ronl

Реферат: Усилитель корректор

Министерствообразования Российской ФедерацииТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТСИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защитыинформации (РЗИ)

Усилитель корректор.

Пояснительная записка ккурсовому

проекту по дисциплине«Схемотехника аналоговых электронных устройств»

           Выполнил

           студент гр.148-3

                      КузнецовА.В._______

           Проверил

           Преподавателькаф.РЗИ

                      ТитовА.А.__________

2001

Реферат

ВЫСОКАЯЧАСТОТА (ВЧ), НИЗКАЯ ЧАСТОТА (НЧ), КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ (КУ), КОРРЕКТИРУЮЩАЯЦЕПЬ (КЦ), АПЛИТУДНОЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (АЧХ).

Целью данной работы являетсяусвоение методики расчета аналоговых

 усилительных устройств.

        В данной работе производился расчетширокополосного усилителя с наклоном АЧХ для корректирования входного сигнала.

        Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word7.0, (представлена на дискете).

Техническое задание

         Тема проэкта: широкополосный усилитель-корректор

       1.Диапазон частот от 20МГц до 400МГц

 2.Допустимые частотные искажения в области НЧ3дБ, в ВЧ 3 дБ

 3.Источниквходного сигнала 50 Ом

 4.Амплитуданапряжения на выходе 3В 

 5.Характери величина нагрузки 50 Ом

 6.Условияэксплуатации +10-+60 С

 7. Дополнительные требования: Сростом частоты коэфициент усиления должен возрастать с подъемом с 30дБ до 33дБ

Содержание

1.Введение......................................................................................…5

2.Определениечисла каскадов ........................................................6

3.Распределение искажений вобласти высоких частот.................6

4 Расчет оконечногокаскада.......................................................…..6

4.1Расчет рабочейточки...........................................................….6

4.2Выбор транзистора……………………………………........…7

    4.3 Расчётэквивалентной схемы транзистора.........................….8

    4.4 Расчет цепейпитания и термостабилизации.....….............…9

    4.5 расчет элементоввысокочастотной коррекции..…......…....12

5 Расчёт предоконечногокаскада…………………………...….….15

6 Расчёт входногокаскада……………………………….......……..16

7 Расчет блокировочных иразделительных емкостей.…….……..19

8 Техническаядокументация…………………………………….…21

9Заключение…………………………………………….………..…23

10Литература………………………………………………………..24


1.Введение

В даннойкурсовой работе требуется рассчитать корректирующий усилитель  с подъёмомамплитудно-частотной характеристики. Необходимость усиливать сигнал, возникаетиз-за того, что достаточно велики потери в кабеле. К тому же потери значительновозрастают с ростом частоты.

Для того,чтобы компенсировать эти потери сигнал после приёма предварительно усиливают, азатем направляют далее по кабелю. При этом усилитель должен иметь подъём АЧХ вобласти высоких частот. В данной работе требовалось обеспечить подъём равный3дБ на октаву.

Припроектировании усилителя основной трудностью является обеспечение заданногоусиления в рабочей полосе частот. В данном случае полоса частот составляет20-400 МГц

Дляреализации широкополосных усилительных каскадов с заданным подъёмомамплитудно-частотной характеристики (АЧХ) предпочтительным является использованиедиссипативной корректирующей цепи четвертого порядка [1].


         2 Определение числа каскадов

          Для обеспечениязаданного  коэффициента усиления равного 30 дБ при  коэффициенте  усилениятранзистора около 10дБ, примем число каскадов усилителя равное 3.

         3 Распределение искажений в области высоких частот

          Рассчитывая усилитель будем исходить из того,что искажения вносимые корректирующими цепями каскадов не превышают 1,5 дБ, аискажения вносимые выходной корректирующей цепью не превышают 1 дБ, тогдаискажения вносимые усилителем не превысят 2,5 дБ.

 

         4 Расчет оконечного каскада 

         4.1 Расчет рабочей точки

 

          Рассчитаем рабочуюточку транзистора для резистивного и дроссельного каскада используя формулы:

            />,                                                                                              (4.1)

где/> амплитуданапряжения на выходе усилителя,/>сопротивление нагрузки.

           /> Вт;

           />;                                                                                              (4.2)

           /> А;

           />,                                                                                         (4.3)

где/> токрабочей точки

           /> А для резистивногокаскада;

           /> А ;

           />А для дроссельногокаскада;

           /> А;

           />,                                                                                      (4.4)

где/>напряжениерабочей точки, а />.

            />В;

            />;                                                                                       (4.5)

            /> - Вт рассеиваемаямощность для резистивного каскада;

            /> - Вт рассеиваемаямощность для дроссельного каскада;

             />,                                                                                   (4.6)

где /> напряжение питания каскада;


             /> В- для резистивного каскада;

             />В — для дроссельногокаскада;

              />;                                                                                       (4.7)

              /> Вт — для  резистивногокаскада;

              /> Вт — для дроссельногокаскада.

