В

5.Питание однополярное, Eп=9 В

6.Диапазон рабочих температур: от +10 до +60 градусов Цельсия

Усилительрассчитан на нагрузку Rн=1000 Ом

Литература

1.    Красько А.С., Проектированиеусилительных устройств, методические указания – Томск: ТУСУР, 2000 – 29 с.

2.    Титов А.А. Расчет корректирующихцепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах – referat.ru/download/ref-2764.zip

3.    Болтовский Ю.Г., Расчёт цепейтермостабилизации электрического режима транзисторов, методические указания –Томск: ТУСУР, 1981

4.    Титов А.А., Григорьев Д.А., Расчётэлементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на полевыхтранзисторах, учебно-методическое пособие – Томск: ТУСУР, 2000 – 27 с.

5     Полупроводниковые приборы: транзисторы.Справочник / Под ред.

            Горюнов Н.Н. – 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1985-903с.

приложение А

 

            Принципиальная схемапредставлена на стр. 32.

            Переченьэлементов приведен на стр. 33,34.

 

/> /> /> />

 

 


РТФ КП 468740.001 ПЗ

 

 

Лит Масса Масштаб Изм Лист Nдокум. Подп. Дата УСИЛИТЕЛЬ Выполнил Задорин

 

Модулятора Лазерного Проверил Титов

 

ИЗЛУЧЕНИЯ

 

 

Лист Листов

 

ТУСУР РТФ

 

Принципиальная Кафедра РЗИ

 

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

Поз.

Обозна-

Чение

Наименование Кол. Примечание

 

 

Транзисторы

 

 

VT1 КТ371А 1

 

VT2 КТ610A 1

 

VT3 КТ361А 1

 

 

Конденсаторы

 

 

С1

КД-2-0.33нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С2

КД-2-620пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С3

КД-2-1.8нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С4

КД-2-120пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С5

КД-2-150пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С6

КД-2-130пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С7

КД-2-1.2нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С8

КД-2-24нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С9

КД-2-240пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

 

 

 

Катушки индуктивности

 

 

L1 Индуктивность 7.9мкГн ±5% 1

 

L2 Индуктивность 6.8мкГн ±5% 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РТФ КП 468740.001 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лит Масса Масштаб

 

Изм Лист Nдокум.

Подп.

Дата УСИЛИТЕЛЬ

 

Выполнил Задорин

 

 

МОДУЛЯТОРА ЛАЗЕРНОГО МОДУЛЯТОРА ЛАЗЕРНОГО

 

 

 

 

 

Провер. Титов

 

 

ИЗЛУЧЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист Листов

 

 

 

 

 

 

ТУСУР РТФ

 

 

 

 

 

Перечень элементов Кафедра РЗИ

 

 

 

 

 

 

гр. 148-3

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Поз.

Обозна-

Чение

Наименование Кол. Примечание

Резисторы

R1

МЛТ – 0.125 – 2.4 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R2

МЛТ – 0.125 – 1.3 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R3

МЛТ – 0.125 – 1.3 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R4

МЛТ – 0.125 – 10 Ом  ±10%ГОСТ7113-77 1

R5

МЛТ – 0.125 – 270 Ом  ±10%ГОСТ7113-77 1

R6

МЛТ – 0.125 – 82 Ом  ±10%ГОСТ7113-77 1

R7

МЛТ – 0.125 – 12 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R8

МЛТ – 0.125 – 2.2 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R9

МЛТ – 0.125 – 2.4 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R10

МЛТ – 0.125 – 130 Ом  ±10%ГОСТ7113-77 1

R11

МЛТ – 0.125 – 6.8 Ом  ±10%ГОСТ7113-77 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РТФ КП 468740.001 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лит Масса Масштаб Изм Лист Nдокум.

Подп.

Дата УСИЛИТЕЛЬ Выполнил Задорин

 

 

МОДУЛЯТОРА ЛАЗЕРНОГО

 

 

 

 

 

Провер. Титов

 

 

ИЗЛУЧЕНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист Листов

 

 

 

 

 

ТУСУР РТФ

 

 

 

 

Перечень элементов Кафедра РЗИ

 

 

 

 

 

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