Реферат: Усилитель широкополосный
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ТОМСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации
(РЗИ)
УСИЛИТЕЛЬШИРОКОПОЛОСНЫЙПояснительная записка к курсовому проекту подисциплине
“Схемотехника аналоговых электронных устройств"
РТФ КП.468731.001 ПЗ
Выполнил
студентгр. 142-1:
_______Б. В. Храмцов
_______марта 2005г.
Проверил
Доктортехнических наук, профессор каф. РЗИ:
_______А.А. Титов
_______ марта 2005г.
Томск 2005
РЕФЕРАТ
Курсовая работа 31 с., 21 рис, 1 табл., 4 источника.
УСИЛИТЕЛЬМОЩНОСТИ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, РАБОЧАЯ ТОЧКА, ВЫБОР ТРАНЗИСТОРА, СХЕМЫТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ ТРАНЗИСТОРА, ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМАДЖИАКОЛЕТТО, ДРОССЕЛЬНЫЙ КАСКАД.
Объектомисследования является широкополосный усилитель мощности.
В даннойкурсовой работе рассматриваются условия выбора транзистора, методы расчетаусилительных каскадов, корректирующих цепей, цепей термостабилизации.
Цель работы– приобрести навыки расчета транзисторных усилителей мощности.
В результатеработы был рассчитан широкополосный усилитель мощности, который можетиспользоваться в качестве усилителя мощности стандартных сигналов, а также вкачестве усилителя, применяющегося для калибровки усилителей мощностителевизионных передатчиков.
Курсоваяработа выполнена в текстовом редакторе Microsoft World 2003, с использованием графического редактора PAINTи представлена на дискете 3,5”.СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. Расчет структурной схемы усилителя
2.1 Определение числа каскадов
2.2 Распределение искажений по каскадам
3. Расчет оконечного каскада
3.1 Расчет требуемого режима транзистора
3.1.1 Расчет параметров резистивного каскада
3.1.2 Расчет дроссельного каскада
3.2 Выбор транзистора
3.3 Расчет и выбор схемы термостабилизации
3.3.1 Эмиттерная термостабилизация
3.3.2 Пассивная коллекторная термостабилизация
3.3.3 Активная коллекторная термостабилизация
3.4 Расчет эквивалентной схемы замещения
3.5 Переход к однонаправленной модели транзистора
4. Расчет промежуточного каскада
4.1 Расчет рабочей точки для промежуточного каскада
4.2 Выбор транзистора для промежуточного каскада
4.3 Расчет эквивалентных схем замещения
4.4 Расчет эмиттерной термостабилизации
4.5 Переход к однонаправленной модели транзистора
4.6 Расчет промежуточного каскада с эмиттерной коррекцией
5. Искажения, вносимые входной цепью
6. Расчет результирующей характеристики
7. Заключение
Список использованных источников
РТФ КП.468.731.001.ПЗ Схема электрическая принципиальная
РТФ КП.468.731.001.ПЗ Перечень использованных элементов
5
6
6
6
7
7
7
8
10
11
11
12
13
14
16
18
18
19
20
21
22
24
26
27
28
29
30
31
РТФ КП 468731.001 П3 Изм. Лист.
N0докум.
Подп. Дата Разраб. Храмцов Б.В.Усилитель широкополсный
Пояснительная записка
Лит. Лист Листов Провер. Титов А.А. 4 31 ТУСУР РТФ гр.142-1 Н. контр. Утв.
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
1ВведениеСейчасв электронной технике часто используются разнообразные усилительные устройства.В любом теле-радиоустройстве, в компьютере есть усилительные каскады.
В данном курсовом проекте решается задачапроектирования усилителя напряжения на основе операционных усилителей.
Операционныйусилитель (ОУ) – усилитель постоянного тока с полосой пропускания в несколькомегагерц с непосредственной связью между каскадами (т.е. без Ср), с большимкоэффициентом усиления, высоким входным и малым выходным сопротивлениями, атакже низким уровнем шума, при хорошей температурной стабильности, способныйустойчиво работать при замкнутой цепи обратной связи (ОС).
ОУ предназначен для выполнения различных операций наданалоговыми величинами, при работе в схеме с глубокими отрицательными обратнымисвязями (ООС). При этом под аналоговой величиной подразумевается непрерывноизменяющееся напряжение или ток
Основнойцелью данного курсового проекта является разработка широкополосного усилителя.