/> <td/> />
Принципиальная схема резистивного каскада представленана рисунке 4.1.1, а эквивалентная схема по переменному току на рисунке 4.1.1, б,дроссельного каскада  на рисунке 4.1.2, а и его эквивалентная схема попеременному току на рисунке 4.1.2, б./> <td/> />
                                      а)                                                              б)/> <td/> />
Рисунок 4.1.1/> <td/> />
                                          а)                                                            б)Рисунок 4.1.2

Здесь /> сопротивление нагрузки, />разделительнаяемкость.

Результаты  вычислений:

/>, В

/>, В

/>, мВт

/>, мВт

/>, мА

 с />

11,6 5 660 1531 132

 с /> 

5 5 330 330 66

            4.2 Выбор транзистора. Нагрузочные прямые

           При выборе транзистора нужно учесть предельные значения транзистора />, />,/>,/>.

            /> В;

           /> А для резистивного каскада;

           /> А для дроссельного каскада;

           /> Вт для резистивногокаскада;

           /> Вт для дроссельногокаскада;

           /> Ггц.

/>, В

/>, мВт

/>, ГГц

/>, мА

 с />

6 660 1,7-4 158

 с /> 

6 330 1,7-4 79

           Свой выбор остановим на транзисторе КТ939А предельные допустимые значениякоторого полностью отвечают вышеуказанным требованиям.

           Необходимые справочные данные транзистора КТ939А [2].

/>=18 В ,/>=0,4 А ,/>=4 Вт ,/>=3060 МГц, />=4,6пс, />=6,04пФ при />=5 В, />=113,/> нГн, /> нГн.

/> /> /> /> /> /> <td/> /> />
            Построим нагрузочные прямые для двух описанных выше каскадов.

                                   а)                                                              б)

Рисунок 4.2

            Исходя из вышеуказанных результатоввычислений, целесообразней всего применять дроссельный каскад, так как прииспользовании дроссельного каскада меньше напряжение питания, рассеиваемаямощность, а также потребляемая мощность (что очень существенно).

           4.3 Расчет эквивалентной схемытранзистора

/> /> /> /> /> /> /> /> /> />
            Расчет каскада основан на примененииэквивалентной схемы замещения транзистора [3] рисунок 4.3.1, а, а такжеоднонаправленной схемы замещения[4] рисунок 4.3.1, б.

                                 а)                                                                     б)

Рисунок 4.3.1

Здесь/> проводимость базы

            />,                                                                                                    (4.8)

где/>постояннаявремени цепи обратной связи (табличное значение), />ёмкостьколлекторного перехода (табличное значение),/> проводимостьбаза-эмиттер

             /> См;

             />,                                                                                       (4.9)

где/> сопротивление эмиттера

            />,                                                                               (4.10)

где/> токрабочей точки, /> статический коэффициент передачи тока с общимэмиттером.

            />Ом;

            /> См;

            />,                                                                                     (4.11)

где/> граничная частота транзистора.

             />пФ;

             /> входная индуктивность,

где/> /> индуктивностьбазового и эмиттерного выводов соответственно;

            /> нГн;

            />=/>;

/>выходноесопротивление транзистора

             />,                                                                                         (4.12)

где/> и  /> допустимые параметры транзистора.

             /> Ом;

              />.

Врасчете также используется параметр />,                              (4.13)

где/> верхняячастота усилителя;

              />.


             4.4 Расчет цепей питания и выбор схемытермостабилизации

/> <td/> />
              Рассмотрим три варианта схемтермостабилизации: эмиттерную, пассивную коллекторную и активную коллекторную ипроизведем для них расчет. Схема эмиттерной термостабилизации представлена нарисунке 4.4.1.Рисунок 4.4.1           Здесь/>,/> задаютсмещение напряжения на базе транзистора, /> элементтермостабилизации, /> шунтирует /> по переменному току.            />,                                                                                                 (4.14)

где/> падениенапряжения на резисторе/> примем />=4 В.

           /> Ом;

           />;                                                                                         (4.15)

           /> В,

           />;                                                                                (4.16)

           />;                                                                                      (4.17)

где />токбазового делителя;

           />.

           />  А;

           /> Ом;

           /> Ом;

          />;                                                                                            (4.18)

          />мкГн.

 Схемапассивной коллекторной термостабилизации представлена на рисунке 4.4.2.

