Реферат: Усилитель модулятора системы записи компакт-дисков

Министерство образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ ИРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защитыинформации (РЗИ)

Усилитель модулятора системы записи

компакт-дисков.

Пояснительнаязаписка к курсовому проекту

подисциплине:

«Схемотехникааналоговых электронных устройств»

Выполнил

студент гр.149-3

________ Радишевский Е.В.

Проверил

преподаватель каф. РЗИ

________ Титов А.А.

2002

РЕФЕРАТ Курсовая работа 36с., 12рис., 1 табл., 10 источников, 1приложение.

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

Объектом исследования в данной курсовойработе являются методы расчета усилительных каскадов на основе транзисторов.

Цельработы — приобрести практические навыки в расчете усилительных каскадов напримере решения конкретной задачи.

Впроцессе работы производился расчет различных элементов широкополосногоусилителя.

Пояснительная записка выполнена втекстовом редакторе Microsoft Word ХР.

Содержание

1.Введение…………………………………………………………..4

2.Техническое задание……………………………………………..7

3.Расчётная часть…………………………………………………...8

3.1 Структурная схемаусилителя………………………………8

3.2 Распределение линейныхискажений в области ВЧ……….8

3.3 Расчёт выходного каскада………………………………….8

3.3.1 Выбор рабочейточки……………………………...8

3.3.2 Выбортранзистора………………………………..12

3.3.3 Расчётэквивалентной схемы транзистора………13

3.3.4 Расчёт полосыпропускания………………………16

3.3.5 Расчёт цепей термостабилизации………………...17

3.4 Расчётпромежуточного каскада

попостоянному току.………………………………………..23

3.4.1 Выбор рабочейточки……………………………...23

3.4.2 Выбортранзистора………………………………...23

3.4.3 Расчет промежуточногокаскада………………….24

3.4.4 Расчет полосыпропускания………………………25

3.4.5 Расчёт цепейтермостабилизации.………………..26

3.5 Расчётвходного каскада

попостоянному току.………………………………………..26

3.5.1 Выбор рабочейточки……………………………...26

3.5.2 Выбортранзистора………………………………...26

3.5.3 Расчет входногокаскада…………………………..27

3.5.4 Расчет полосыпропускания………………………27

3.5.5 Расчёт цепейтермостабилизации.………………..29

3.6Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей………………………………………………………30

4 Заключение…………………………………………….………….32

Списокиспользованных источников……………………………...33

ПриложениеА………………………………………………………33

Схемапринципиальная……………………………………………..34

РТФКП.468740.001 ПЗ. Перечень элементов………………… 35,36

1.Введение

Целью данной работы являлосьпроектирование усилителя модулятора системы записи компакт дисков [1] (усилителя модулятора лазерного излучения[2]). Данный усилитель является важным компонентом дефлектора или другимисловами устройства предназначенного дляуправления светового пучка, в данном случае лазерного излучения [3],[4]. Работадефлектора целесообразна при условии возникновения угла Брэга и основана наявлении дифракции света на звуке. Через звукопровод изготовленный из кристаллапарателлурита, 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 пьезоэлектрик преобразующий колебания электрического сигналав колебания звукового сигнала. Данныйпреобразователь характеризуется импедансом или другими словами комплекснымсопротивлением (который в нашем случае составляет <img src="/cache/referats/12151/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> длясканирования лазерного пучка в одной плоскости, но при параллельном включениидвух дефлекторов, возможно управление световым пучком и в двух мерномпространстве. В результате высокой монохроматичности, лазерное излучение имеетнизкий уровень расходимости, что позволяет добиться хорошей фокусировки набольших расстояниях. 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 может применяться в микрохирургии и изготовлении сверхсложных печатей, штампов,документов и ценных бумаг.

На примере можем рассмотретьпринцип работы дисковода CD-ROMи осуществление записи накомпакт-диск [5].

Обычный процесс изготовления компакт-дискасостоит из нескольких этапов. Как правило, они включают в себя следующиеоперации: подготовку информации для записи на мастер-диск (первый образец),изготовление самого мастер-диска и матриц (негатив мастер-диска), тиражированиекомпакт-дисков. Закодированная информация наносится на мастер-диск лазернымлучом, который создает на его поверхности микроскопические впадины, разделяемыеплоскими участками. Цифровая информация представляется здесь чередованиемвпадин (неотражающих пятен) и отражающих свет островков. Копии негативамастер-диска (матрицы) используются для прессования самих компакт-дисков.Отметим, что сформированные лазерным лучом впадины очень малы по размеру.Примерно 30-40 впадин соответствуют толщине человеческого волоса, а этопримерно 50 мкм.