В задачувходит анализ исходных данных на предмет оптимального выбора структурной схемыи типа электронных компонентов, входящих в состав устройства, расчёт цепейусилителя.
По заданию усилитель долженусиливать сигнал в полосе частот от 4 до 40 МГц с частотными искажениями неболее 2 дБ на верхних и 3дБ нижних частотах. Нелинейные искажения усилителянеобходимо оценить.
2 Расчет структурной схемы усилителя
2.1 Определение числа каскадов
Чтобы обеспечить амплитуду выходного сигнала, заданнуюв техническом задании, нужно выбрать многокаскадный усилитель, так как одногоусилительного элемента недостаточно. Поэтому определим число каскадов дляобеспечения выходного сигнала.
Структурную схему многокаскадного усилителя можнопредставить как
/> <td/> />Рисунок 2.1 — Структурная схема усилителя
K — коэффициент усиления, дБ;
Ki — коэффициент усиления i-гокаскада, дБ; i = 1,...,n; n — число каскадов.
Для ШУ диапазона ВЧ с временем установления порядкадесятков наносекунд ориентировочно число каскадов можно определить, полагая,что все каскады с одинаковым Ki равным 10 децибел, то есть:
/> (2.1)
2.2 Распределение искажений по каскадам
Для многокаскадного ШУ результирующий коэффициентчастотных искажений в области верхних частот (ВЧ) определяется как:
/>, (2.2)
где Yв — результирующий коэффициент частотных искажений вобласти ВЧ, дБ.
Yвi — коэффициент частотных искажений I-го каскада, дБ.
Суммирование в формуле (2.2) производится n+1раз из-за необходимости учета влияния входной цепи, образованной Rг, Rвх, Cвх(рисунок 2.1).
Распределять искажения можно равномерно, при этом:
Yвi =Yв/(n+1) = 2/(2+1) дБ = 0,66 дБ = 0,926119 раз (2.3)
3 Расчет оконечного каскада
Выходнойкаскад работает в режиме большого сигнала, поэтому расчет его ведем так, чтобыобеспечить заданную амплитуду выходного напряжения при допустимых линейных (вобласти верхних частот или малых времен) и нелинейных искажениях.
Расчет начнем с выбора транзистора и режима егоработы.
3.1 Расчет требуемого режима транзистора
Задание определённого режима транзистора попостоянному току необходимо для обеспечения требуемых характеристик всегокаскада.
Для расчета требуемого режима транзистора необходимоопределиться с типом каскада, для этого рассчитаем оба: и резистивный идроссельный каскады и сравним их.
Затем выберем наиболее оптимальный тип каскада.
3.1.1 Расчёт параметров резистивного каскада
Для расчета используем параметры из задания: Rн=50Ом, />, сопротивление коллекторнойцепи возьмем равной Rк = Rн = 50 Ом.
Принципиальная схема каскадаприведена на рис. 3.1, а, эквивалентная схема по переменному току на рис. 3.1, б.
/> а) б)
Рисунок3.1 – Принципиальная и эквивалентная схемы резистивного каскада1) Найдем ток и напряжение в рабочей точке:
/>, (3.1)
где /> -напряжение рабочей точки или постоянное напряжение на переходе коллекторэмиттер;
/> -напряжение на выходе усилителя;
/> -остаточное напряжение на транзисторе.
2) Найдем сопротивление нагрузки по сигналу:
/> (3.2)
3) Постоянный ток коллектора:
/>, (3.3)
где /> - постояннаясоставляющая тока коллектора;
/> -сопротивление нагрузки по сигналу.
4) Выходная мощность усилителя равна:
/> (3.4)
5) Напряжение источника питания равно:
/> (3.5)
6) Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистораравна:
/> (3.6)
7) Мощность, потребляемая от источника питания:
/> (3.7)
8) КПД:/> (3.8)
3.1.2 Расчёт дроссельного каскада
В дроссельном каскаде в цепи коллектора вместосопротивления используется индуктивность, которая не рассеивает мощность итребует меньшее напряжение питания, поэтому у этого каскада выше КПД.
Используем требуемые параметры задания: Rн=50Ом, />.