/> <td/> />
Рисунок 4.4.2Здесь/> осуществляет смещениенапряжения, а также используется в качестве элемента термостабилизации.            Примем />=/>;            />,                                                                                     (4.19)где      />;                                                                                                  (4.20)            /> А;            /> КОм;            />;                                                                                 (4.21)            />8,3 В.             Рассмотрим  схему активной коллекторной термостабилизации [5]./> <td/> />
Рисунок 4.4.3В данной схеме транзистор VT2 используется в качестве элемента термостабилизации. Ток коллектора VT2 является базовым током смещения.  Здесь />,/>-базовый делитель длятранзистора VT2, />предотвращает генерацию вкаскаде.

             />>1 В,

примем />=1 В;

             />;                                                                                              (4.22)

             /> Ом;

             />;                                                                                    (4.23)

             /> В;

             />,                                                                                             (4.24)

где /> ток коллектора транзистора VT1, /> статическийкоэффициент передачи тока с общим эмиттером транзистора VT1/>-токбазового смещения транзистора VT1.

            /> А;

            />,                                                                                             (4.25)

где />-ток коллектора транзистора VT2.

             />,                                                                                       (4.26)

где />,/>-напряжениярабочей точки транзистора       VT1 и VT2.

             /> В;

             />;                                                                             (4.27)

             />Ом;

             />;                                                                              (4.28)

             />;                                                                     (4.29)

где /> Ом;             />Ом;             />Ом.             Для данного каскада схемаэмиттерной термостабилизации более приемлема, чем остальные. Во-первых, онаобеспечивает высокую стабильность, во-вторых, она легко реализуема, так как содержит малое количества элементов, в-третьих, эта схема применяется длямаломощных каскадов.            4.5 Расчет элементоввысокочастотной коррекции

            Так как нужно реализовать усилитель сподъемом АЧХ, то необходимо применение диссипативной межкаскаднойкорректирующей цепи четвёртого порядка [1]. Принципиальная схема усилителя смежкаскадной корректирующей цепью четвертого порядка приведена на рисунке4.5.1, а, эквивалентная схема по переменному току — на рисунке 4.5.1, б.

/> <td/> />
                                      а)                                                                б)/>
Рисунок 4.5.1

            Коэффициентусиления каскада на транзисторе VT2 вобласти верхних частот можно описать выражением:

              />,                                        (4.30)

где        />, коэффициент усилениякаскада        (4.31)

              />;

              />;

               />;

               />;

               />;

               />;

RВХН–нормированное входное сопротивление  транзистора VT2; />, />, />,

 />,/> –нормированные относительно /> и /> значения элементов L1, R2, C3, C4, L5, соответствующие преобразованной схеме КЦ, в которойзначение СВХ2 равно бесконечности; СВЫХ1 – выходнаяемкость транзистора T1; />; /> – нормированная частота; /> – текущая круговая частота;/> – высшая круговая частотаполосы пропускания разрабатываемого усилителя. Для расчета элементовкорректирующей цепи нужно воспользоваться таблицей 9.1 приведенной в [5].Оконечный каскад реализуем с подъёмом в 3дБ, а предоконечный и выходной сподъёмом в 0 дБ искажения каждого />=/> дБ. Так как для расчетатребуется знать />транзистора VT2то нужно сделать выбор транзистора предоконечного каскада. Свой выбор остановимна транзисторе КТ939А. Сопротивление выхода этого транзистора нам известно

Длярасчета элементов воспользуемся формулами:

             />;                                                               (4.32)

            С помощью таблицы получены следующиенормированные значения элементов.

/>=1,68,/>=0,842,/>,=4,99,/>=4,62,/>=0,234.

             />,

             />;                                                                              (4.33)

             />;

             />;

              />;

              Денормируяполученные значения, определим:

              />=/>=57нГн;

              />=/>=71,5Ом;

              />=/>=18пФ;

              />=8,3 пФ;

             />=13 нГн.

Вусилительных каскадах расширение полосы пропускания связано с потерей частивыходной мощности в резисторах корректирующих цепей (КЦ) либо цепей обратнойсвязи. От выходных каскадов усилителей требуется, как правило, получениемаксимально возможной выходной мощности в заданной полосе частот. Из теорииусилителей известно, что для выполнения указанного требования необходимореализовать ощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генераторатранзистора равным постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Этогоможно достигнуть, включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот,используемый в качестве

/> /> /> /> /> /> /> <td/> /> />
выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведенана рисунке 4.5.2./> <td/> />
                             а)                                                           б)

Рисунок 4.5.2

Использование фильтра нижних частот в качествевыходной КЦ при одновременном расчете элементов L1, C1 пометодике Фано позволяет обеспечить минимально возможное, соответствующеезаданным CВЫХ и fB, значение максимальной величины модуля коэффициента отражения /> в полосе частот от нуля до fB.

Находим коэффициент  /> поформуле:

           />;                                                                                       (4.34)

           />;

Далеенаходим по таблице 7.1 приведённой в [1] значения />,/>, />,/>,соответствующие коэффициенту />:/>, />, />, />. Истинные значенияэлементов рассчитываются по формулам:

           />;                                                                                       (4.35)

           />.