В приводе компакт-дисков можно выделитьнесколько базовых элементов: лазерный диод, сервомотор, оптическую систему(включающую в себя расщепляющую призму) и фотодетектор.

Итак, считывание информации с компакт-диска,так же как и запись, происходит при помощи лазерного луча, но, разумеется,меньшей мощности. Сервомотор по команде от внутреннего микропроцессора приводаперемещает отражающее зеркало. Это позволяет точно позиционировать лазерный лучна конкретную дорожку. Такой луч, попадая на отражающий свет островок, черезрасщепляющую линзу отклоняется на фотодетектор, который интерпретирует это какдвоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается- фотодетектор фиксирует двоичный ноль. В качестве отражающей поверхностикомпакт-дисков обычно используется алюминий. Разумеется, вся поверхностькомпакт-диска покрыта прозрачным защитным слоем.

В отличие,например, от винчестеров, дорожки которых представляют концентрическиеокружности, компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форменепрерывной спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему. Тем неменее, одна физическая дорожка может быть разбита на несколько логических.

В то время как все магнитные диски вращаются спостоянным числом оборотов в минуту, то есть с неизменной угловой скоростью(CAV, Constant Angular Velocity), компакт-диск вращается обычно с переменнойугловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении(CLV, Constant Linear Velocity). Таким образом, чтение внутренних сторовосуществляется с увеличенным, а наружных — с уменьшенным числом оборотов.Именноэтим обуславливается достаточно низкая скорость доступа к данным длякомпакт-дисков по сравнению, например, с винчестерами.

Теперь перейдем непосредственно кпринципиальной схеме.

Из-за большой нагрузочной емкости происходитзаметный спад амплитудно-частотной характеристики в области высоких частот. Врезультате чего появляется основная проблема при проектировании данногоусилителя заключающаяся в том, чтобы обеспечить требуемый коэффициент усиления в заданной полосе частот.

Наибольшей широкополосностью, при работе наёмкостную нагрузку, обладает усилительный каскад с параллельной отрицательнойобратной связью по напряжению [6]. 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 естественно привелобы к увеличению тока в цепи коллектора и рассеиваемой мощности, асоответственно и к выбору более дорогого по всем параметрам транзистора. Длявыходного, каскада была использована эмиттерная термостабилизация [7]. В результате предложенного решения на первомкаскаде, добились усиления в 6 дБ с искажениями составляющие 1дБ. Вкачестве промежуточного и входного использованы каскады с комбинированнойобратной связью [6], обладающие активным и постоянным в полосе пропусканиявыходным сопротивлением. Эти каскады реализованы на транзисторах 2T996А. Дляобеспечения требуемой температурной стабилизации вполне подошла эмиттернаястабилизация. В результате на втором каскаде, добились усиления 18 дБ, и на третьем также 18 дБ.

Дляуменьшения потребляемой мощности и увеличения КПД с 1,4 до 28 процентов, в цепиколлектора сопротивление заменяем дросселем сопротивление которого в рабочемдиапазоне частот много больше, чем общее сопротивление нагрузки.

В результатепредложенного решения общий коэффициент усиления составил 42 дБ.

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=4 В.

5.

6.

Rг=50 Ом.

7.

Rн=1000 Ом.

8.

Сн=40 пФ.

3. Расчётная часть

3.1 Структурная схема усилителя.

Для обеспечения заданного коэффициента усиления равного 30 дБ при коэффициенте усиления транзистора около 10дБ, примем число каскадов усилителя равное3.

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

Zн

Промежуточный

каскад

Выходной каскад

Рис.3.1 Структурная схема.

Rн

Входной

каскад

Rг

3.2 Распределение линейныхискажений в области ВЧ

Расчёт усилителя будем проводить исходя изтого, что искажения [7] распределены между каскадами равномерно, а так каквсего три каскада и общая неравномерность должна быть не больше 3 дБ, то накаждый каскад приходится по 1 дБ.

3.3

Расчёт выходного каскада

3.3.1 Выбор рабочей точки

Как отмечалось выше в качестве выходного каскадабудем использовать каскад с параллельной отрицательной обратной связью понапряжению обладающий наибольшей широкополосностью, при работе на ёмкостнуюнагрузку.

Рассчитаем рабочую точкудвумя способами:

1.При использовании дросселя в цепи коллектора.

2.При использовании активного сопротивления Rк в цепи коллектора.

1.Расчет рабочей точки при использовании прииспользовании дросселявцепи коллектора.

R

ос

Lк

C

ос

VT3

C

р

R

н

C

н

Еп

Рисунок 3.2

Каскад с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению при использовании дросселя в цепи коллектора. <img src="/cache/referats/12151/image004.gif" v:shapes="_x0000_s2305 _x0000_s2304 _x0000_s1406 _x0000_s1407 _x0000_s1408 _x0000_s1409 _x0000_s1410 _x0000_s1411 _x0000_s1412 _x0000_s1413 _x0000_s1414 _x0000_s1415 _x0000_s1416 _x0000_s1419 _x0000_s1420 _x0000_s1423 _x0000_s1424 _x0000_s1425 _x0000_s1426 _x0000_s1427 _x0000_s1429 _x0000_s1430 _x0000_s1431 _x0000_s1432 _x0000_s1433 _x0000_s1434 _x0000_s1437 _x0000_s1440 _x0000_s1442 _x0000_s1444 _x0000_s1445 _x0000_s1446 _x0000_s1447 _x0000_s1448 _x0000_s1449 _x0000_s1450 _x0000_s1451 _x0000_s1452 _x0000_s1453 _x0000_s1454 _x0000_s1456 _x0000_s2303 _x0000_s1459 _x0000_s1460 _x0000_s1473 _x0000_s1470 _x0000_s1471 _x0000_s1472 _x0000_s1664 _x0000_s1665 _x0000_s1666 _x0000_s1679">

Сопротивлениеобратной связи Rоснаходим исходя из запланированного на выходной каскад коэффициента усиления,сопротивления генератора или другими словами выходного сопротивленияпредыдущего каскада и рассчитываем по следующей формуле [6]:

<img src="/cache/referats/12151/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1026"><img src="/cache/referats/12151/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> (3.3.1)

Координатырабочей точки можно приближённо рассчитать по следующим формулам [7]:

<img src="/cache/referats/12151/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> (3.3.2)

где <img src="/cache/referats/12151/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1029"><img src="/cache/referats/12151/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> (3.3.3)

<img src="/cache/referats/12151/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> (3.3.4)

<img src="/cache/referats/12151/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> (3.3.5)

где <img src="/cache/referats/12151/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> – начальное напряжениенелинейного участка выходных

характеристиктранзистора, <img src="/cache/referats/12151/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1034">

<img src="/cache/referats/12151/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> (3.3.6)

<img src="/cache/referats/12151/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> (3.3.7)

<img src="/cache/referats/12151/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> (3.3.8)

Рассчитываяпо формулам 3.3.2 и 3.3.5, получаем следующие координаты рабочей точки:

Найдёмпотребляемую мощность и мощность рассеиваемую на коллекторе

<img src="/cache/referats/12151/image042.gif" v:shapes="_x0000_i1044"><img src="/cache/referats/12151/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1045"> <img src="/cache/referats/12151/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1046"> тогда <img src="/cache/referats/12151/image048.gif" v:shapes="_x0000_i1047">

Выбранное сопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.

Произведём построениенагрузочных прямых для дроссельного каскада: Еп = 6,5(В), Uкэ0 = 6,5(В), Iк0 = 0,121(А), <img src="/cache/referats/12151/image050.gif" v:shapes="_x0000_i1048"><img src="/cache/referats/12151/image052.gif" v:shapes="_x0000_i1049"><img src="/cache/referats/12151/image054.gif" v:shapes="_x0000_i1050">D

Uк найдём поформуле: <img src="/cache/referats/12151/image056.gif" v:shapes="_x0000_i1051"><img src="/cache/referats/12151/image058.gif" v:shapes="_x0000_i1052">

Iк[A]

6,5

0.121

Rп

0.3

Uk [B]

Рис. 3.3 Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току при использовании дросселя в цепи коллектора.

R

ос

C

ос

VT

C

R

C

Еп

Рисунок 3.4

Каскад с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению при использовании активного сопротивления Rк в цепи коллектора. <img src="/cache/referats/12151/image060.gif" v:shapes="_x0000_s2315 _x0000_s2314 _x0000_s1515 _x0000_s1516 _x0000_s1517 _x0000_s1518 _x0000_s1519 _x0000_s1520 _x0000_s1521 _x0000_s1522 _x0000_s1523 _x0000_s1524 _x0000_s1525 _x0000_s1526 _x0000_s1527 _x0000_s1528 _x0000_s1529 _x0000_s1530 _x0000_s1531 _x0000_s1532 _x0000_s1534 _x0000_s1535 _x0000_s1536 _x0000_s1537 _x0000_s1538 _x0000_s1539 _x0000_s1541 _x0000_s1543 _x0000_s1544 _x0000_s1545 _x0000_s1546 _x0000_s1547 _x0000_s1548 _x0000_s1549 _x0000_s1550 _x0000_s1551 _x0000_s1552 _x0000_s1553 _x0000_s1554 _x0000_s1555 _x0000_s1556 _x0000_s1557 _x0000_s1558 _x0000_s1559 _x0000_s1560 _x0000_s1561 _x0000_s1562 _x0000_s1567 _x0000_s1670 _x0000_s1671 _x0000_s1672 _x0000_s1692">2. Расчет рабочей точки прииспользовании активного сопротивления Rkв цепи коллектора.

Выберем Rк=Rн =1000 (Ом).

Координаты рабочей точкиможно приближённо рассчитать по следующим формулам [7]:

<img src="/cache/referats/12151/image062.gif" v:shapes="_x0000_i1053"> (3.3.9)

<img src="/cache/referats/12151/image064.gif" v:shapes="_x0000_i1054"> (3.3.10)

<img src="/cache/referats/12151/image066.gif" v:shapes="_x0000_i1055"> (3.3.11)

Рассчитываяпо формулам 3.3.9 и 3.3.10, 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

129,043

0,123

6,5

0,797

15,813

С Lк

6,5

0,121

6,5

0,785

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

Произведёмпостроение нагрузочных прямых для резистивного каскада: Еп =129,043(В), Uкэ0= 6,5(В), Iк0= 0,123(А), <img src="/cache/referats/12151/image091.gif" v:shapes="_x0000_i1068"><img src="/cache/referats/12151/image093.gif" v:shapes="_x0000_i1069"><img src="/cache/referats/12151/image095.gif" v:shapes="_x0000_i1070">D

Uк найдём поформуле: <img src="/cache/referats/12151/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1071"><img src="/cache/referats/12151/image099.gif" v:shapes="_x0000_i1072">

Iк[A]

6,5

0.129

12,5

Rп

0.35

Uk [B]

Рис. 3.5 Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току при использовании активного сопротивления Rк в цепи коллектора.

0.123

129

3.3.2 Выбортранзистора

Выбортранзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров:

1.

<img src="/cache/referats/12151/image102.gif" v:shapes="_x0000_i1073">;

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/12151/image128.gif" v:shapes="_x0000_i1086"> Вт;

4.

3.3.3 Расчёт эквивалентнойсхемы транзистора

3.3.3.1Схема Джиаколетто

Многочисленные исследованияпоказывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор не являетсябезынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале в широкомдиапазоне частот удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем.Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя рядэлементов с сосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная эквивалентная схема- схема Джиаколетто,которая представлена на рисунке 3.6. Подробное описание схемы можно найти [8].

<img src="/cache/referats/12151/image132.jpg" v:shapes="_x0000_s1644">
Достоинство этой схемы заключается вследующем: схема Джиаколетто с достаточной для практических расчетов точностьюотражает реальные свойства транзисторов на частотах f£

0.5fт; при последовательном применении этой схемы инайденных с ее помощью Y — параметров транзистора достигается наибольшее единство теории ламповых итранзисторных усилителей.

Рис. 3.6 Схема Джиаколетто.

Расчитаем элементы схемы,воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами [6].

при <img src="/cache/referats/12151/image134.gif" v:shapes="_x0000_i1108"> В

Справочные данные для транзистораКТ610А:

Ск=4∙10-12(Ф) при Uкэ=10(В), τс=20∙10-12(с) при Uкэ=10(В), fт=1∙109(Гц),

Iкmax=0,3∙(А), Uкэmax=26(В),где Cк — емкость коллекторногоперехода, t

с — постоянная времениобратной связи, Н21э=bо — статический коэффициент передачи тока в схеме сОЭ.

Найдемзначение емкости коллектора при Uкэ=10В поформуле :

<img src="/cache/referats/12151/image136.gif" v:shapes="_x0000_i1088"> (3.3.12)

где U¢

кэо– справочное или паспортноезначение напряжения;

Uкэо– требуемоезначение напряжения.<img src="/cache/referats/12151/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1089">

Сопротивлениебазы рассчитаем по формуле:

<img src="/cache/referats/12151/image141.gif" v:shapes="_x0000_i1091">,<img src="/cache/referats/12151/image143.gif" v:shapes="_x0000_i1092">. (3.3.13)

Используя формулу (3.3.12), найдем значение коллекторной емкости врабочей точке :

Статический коэффициентпередачи тока в схеме с ОБ найдем по

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Разработка технологического процесса изготовления печатной платы для широкодиапазонного генератора импульсов

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Проектирование участка по изготовлению широкодиапазонного генератора импульсов

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Разработка блока динамического ОЗУ с мультиплексором кода адреса

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Курсовик по электротехнике

25 Июня 2015