/> <td/> />Принципиальная схема дроссельного каскада попеременному току изображена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2-Схема дроссельного каскада по переменномутоку.
1) Найдем напряжение в рабочей точке:
/> (3.9)
2) Постоянный ток коллектора:
/> (3.10)
3) Выходная мощность усилителя:
/> (3.11)
4) Напряжение источника питания равно:
/> (3.12)
5) Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:
/> (3.13)
6) Мощность, потребляемая от источника питания:
/> (3.14)
7) КПД:/> (3.15)
Таблица 3.1 — Характеристики вариантов схем коллекторнойцепи.
Еп, В
Iко, А
/>, Вт
Uкэо, В
/>, Вт
/>, Вт
/>,%
Резистивный каскад 17 0,22 3,74 6 0,25 1,32 6,685 Дроссельный каскад 11,5 0,11 1,265 6 0,25 0,66 19,763Из рассмотренных вариантов схем питанияусилителя видно, что лучше выбрать дроссельный каскад.
3.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора для оконечного каскадаосуществляется с учетом следующих предельных параметров:
1) Граничнойчастоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ:
/>, (3.16)
где /> из технического задания.
Найдемграничную частоту усиления транзистора по току в схеме с ОЭ:
/> (3.17)
2) Предельнодопустимого напряжения коллектор-эмиттер:
/> (3.18)
3) Предельно допустимого тока коллектора:
/> (3.19)
4) Допустимаямощность, рассеиваемая на коллекторе:
/> (3.20)
Тип проводимости транзистора может быть любой для ШУ.
Анализируя требуемые параметры, выбираем транзистор КТ913А.
Это кремниевый эпитаксиально-планарный n-p-n генераторныйсверхвысокочастотный.
Предназначенный для работы в схемах усиления мощности,генерирования, умножения частоты в диапазоне 200 – 1000 МГц в режимах сотсечкой коллекторного тока.
Выпускается в герметичном металлокерамическом корпусес полосковыми выводами.
Основные параметры транзистора:
1) Граничная частота коэффициента передачи по току всхеме с ОЭ:
fГ =900 МГц;
2) Постоянная времени цепи обратной связи:
τс=18пс;
3) Емкость коллекторного перехода при Uкб=28В:
Ск=7пФ;
4) Емкость эмиттерного перехода:
Cэ=40пФ;
5) Максимально допустимое напряжение на переходе К-Э:
Uкэ max = 55В;
6) Максимально допустимый ток коллектора:
Iк max =0,5А;
Выберем следующие параметры рабочей точки:
Т.к. транзистор хорошо работает только начиная с 6В топримем />.
3.3 Расчёт и выбор схемы термостабилизации
Существуетнесколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит отмощности каскада и от того, насколько жёсткие требования предъявляются к температурнойстабильности каскада. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации:эмиттерная, пассивная коллекторная, и активная коллекторная. Рассчитаем все трисхемы, а затем определимся с выбором конкретной схемы стабилизации.
3.3.1 Эмиттерная термостабилизация
Эмиттерная термостабилизация широко используется вмаломощных каскадах, так как потери мощности в ней при этом не значительны и еёпростота исполнения вполне их компенсирует, а также она хорошо стабилизируетток коллектора в широком диапазоне температур при напряжении на эмиттере более 5В.
/>
Рисунок3.3-Схема каскада с эмиттерной термостабилизацией.
Рассчитаем параметры элементов данной схемы:
1) Необходимое напряжение питания:
Еп=URэ+Uкэ0+Iк0*Rк (3.21)
Значение источника питания необходимо выбирать изстандартного ряда, поэтому выберем напряжение URэ с учетом того, что Еп=10В, Rк=0Ом:
2)Напряжениена Rэ:
URэ=Eп-Uкэ0+Iк0*Rк=10В-6В=4В (3.22)
3) Сопротивление эмиттера:
/> (3.23)
4) Напряжение на базе транзистора:
Uб=URэ+0,7В = 4,7В (3.24)
5) Базовый ток транзистора:
Iб=/> (3.25)
6) Ток делителя:
Iд=5×Iб=5,5мА, (3.26)
где Iд – ток, протекающий через сопротивления Rб1 иRб2.
Сопротивления делителей базовой цепи:
7) Rб1=/> (3.27)
8) Rб2=/> (3.28)
Наряду с эмиттерной термостабилизацией используются пассивнаяи активная коллекторные термостабилизации.
3.3.2 Пассивная коллекторная термостабилизация
Данный видтермостабилизации (схема представлена на рисунке 3.4) используется на малыхмощностях и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжениеотрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся набазу через базовый делитель.
/>
Рисунок3.4 — Схема пассивной коллекторной термостабилизацииРасчетзаключается в выборе URк идальнейшем расчете элементов схем по формулам:
ВыберемURк=5В;
1)Еп = URк + Uкэ0=5В+6В=11В, (329)
гдеURк — падение напряжения на Rк.
2)Сопротивление коллектора:
/> (3.30)
3)Сопротивление базы: Rб=/> (3.31)
4)Ток базы:
/> (3.32)
3.3.3 Активная коллекторная термостабилизация
Активная коллекторная термостабилизация используется вмощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.5.
/>
Рисунок 3.5 — Активная коллекторная термостабилизация
Длярасчета схемы термостабилизации необходимо сначала выбрать напряжение нарезисторе Rк, а затемрассчитать токи и напряжения на втором транзисторе, и следующим шагомрассчитать значения элементов схемы:
1) /> (3.33)
2) Uкэ0vt2=Uкэ0vt1/2 = 6В/2 = 3В (3.34)
3) URб2=Uкэ0vt2-0,7В = 3В-0,7В = 2,3В (3.35)
4) Iк02=Iб01=110мА (3.36)
5) Iк01=Iб01*β01=110мА*100 = 11А (3.37)
6) Rб2=URб2/Iк02=2,3В/110мА = 20,9Ом (3.38)
7) Uб2=Uкэ0vt1-0,7В=6В-0,7В = 5,3В (3.39)
8) Iдел=10Iбо2=110мА*10/100 = 11мА (3.40)
9) R1=Uб2/Iдел=5,3В/11мА= 481,818Ком (3.41)
10) R3= UR2/Iдел=(1+0,7)В/11мА =1 54,545Ом (3.42)
Из рассмотренных схем видно, что наиболее эффективнойбудет схема с эмиттерной термостабилизацией, т.к. каскад выходной иследовательно мощный, и диапазон усиливаемых частот не очень большой, то нетнеобходимости в другом виде термостабилизации.
3.4 Расчёт эквивалентной схемы замещения
Прииспользовании транзисторов до (0,2 — 0,3)fт возможно применение упрощенных эквивалентных моделей транзисторов, параметры элементовэквивалентных схем которых легко определяются на основе справочных данных.
Эквивалентная схема биполярного транзисторапредставлена на рисунке 3.6.
/>
Рисунок 3.6 — Эквивалентная схема биполярноготранзистора (схема Джиаколетто)
1) Найдем ёмкость коллекторного перехода:
/> (3.43)
2) Рассчитаем сопротивление базы:
Rб =τс/Ск=18пс/11,465пФ= 1,57Ом (3.44)
gб=/>=0,637Cм (3.45)
3) Рассчитаем сопротивление эмиттера:
rэ=/> =/>=0,618Ом, (3.46)
где Iк0 в мА;
rэ- сопротивление эмиттера.
4) Найдем проводимость база – эмиттерного перехода:
gбэ=/>=/>, (3.47)
где gбэ- проводимость база-эмиттер;
/> -справочное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с общимэмиттером.
5) Рассчитаем емкость эмиттерного перехода:
Cэ=/>=/>, (3.48)
где Cэ- ёмкость эмиттера;
fт- справочное значение граничной частотытранзистора.
6) Найдем сопротивление транзистора:
Ri = />, (3.49)
где Ri — выходное сопротивление транзистора;
Uкэ0(доп), Iк0(доп)- соответственно паспортные значения допустимогонапряжения на коллекторе и постоянной составляющей тока коллектора.
7) Рассчитаем крутизну:
/> (3.50)
3.5 Переход к однонаправленной модели транзистора
Т.к рабочиечастоты 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.
/>
Рисунок 3.7- Однонаправленная модель транзистора
1) />, (3.51)
где /> - статический коэффициент передачи по току транзистора.
2) /> (3.52)
3) Постоянная времени транзистора:
/> (3.53)
4) Входная ёмкость каскада:
/> (3.54)
5) Входное сопротивление каскада:
/> (3.55)
6) /> (3.56)
7) Коэффициент усиления транзистора по напряжению вОСЧ:
/> (3.57)
8) Выходная ёмкость:
/> (3.58)
9) Постоянная времени в ОВЧ:
/> (3.59)
/>
Рисунок 3.8- Принципиальная схема некорректированногокаскада и эквивалентная схема по переменному току
Для расчета искажений в ОВЧ предварительно распределимискажения так:
-заданные искажения 2 дБ:
-на входной каскад 0,5 дБ;
-на оконечный каскад 1дБ;
-на искажения, вносимые входной цепью 0,5дБ.
При заданном уровне частотных искажений />=1дБ, верхняя граничнаячастота /> полосы пропускания каскадаравна:
/>=/>=43,95МГц (3.60)
где Y=0,8912656 уровень искажений данного каскада.
Т.к. полученная верхняя частота получилась вышетребуемой (40МГц), то ВЧ коррекция не требуется.
4 Расчет промежуточногокаскада
4.1 Расчет рабочей точки для промежуточного каскада
На выходе оконечного каскада необходимо получитьнапряжение равное />, по полученнымрасчетам оконечный каскад имеет />
Входное сопротивление и входную ёмкость оконечногокаскада возьмем из (3.54) и (3.55), т.е. />,/>, следовательно, на входе оконечного каскада и выходепредоконечного необходимы импульсы амплитудой равной /> (4.1)
Рассчитаем рабочую точку предоконечного каскада сучетом полученных данных(/>=/>):
1) />, (4.2)
где /> - напряжение рабочей точки или постоянное напряжениена переходе коллектор эмиттер;
/> -напряжение на выходе усилителя;
/> -остаточное напряжение на транзисторе.
2) Найдем эквивалентное сопротивление оконечногоконтура на граничной частоте />:
/> (4.3)
3) /> (4.4)
4) />=1,1/>=22,684332мА, (4.5)
где /> - постоянная составляющаятока коллектора;
/> - сопротивление нагрузки по сигналу.
5) Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистораравна
/> (4.6)
4.2 Выбор транзистора для промежуточного каскада
Найдем необходимые предельные характеристикитранзистора:
1)/> (4.7)
2)/> (4.8)
3)/> (4.9)
4)/>, (4.10)
где /> изтехнического задания.
Т.к. все необходимые предельные параметры, кромеграничной частоты, значительно меньше аналогичных справочных значений длямаломощных транзисторов, то при выборе транзистора основным критерием будетграничная частота (fT).
По необходимым предельным характеристикам был выбрантранзистор KT316А. Ниже перечислены характеристики транзистора:
Это кремниевый эпитаксиально — планарный n-p-n переключательный маломощный иСВЧ усилительный с ненормированным коэффициентом шума транзистор. Выпускаются вметаллостеклянном корпусе с гибкими выводами.
Основные параметры транзистора:
1) Граничная частота коэффициента передачи по току всхеме с ОЭ:
fГ =1000 МГц;
2) Постоянная времени цепи обратной связи:
τс=50пс;
3) Емкость коллекторного перехода при Uкб=5В:
Ск=2пФ;
4) Емкость эмиттерного перехода:
Cэ=1,2пФ;
5) Максимально допустимое напряжение на переходе К-Э:
Uкэ max=10 В;
6) Максимально допустимый ток коллектора:
Iк max =50 мА;
7) Максимально допустимая мощность, рассеиваемая наколлекторном переходе:
Pк мах= 150 мВт .
Выберем следующие параметры рабочей точки:
Т.к. транзистор хорошо работает только начиная с 5В топримем /> и />.
4.3 Расчёт эквивалентных схем замещения
Эквивалентная схема биполярноготранзистора изображена на рисунке 4.1.
При использовании транзисторовдо (0,2 — 0,3)fт возможно применение упрощенных эквивалентных моделей транзисторов, параметры элементов эквивалентных схем которых легкоопределяются на основе справочных данных.
/>
Рисунок4.1- Эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто)
1)/> (4.11)
2) Rб=τс/Ск=50пс/2пФ=25Ом; (4.12)
gб =/> = 40мCм, (4.13)
где Rб-сопротивление базы.
3) rэ=/> =/>=2,2Ом, (4.14)
где Iк0 в мА;
rэ- сопротивление эмиттера.
4) gбэ=/>=/>, (4.15)
где gбэ- проводимость база-эмиттер;
/> - справочноезначение статического коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.
5) Cэ=/>=/>, (4.16)
где Cэ- ёмкость эмиттера;
fт- справочное значение граничной частотытранзистора.
6) Ri = />, (4.17)
где Ri — выходное сопротивление транзистора;
Uкэ0(доп), Iк0(доп)- соответственно паспортные значения допустимогонапряжения на коллекторе и постоянной составляющей тока коллектора.
4.4 Расчёт эмиттерной термостабилизации
Т.к. режим работы транзистора малосигнальный, топрименим эмиттерную термостабилизацию.
Эмиттерная термостабилизация широко используется в маломощныхкаскадах, так как потери мощности в ней при этом не значительны и её простотаисполнения вполне их компенсирует, а также она хорошо стабилизирует токколлектора в широком диапазоне температур при напряжении на эмиттере более 5В.
/>
Рисунок4.2-Схема каскада с эмиттерной термостабилизацией.
Рассчитаем параметры элементов данной схемы:
1) Необходимое напряжение питания:
Еп=URэ+Uкэ0+Iк0*Rк (4.18)
Значение источника питания необходимо выбирать изстандартного ряда поэтому выберем напряжение URэ с учетом того, что Еп=10В:
2) Напряжение на резисторе Rэ:
URэ = Eп-Uкэ0 = 10В-5В= 5В (4.19)
3) Сопротивлениеэмиттера:
/> (4.20)
4) Напряжение на базе транзистора:
Uб= URэ+0,7В=5,7В (4.21)
5) Базовый ток транзистора:
Iб=/> (4.22)
6) Ток делителя:
Iд =5×Iб = 1мА, (4.23)
где Iд — ток протекающий через сопротивления Rб1 иRб2.
Сопротивления делителей базовой цепи:
7) Rб1=/> (4.24)
8) Rб2=/> (4.25)
4.5 Переход к однонаправленной модели транзистора
Т.к рабочие частоты усилителя заметно больше частоты />, то из эквивалентной схемыможно исключить входную ёмкость, так как она не влияет на характер входногосопротивления транзистора. Индуктивность же выводов транзистора напротивоказывает существенное влияние и потому должна быть включена в модель. Эквивалентнаявысокочастотная модель представлена на рисунке 4.3.
/>
Рисунок 4.3- Однонаправленная модель транзистора
1) />, (4.26)
где /> — статический коэффициент передачи по току транзистора.
2) /> (4.27)
3) Постоянная времени транзистора:
/> (4.28)
4) Входная ёмкость:
/> (4.29)
5) Входное сопротивление каскада:
/> (4.30)
6) /> (4.31)
/> (4.32)
7) Коэффициент усиления транзистора по напряжению вОСЧ:
/> (4.33)
8) Выходная ёмкость:
/> (4.34)
9) Постоянная времени в ОВЧ:
/> (4.35)
/>
Рисунок 4.4- Принципиальная схема некорректированногокаскада и эквивалентная схема по переменному току
Для расчета искажений в ОВЧ распределим искажения навходной каскад 0,5дБ;
При заданном уровне частотных искажений />=0,5дБ, верхняя граничнаячастота /> полосы пропускания каскадаравна:
/>=/>=1,39МГц, (4.36)
где Y=0,944 уровень искажений данного каскада.
Т.к. полученная верхняя частота получилась намногониже требуемой (40МГц), следовательно, необходима ВЧ коррекция с большойглубиной. Выберем ВЧ эмиттерную коррекцию.
4.6 Расчет промежуточного каскада с эмиттернойкоррекцией
Принципиальная схема каскада сэмиттерной коррекцией приведена на рис. 4.5, а, эквивалентная схема попеременному току на рисунке 4.5, б, где /> -элементы коррекции. При отсутствии реактивности нагрузки эмиттерная коррекциявводится для коррекции искажений АЧХ вносимых транзистором, увеличиваяамплитуду сигнала на переходе база-эмиттер, с ростом частоты усиливаемогосигнала.