5Расчет предоконечного каскада

            Расчет рабочей точки предоконечного каскадапроизводится по тем же формулам что и оконечный, только ток рабочей точкивычисляется по формуле

          />,                                                                                         (5.1)

где/>-токрабочей точки выходного каскада, а />-коэффициент усиления выходного каскада,

          />А;

          />В;

          /> мВт.

Произведемрасчет схем замещения по формулам (4.8-4.13).

           /> См;

           />Ом;

           /> См;

           />пФ;

           /> Ом.

Произведемрасчет схемы термостабилизации и цепи питания. В этом каскаде также примененаэмиттерная термостабилизация. Для расчета используем формулы (4.14-4.18).

             />=4 В;

             /> Ом;

             /> В;

              />  А;

              /> Ом;

              /> Ом.

             Для расчета межкаскадной корректирующей цепи четвертого порядка выберемтранзистор входного каскада. В входном каскаде используется транзистор КТ939А.Данные из таблицы для каскада с подъемом в 0 дБ с искажением />=/> дБ.Для расчета используем формулы (4.30-4.33).

/>=2,22,/>=1,11,/>,=5,23,/>=3,69,/>=0,291;

            />;

            />;

            />;

             />;

Денормируя полученныезначения, определим:

             />=/>=75нГн;

             />=/>=94,3Ом;

             />=/>=18пФ;

             />=6,1 пФ;

             />=16,1 нГн;

             />мкГн.

/> <td/> />
             На рисунке  5.1 представлена электрическая схема каскада.Рисунок 5.1

              6 Расчет входного каскада.

              Расчет выходного каскада производится потем же формулам что и оконечный.

            />А;

            />В;

            /> мВт.

Вданном каскаде используется транзистор КТ939А.

Расчетэквивалентных схем замещения произведем по формулам (4.8-4.13):

            /> См;

            />Ом;

           /> См;

           />пФ;

           /> Ом.

Произведем расчет схемы термостабилизации и цепипитания. В этом каскаде применена эмиттерная термостабилизация. Для расчетаиспользуем формулы (4.14-4.18).

            />=4В;

           /> Ом;

           /> В;

           /> А;

           /> Ом;

           /> Ом.

           Расчет входнойкорректирующей цепи четвертого порядка.

          Данныйрасчет отличается отсутствием выходной емкости источника сигнала поэтому расчетупрощается. Для расчета используем формулы (4.30-4.33). Данные из таблицы длякаскада с подъемом в 0 дБ с искажением />=/>дБ

/>=2,22,/>=1,11,/>,=5,23,/>=3,69,/>=0,291.

           />,

           />

            />;

Денормируя полученныезначения, определим:

           />=/>=44нГн;

           />=/>=55,5Ом;

           />=/>=41,6пФ;

           />=29 пФ;

           />=5,8 нГн;

           />мкГн.

/> <td/> />
На рисунке  6.1 представлена электрическая схемакаскада.Рисунок 6.1

7Расчет разделительных и блокировочных ёмкостей

           Рассчитаем максимальные искажения, вносимые разделительными и блокировочнымиёмкостями в области низких частот. Так как значение искажений задано 1,5 дБ тона разделительные и блокировочные ёмкости должно приходится искажений по 0,75дБ. Рассчитаем искажения приходящуюся на каждую ёмкость и переведём эти значенияв разы.

            />;

            />;

Рассчитаем разделительныеёмкости по формуле [3]:

            />,                                                                           (7.1)

где/> нижняя граничная круговая частота, /> выходное сопротивление источника сигнала,/> входноесопротивление приемника.

            /> пФ;

            />пФ;

            />пФ;

/>Произведемрасчет блокировочных емкостей по формуле [3]:

            />,                                                                            (7.2)

где /> крутизнатранзистора, /> сопротивление термостабилизации.

            />,

где

            />;

            />мА/в;

            /> мА/в;

            /> мА/в;

            /> мА/в;

            /> нФ;

            /> нФ;

             />нФ.

            Для уменьшения искажений последовательно с разделительной емкостью включимдополнительное сопротивление параллельно емкости /> корректирующейцепи каскада. Дополнительное сопротивление высчитывается по формуле:

            />,                                                                                           (7.3)

где/>сопротивлениенагрузки для оконечного каскада и сопротивление/> дляостальных каскадов.

            />Ом;

            />Ом;

            /> Ом.

Также включим /> последовательно ссопротивлением цепи коррекции /> состороны земли. Дополнительную емкость включим только к оконечному ипредоконечному каскаду:

            />;                                                                                             (7.4)

            /> пФ.

            /> нФ;

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике