Реферат: Усилитель модулятора лазерного излучения

<img src="/cache/referats/4765/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1663">Министерство образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ ИРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защитыинформации (РЗИ)

Усилитель модулятора лазерного

излучения.

Пояснительнаязаписка к курсовому

проектупо дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств»

Выполнил

студент гр.148-3

______Задорин О.А.

Проверил

преподаватель каф. РЗИ

______Титов А.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, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯМОДЕЛЬ.

Объектом исследования в даннойкурсовой работе являются методы расчета усилительнх каскадов на основетранзисторов.

Цель работы — преобрести практические навыки врасчете усилительных каскадов на примере решения конкретной задачи.

Впроцессе работы производился расчет различных элементов широкополосногоусилителя.

Пояснительная записка выполнена втекстовом редакторе Microsoft Word 7.0.

Содержание

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

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

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

3.1 Структурная схемаусилителя...........................................…..6

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

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

3.3.1 Выбор рабочейточки..................................................6

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

3.3.3 Расчёт эквивалентнойсхемы транзистора………...10

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

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

3.4 Расчёт входного каскада

по постоянномутоку.……………………………….............21

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

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

3.4.3Расчетсопротивления обратной связи во

входном каскаде…………………………………….22

3.4.4 Расчёт эквивалентной схемы

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

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

3.4.6 Расчёт цепейтермостабилизации.…………............25

3.5Расчёт разделительных иблокировочных ёмкостей……………………………………………...............26

4Заключение…………………………………………….…………29

Список использованных источников………………………………………..30

Приложение А Схема принципиальная……………………………………..31

РТФ КП.468740.001 ПЗ. Переченьэлементов………………………………33

1.Введение

Целью данной работы являлосьпроектирование усилителя модулятора лазерного излучения. Данный усилительявляется важным компонентом дефлектора 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 наэтой решетке, то есть отклоняется от первоначального направления на уголпропорционально частоте звука. При этом его интенсивность оказываетсяпропорциональна мощности звуковыхколебаний. Пьезо элемент играет рольпереходника, между кристаллом и усилителем мощности в работе дефлектора ипредставляет собой пьезо электрик преобразующий колебания электрическогосигнала в колебания звукового сигнала. Данный преобразователь характеризуется импедансом или другими словамикомплексным сопротивлением ( который в нашем случае составляет <img src="/cache/referats/4765/image003.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> ). Ко входу данногопреобразователя подключается разработанный мной усилитель. Дефлекториспользуется для сканирования лазерногопучка в одной плоскости, но при параллельном включении двух дефлекторов,возможно управление световым пучком и в двух мерном пространстве. В результатевысокой монохроматичности, лазерное излучение имеет низкий уровеньрасходимости, что позволяет добиться хорошей фокусировки на большихрасстояниях. Данное явление за счет своей зрелищности находит широкоеприменение при проведении тожеств, приемах, в рекламных компаниях и впредвыборных гонках. Имея так же большую точность, то есть возможность добитьсяпри использовании дефлектора очень незначительных отклонений светового пучка отзаданной точки, данный прибор можетприменяться вмикрохирургии и изготовлениисверхсложных печатей, штампов, документов и ценных бумаг.

Теперь перейдем непосредственно к принципиальнойсхеме. Требуемые основные характеристики данного усилителя :

Rg ………………………………………50 [Ом]

Усиление ………………………………20 [дБ]

Uвых…………………………………….5[B]

Допустимые частотные искажения …..2 [дБ]

Диапозон частот ………………………… от 10 МГц до 100 МГц

Нагрузочная емкость ……………………40 [пФ]

Нагрузочный резистор…………………..1000 [Ом]

Рабочий температурный диапазон……… от+10 0С до +60 0С

Из-за большой нагрузочной емкостипроисходит заметный спад амплитудно- частотной характеристики в области высокихчастот. В результате чего появляется основная проблема при проектированииданного усилителя заключаюещаяся в том, чтобы обеспечить требуемый кофициент усиления в заданной полосе частот .

Наибольшейширокополосностью, при работе на ёмкостную нагрузку, обладает усилительныйкаскад с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению. Он и былвыбран в качестве выходного каскада разработанного широкополосного усилителямощности. Так же по сравнению с обыкновенным резистивным каскадом выбранныйвариант более экономичный. Для компенсации завала АЧХ в области верхних частотпри применении резистивного каскада пришлось бы ставить в цепи коллектора оченьмалое сопротивление порядка 6 [Ом],для уменьшения общего выходного сопротивления каскада, что естественно привелобы к увеличению тока в цепи коллектора и рассеваемой мощности, а соответственнои к выбору более дорогого по всем параметрам транзистора. Для выходного,каскада была использована активная коллекторная термостабилизация. Обладающаянаименьшей, из всех известных мне схем термостабилизаций, мощностью потребленияи обеспечивающая наибольшую температурную стабильность коллекторного тока. Врезультате предложенного решения на первом каскаде, добились усиления в 8 [дБ] с искажениями составляющие 1[дБ]. В качестве предоконечного использованкаскад с комбинированной обратной связью [2], обладающие активным и постоянным в полосе пропусканиявыходным сопротивлением. Этот каскад реализован на транзисторе малой мощностиКТ 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.

Дляуменьшения потребляемой мощности и увеличения КПД с 12 до 32 процентов, в цепиколлектора сопротивление заменяем дросселем сопротивление которого в рабочемдиапазоне частот много больше, чем общее сопротивление нагрузки.

В результатепредложенного решения общий коэффициент усиления составил 20 дБ требуемые позаданию.

2. Техническое задание

Усилительдолжен отвечать следующим требованиям:

1.

2.

в области нижних частот не более 3 дБ

в области верхних частот не более 3 дБ

3.

4.

Uвых=5 В

5.

6.

Rг=50 Ом

7.

Rн=1000 Ом

8.

Емкостьнагрузки Сн=40 пФ

3. Расчётная часть

3.1 Структурная схема усилителя.

Учитывая то,что каскад с общим эмиттером позволяет получать усиление до 20 дБ, оптимальноечисло каскадов данного усилителя равно двум. Предварительно распределим напервый каскад по 8 дБ, а на второй каскад 12 дБ. Таким образом, коэффициентпередачи устройства составит 20 дБ требуемые по заданию.

Структурнаясхема, представленная на рисунке 3.1, содержит кроме усилительных каскадов цепиотрицательной обратной связи, источник сигнала и нагрузку.

Входной каскад Ку=8дБ

Выходной каскад Ку=14дБ

Rг

Zн

Рисунок 3.1

3.2 Распределение линейныхискажений вобласти ВЧ

Расчётусилителя будем проводить исходя из того, что искажения распределены следующимобразом: выходная КЦ–1 дБ, выходной каскад с межкаскадной КЦ–1.5 дБ, входнойкаскад со входной КЦ–0.5 дБ. Таким образом, максимальная неравномерность АЧХусилителя не превысит 3 дБ.

3.3

Расчёт выходного каскада

3.3.1 Выбор рабочей точки

Как отмечалсь выше в качестве выходного каскадабудем испльзовать каскад с параллельной отрицательной обратной связью понапряжению обладающий наибольшей широкополосностью, при работе наёмкостную нагрузку.

Расчитаем рабочуюточку двумя способами:

1.При использовании дросселя в цепи коллектора.

2.При использовании активногосопротивления Rk в цепи коллектора.

1.Расчет рабочей точки при использовании прииспользовании дросселяв цепи коллектора.

Схема каскада приведена на рисунке 3.2.

R

ос

C

ос

VT

C

R

C

Еп

Рисунок3.2

Сопротивление обратной связи Rоснаходим исходя из заплонированного на выходной каскад коэффициента усиления, вразах, сопротивления генератора или другими словами выходного сопротивленияпредыдущего каскада и рассчитываем по следующей формуле[2]:

<img src="/cache/referats/4765/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> (3.3.1)

Координаты рабочей точкиможно приближённо рассчитать по следующим формулам [1]:

<img src="/cache/referats/4765/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> (3.3.2)

где <img src="/cache/referats/4765/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1029"><img src="/cache/referats/4765/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> (3.3.3)

<img src="/cache/referats/4765/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> (3.3.4)

<img src="/cache/referats/4765/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> (3.3.5)

где <img src="/cache/referats/4765/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> – начальное напряжениенелинейного участка выходных

<img src="/cache/referats/4765/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> (3.3.6)

<img src="/cache/referats/4765/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> (3.3.7)

<img src="/cache/referats/4765/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> (3.3.8)

Рассчитываяпо формулам 3.3.2 и3.3.5, получаем следующие координаты рабочей точки:

Найдёмпотребляемую мощность и мощность рассеиваемую на коллекторе

Выбранное сопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.

Нагрузочныепрямые по переменному и постоянному току для выходного каскада представлены нарисунке 3.2

Ik [A]

0.147

Rп

0.334

Uk [B]

Рисунок 3.3

2.Расчет рабочей точки при использовании активногосопротивления Rk в цепи коллектора.

Схема каскада приведена на рисунке 3.4.

R

ос

C

ос

VT

C

ЕП

Рисунок 3.4

Выберем Rк=Rн =1000 (Ом).

Координаты рабочей точкиможно приближённо рассчитать по следующим формулам [1]:

<img src="/cache/referats/4765/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1045"> (3.3.9)

<img src="/cache/referats/4765/image051.gif" v:shapes="_x0000_i1046"> (3.3.10)

<img src="/cache/referats/4765/image053.gif" v:shapes="_x0000_i1047"> (3.3.11)

Рассчитываяпо формулам 3.3.20 и 3.3.21, получаем следующие значения:

Найдёмпотребляемую мощность и мощность рассеиваемую на коллекторе по формулам (3.3.7)и (3.3.8) соответственно:

Результаты выбора рабочейточки двумя способами приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Eп,(В)

Iко, (А)

Uко, (В)

Pрасс.,(Вт)

Pпотр.,(Вт)

С Rк

155.7

22.57

С Lк

2.75

1.027

Из таблицы 3.1 видно, чтодля данного курсового задания целесообразно использовать дроссель в цепиколлектора.

Нагрузочныепрямые по переменному и постоянному току для выходного каскада представлены нарисунке 3.5

155.7

Ik [A]

0.149

Rп

0.156

Uk [B]

0.284

Рисунок 3.5

3.3.2 Выбортранзистора

Выбортранзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров:

1.

<img src="/cache/referats/4765/image071.gif" v:shapes="_x0000_i1057">;

2.

3.

4.

Этимтребованиям полностью соответствует транзистор КТ 610 А. Его основныетехнические характеристики приведены ниже.

Электрическиепараметры:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Предельныеэксплуатационные данные:

1.

2.

3.

<img src="/cache/referats/4765/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1070"> Вт;

4.

3.3.3 Расчёт эквивалентнойсхемы транзистора

3.3.3.1Схема Джиаколетто

<img src="/cache/referats/4765/image101.jpg" v:shapes="_x0000_s1644">
Многочисленныеисследования показывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор неявляется безынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале вшироком диапазоне частот удобно анализировать при помощи физическихэквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий ивключают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Наиболеераспространенная эквивалентная схема-схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 3.6. Подробное описаниесхемы можно найти [3].

Рисунок3.6 – Схема Джиаколетто

Достоинствоэтой схемы заключается в следующем:схема Джиаколетто сдостаточной для практических расчетов точностью отражает реальные свойстватранзисторов на частотах f £

0.5fт;при последовательномприменении этой схемы и найденных с ее помощью Y — параметров транзисторадостигается наибольшее единство теории ламповых и транзисторных усилителей.

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

при <img src="/cache/referats/4765/image103.gif" v:shapes="_x0000_i1079"> В

<img src="/cache/referats/4765/image105.gif" v:shapes="_x0000_s1645">
Справочные данные длятранзистора КТ610А:

Cк — емкость коллекторногоперехода,

t

с — постояннаявремени обратной связи,

b

о — статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.

Найдемзначение емкости коллектора при Uкэ=10В поформуле :

<img src="/cache/referats/4765/image107.gif" v:shapes="_x0000_i1072"> (3.3.12)

<img src="/cache/referats/4765/image109.gif" v:shapes="_x0000_s1647">
где U¢

кэо– справочноеили паспортное значение напряжения;

Uкэо– требуемоезначение напряжения.

Сопротивлениебазы рассчитаем по формуле:

<img src="/cache/referats/4765/image111.gif" v:shapes="_x0000_s1651">
<img src="/cache/referats/4765/image113.gif" v:shapes="_x0000_i1073"> (3.3.13)

Статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:

<img src="/cache/referats/4765/image115.gif" v:shapes="_x0000_i1074"> (3.3.14)

Найдемток эмиттера по формуле:

<img src="/cache/referats/4765/image119.gif" v:shapes="_x0000_i1076"> (3.3.15)

Найдемсопротивление эмиттера по формуле:

<img src="/cache/referats/4765/image123.gif" v:shapes="_x0000_i1078"> (3.3.16)

где Iэо–ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА.

<img src="/cache/referats/4765/image125.gif" v:shapes="_x0000_s1649">
Проводимость база-эмиттер расчитаем поформуле:

(3.3.17)

<img src="/cache/referats/4765/image129.gif" v:shapes="_x0000_s1653">
Определим диффузионную емкость по формуле:

<img src="/cache/referats/4765/image131.gif" v:shapes="_x0000_s1655">
<img src="/cache/referats/4765/image133.gif" v:shapes="_x0000_i1080"> (3.3.18)

Крутизну транзистора определим по формуле:

<img src="/cache/referats/4765/image138.gif" v:shapes="_x0000_s1656"> <img src="/cache/referats/4765/image139.gif" v:shapes="_x0000_s1658">
(3.3.19)

3.3.3.2 Однонаправленнаямодель

Поскольку рабочие частотыусилителя заметно больше частоты <img src="/cache/referats/4765/image141.gif" v:shapes="_x0000_i1081">

Рисунок 3.7

Параметры эквивалентной схемырассчитываются по приведённым ниже формулам[2].

Входная индуктивность:

<img src="/cache/referats/4765/image145.gif" v:shapes="_x0000_i1083">, (3.3.20)

где <img src="/cache/referats/4765/image147.gif" v:shapes="_x0000_i1084">

Входное сопротивление:

<img src="/cache/referats/4765/image149.gif" v:shapes="_x0000_i1085"> (3.3.21)

где <img src="/cache/referats/4765/image151.gif" v:shapes="_x0000_i1086"><img src="/cache/referats/4765/image153.gif" v:shapes="_x0000_i1087"><img src="/cache/referats/4765/image155.gif" v:shapes="_x0000_i1088"><img src="/cache/referats/4765/image157.gif" v:shapes="_x0000_i1089"> – справочные данные.

Крутизна транзистора:

<img src="/cache/referats/4765/image159.gif" v:shapes="_x0000_i1090">, (3.3.22)

где <img src="/cache/referats/4765/image161.gif" v:shapes="_x0000_i1091">, <img src="/cache/referats/4765/image163.gif" v:shapes="_x0000_i1092"><img src="/cache/referats/4765/image165.gif" v:shapes="_x0000_i1093">

Выходное сопротивление:

<img src="/cache/referats/4765/image167.gif" v:shapes="_x0000_i1094">. (3.3.23)

Выходная ёмкость:

<img src="/cache/referats/4765/image169.gif" v:shapes="_x0000_i1095"> (3.3.24)

В соответствие с этими формуламиполучаем следующие значения элементов эквивалентной схемы:

3.3.4Расчет полосы пропускания.

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

УСИЛИТЕЛЬ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ

25 Июня 2015

Реферат по радиоэлектронике