/>
а) б)
Рисунок4.5 Схемы корректированного каскада
Коэффициентпередачи каскада в области верхних частот, при выборе элементов коррекции /> и /> соответствующимиоптимальной по Брауде форме АЧХ, описывается выражением:
1) Возьмем F=13, тогда
/> (4.37)
2) Т.к. />, то /> (4.38)
3) n = K0*R1*Cвх/τв=19,394∙30Ом∙819,17пФ/40,92нс=11,64735 (4.39)
4)
/>(4.40)
5)/>
/> (4.41)
6) /> (4.42)
7) />
/>, (4.43)
где />. (4.44)
Т.к. верхняячастота корректированного каскада получилась больше требуемой, то искажения,вносимые каскадом будут не более 0,5дБ.
Входноесопротивление каскада с эмиттерной коррекцией может быть аппроксимированопараллельной RC-цепью:
8) />=/> (4.45)
9) /> (4.46)
10) /> (4.47)
5 Искажения, вносимыевходной цепью
Принципиальнаясхема входной цепи каскада приведена на рис. 5.1, а, эквивалентная схема попеременному току на рис. 5.1, б.
/>
а) б)
Рисунок 5.1 Входная цепькаскада
1) Из (4.45)/>,
где /> – />входная емкость каскада.
2) Из (4.47)/>,
где /> – />входное сопротивлениекаскада.
3) /> (5.1)
4) /> (5.2)
5) /> (5.3)
7) Искажения вносимые входной цепью по уровню 0,5 дБравны:
/>=/>=437,32МГц, (5.4)
где Y=0,944.
6 Расчет результирующей характеристики
Построениерезультирующей характеристики в нашем случае заключается в построении АЧХ,которая сроится на основании полученного сквозного коэффициента усиления иискажений на нижних и верхних частотах, указанных в техническом задании.
Итоговая амплитудно-частотная характеристика усилительногоустройства находится как произведение коэффициентов передачи всех каскадовусилителя: Ko = K1∙K2, где K1,.K2 – коэффициенты усиления соответсвенно первого ивторого каскадов.
АЧХ усилителя приведем в нормированном виде дляудобства сравнения ее с различными АЧХ других усилителей.
Результирующаяхарактеристика представлена на рисунке 6.1.
/>
Рисунок6.1 АЧХ усилителя
Yн = 0,707945784;
Yв = 0,794328234;
fн = 4МГц;
fв = 40МГц;
Ko = 80,12(раз).
Значению “1”соответствует значение коэффициента усиления указанного в задании — S21 = 20дБ.
7 Заключение
В ходе курсового проектирования был разработанширокополосный усилитель с характеристиками близкими к указанным в техническомзадании.
Выходной каскад обеспечивает требуемое выходноенапряжение
Промежуточный каскад дает необходимое усиление иискажения в пределах допустимого.
В общем можно сказать, что спроектированный мноюусилитель, удовлетворяет всем требованиям указанных преподавателем в задании.Что говорит о правильности проделанной работы.
По окончании курсового проекта можно сказать отом, что проделанная работа была перевыполнена за счет того что требуемоеусиление по заданию составляет 20дБ или 10(раз), а в результате работы былополучено усилении 80,12(раз), из которых только 53,7 приходится на оконечныйкаскад.
Который также удовлетворяет искажениям(2дБ),указанных в техническом задании при этом не требуя дополнительной коррекции.
Исходя из вышесказанного можно сделать вывод отом, что дополнительный расчет промежуточного каскада был сделан для болееподробного изучения поставленной передо мной задачей
Список использованных источников
1) Красько А.С. Проектированиеаналоговых электронных устройств — Томск: ТУСУР, 2000. — 29с.
2) Мамонкин И.Г. Усилительныеустройства. Учебное пособие для вузов — М.: Связь, 1977. — 360с.
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. — 640с.
4) Титов А.А. Расчет элементоввысокочастотной коррекции усилительных каскадов на биполярных транзисторах:Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию для студентоврадиотехнических специальностей. — Томск: Томск. ТУСУР, 2002. — 47с.
5) Цыкин Г.С. Усилительныеустройства. — М.: Связь, 1971. — 367с.
6) Широкополосныерадиопередающие устройства /Под ред. О.В. Алексеева. — М.: Связь. 1978. — 450с.