Реферат: Усилитель модулятора лазерного излучения
/>Министерство образования
Российской Федерации
ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМУПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
(ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защитыинформации (РЗИ)Усилитель модулятора лазерного
излучения.
Пояснительная записка ккурсовому
проекту по 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,ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ.
Объектом исследования в даннойкурсовой работе являются методы расчета усилительнх каскадов на основетранзисторов.
Цель работы- преобрести практические навыки в расчете усилительных каскадов на примеререшения конкретной задачи.
В процессе 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
3.1Структурная 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
3.4.3 Расчетсопротивления обратной связи во
входном каскаде…………………………………….22
3.4.4Расчёт эквивалентной схемы
транзистора………………………………….............23
3.4.5 Расчетполосы 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]
Диапозон частот ………………………… от 10МГц до 100 МГц
Нагрузочная емкость ……………………40 [пФ]
Нагрузочныйрезистор…………………..1000 [Ом]
Рабочий температурный диапазон……… от +10 0Сдо +60 0С
Из-за большой нагрузочной емкости происходитзаметный спад амплитудно- частотной характеристики в области высоких частот. Врезультате чего появляется основная проблема при проектировании данного усилителязаключаюещаяся в том, чтобы обеспечить требуемый кофициент усиления в заданнойполосе частот .
Наибольшей широкополосностью, при работе на ёмкостнуюнагрузку, обладает усилительный каскад с параллельной отрицательной обратнойсвязью по напряжению. Он и был выбран в качестве выходного каскада разработанногоширокополосного усилителя мощности. Так же по сравнению с обыкновеннымрезистивным каскадом выбранный вариант более экономичный. Для компенсациизавала АЧХ в области верхних частот при применении резистивного каскадапришлось бы ставить в цепи коллектора очень малое сопротивление порядка 6 [Ом], для уменьшения общего выходного сопротивления каскада,что естественно привело бы к увеличению тока в цепи коллектора и рассеваемоймощности, а соответственно и к выбору более дорогого по всем параметрамтранзистора. Для выходного, каскада была использована активная коллекторнаятермостабилизация. Обладающая наименьшей, из всех известных мне схемтермостабилизаций, мощностью потребления и обеспечивающая наибольшуютемпературную стабильность коллекторного тока. В результате предложенногорешения на первом каскаде, добились усиления в 8 [дБ] с искажениями составляющие 1[дБ]. В качестве предоконечного использован каскад скомбинированной обратной связью [2], обладающие активными 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.
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. Рабочая полоса частот: 10-100 МГц
2. Линейные искажения
в области нижних частот не более 3 дБ
в областиверхних частот не более 3 дБ
3. Коэффициент усиления 20 дБ с подъёмом области верхних частот 6 дБ
4. Амплитуда выходного напряжения Uвых=5 В
5. Диапазон рабочих температур: от +10 до +60 градусов Цельсия
6. Сопротивление источника сигнала Rг=50 Ом
7. Сопротивления нагрузки Rн=1000 Ом
8. Емкость нагрузки Сн=40 пФ
3.Расчётная часть
3.1Структурная 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.
/> /> /> /> /> /> /> <td/>Zн
/>Рисунок 3.1
3.2 Распределение линейных искажений в области 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
3.3.1Выбор рабочей точки
Как отмечалсь выше в качестве выходного каскада будем испльзоватькаскад с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению обладающий наибольшейширокополосностью, при работе на ёмкостную нагрузку.
Расчитаем рабочую точку двумя способами:
1.При использовании дросселя в цепи коллектора.
2.Прииспользовании активного сопротивления Rk в цепи коллектора.
1.Расчетрабочей точки при использовании прииспользовании дросселяв цепи коллектора.
Схемакаскада приведена на рисунке 3.2.
/>
Рисунок3.2
Сопротивление обратной связи Rос находим исходя иззаплонированного на выходной каскад коэффициента усиления, в разах,сопротивления генератора или другими словами выходного сопротивленияпредыдущего каскада и рассчитываем по следующей формуле[2]:
/>, (3.3.1)
/>
Координаты рабочей точкиможно приближённо рассчитать по следующим формулам [1]:
/>, (3.3.2)
где />/>, (3.3.3)
/> (3.3.4)
/>, (3.3.5)
где /> – начальное напряжениенелинейного участка выходных
/>/>характеристиктранзистора, />.
/> (3.3.6)
/> (3.3.7)
/> (3.3.8)
Рассчитываяпо формулам 3.3.2 и 3.3.5, получаем следующиекоординаты рабочей точки:
/>Ом
/>Ом
/>мА,
/>В.
/>А
Найдёмпотребляемую мощность и мощность рассеиваемую на коллекторе
/>Вт.
/>Вт.
Выбранноесопротивление Rос обеспечивает заданный диапазончастот.
Нагрузочныепрямые по переменному и постоянному току для выходного каскада представлены нарисунке 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).
Координаты рабочей точкиможно приближённо рассчитать по следующим формулам [1]:
/> (3.3.9)
/> (3.3.10)
/> (3.3.11)
Рассчитываяпо формулам 3.3.20 и 3.3.21, получаем следующие значения:
/>Ом
/>Ом
/>Ом
/>мА,
/>В.
/>В.
/>
Найдёмпотребляемую мощность и мощность рассеиваемую на 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 22.57С Lк
7 2.75 7 1.027 1.027Из таблицы 3.1 видно, что для данного курсовогозадания целесообразно использовать дроссель в цепи коллектора.
Нагрузочныепрямые по переменному и постоянному току для выходного каскада представлены нарисунке 3.5
/>
Рисунок 3.5
3.3.2 Выбор транзистора
Выбортранзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров:
1. граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ
/>;
2. предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер
/>;
3. предельно допустимого тока коллектора
/>;
4. предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе
/>.
Этимтребованиям полностью соответствует транзистор КТ 610 А. Его основныетехнические характеристики приведены ниже.
Электрическиепараметры:
1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ />МГц;
2. Постоянная времени цепи обратной связи />пс;
3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ />;
4. Ёмкость коллекторного перехода при /> В/>пФ;
5. Индуктивность вывода базы />нГн;
6. Индуктивность вывода эмиттера />нГн.
Предельныеэксплуатационные данные:
1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер />В;
2. Постоянный ток коллектора />мА;
3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора /> 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 достаточнойдля практических расчетов точностью отражает реальные свойства транзисторов начастотах f £0.5fт; припоследовательном применении этой схемы и найденных с ее помощью Y — параметров транзисторадостигается наибольшее единство теории ламповых и транзисторных усилителей.
Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочнымиданными и приведенными ниже формулами [2].
при /> В
/>Справочные данные для транзистора КТ610А:
Cк — емкость коллекторного перехода,
tс — постояннаявремени обратной связи,
bо — статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.
Найдемзначение емкости коллектора при Uкэ=10В поформуле :
/> (3.3.12)
/> <td/> />где U¢кэо– справочноеили 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 расчитаем поформуле:
/>
(3.3.17)
/>
Определим диффузионную емкость по формуле:
/>
/> (3.3.18)
Крутизнутранзистора определим по формуле:
/>
/> /> /> /> /> /> <td/> /> />(3.3.19)
3.3.3.2 Однонаправленнаямодель
Поскольку рабочие частотыусилителя заметно больше частоты />, то изэквивалентной схемы можно исключить входную ёмкость, так как она не влияет нахарактер 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
Параметры эквивалентной схемырассчитываются по приведённым ниже формулам [2].
Входная индуктивность:
/>, (3.3.20)
где />–индуктивностивыводов базы и эмиттера.
Входное сопротивление:
/>, (3.3.21)
где />,причём />, />и /> – справочные данные.
Крутизна транзистора:
/>, (3.3.22)
где />, />, />.
Выходное сопротивление:
/>. (3.3.23)
Выходная ёмкость:
/>. (3.3.24)
В соответствие с этими формуламиполучаем следующие значения элементов эквивалентной схемы:
/>нГн;
/>пФ;
/>Ом
/>Ом;
/>А/В;
/>Ом;
/>пФ.
3.3.4 Расчет полосы пропускания.
Проверим обеспечит ли выбранное сопротивленииобратной связи Rос, расчитанное в пункте 3.3.1, на нужной полосе частоттребуемый коэффициент усиления, для этого воспользуемся следующими формулами[2]:
/>/>(3.3.25)
/> (3.3.26)
Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10Впо формуле (3.3.12):
/>
Найдем сопротивление базы 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):
/>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 диапазончастот.
3.3.5Расчёт цепей термостабилизации
Существуетнесколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит отмощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. Вданной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: пассивная коллекторная,активная коллекторная и эмиттерная.
3.3.4.1 Пассивная коллекторная термостабилизация
Данный видтермостабилизации (схема представлена на рисунке 3.8) используется на малыхмощностях и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжениеотрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся набазу через базовый делитель.
/>
Рисунок 3.8
Расчёт,подробно описанный в [3], заключается в следующем: выбираем напряжение /> (в данном случае 7В) и токделителя />(в данном случае />, где /> – ток базы), затем находимэлементы схемы по формулам:
/>; (3.3.30)
/>, (3.3.31)
где />– напряжение на переходебаза-эмиттер равное 0.7 В;
/>. (3.3.32)
Получимследующие значения:
/>Ом;
/>Ом;
/>Ом.
3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация
Активнаяколлекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является оченьэффективной, её схема представлена на рисунке 3.9. Её описание и расчёт можнонайти в [2].
/>
Рисунок 3.9
В качестве VT1 возьмём КТ361А. Выбираем падение напряжения на резисторе /> из условия />(пусть />В), затем производимследующий расчёт:
/>; (3.3.33)
/>; (3.3.34)
/>; (3.3.35)
/>; (3.3.36)
/>, (3.3.37)
где /> – статический коэффициентпередачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ361А;
/>; (3.3.38)
/>; (3.3.39)
/>. (3.3.40)
Получаемследующие значения:
/>Ом;
/>мА;
/>В;
/>кОм;
/>А;
/>А;
/>кОм;
/>кОм.
Величинаиндуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая токане заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости – такимобразом, чтобы коллектор транзистора VT1 по переменномутоку был заземлён.
3.3.4.3 Эмиттерная термостабилизация
Для выходногокаскада выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена нарисунке 3.10. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробноописан в [3].
/>
Рисунок 3.10
Расчётпроизводится по следующей схеме:
1.Выбираютсянапряжение эмиттера /> и ток делителя /> (см. рис. 3.4), а такженапряжение питания />;
2. Затемрассчитываются />.
3.Производится поверка – будет ли схема термостабильна при выбранных значениях /> и />. Если нет, то вновьосуществляется подбор /> и />.
В даннойработе схема является термостабильной при />Ви /> 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 термостабильной производится расчёт приведённыхниже величин.
Тепловоесопротивление переход – окружающая среда:
/>, (3.3.44)
где />,/> –справочные данные;
/>К – нормальная температура.
Температураперехода:
/>, (3.3.45)
где />К – температура окружающейсреды (в данном случае взята максимальная рабочая температура усилителя);
/> – мощность, рассеиваемая наколлекторе.
Неуправляемыйток коллекторного перехода:
/>, (3.3.46)
где /> – отклонение температурытранзистора от нормальной;
/> лежит в пределах />А;
/> – коэффициент, равный0.063–0.091 для германия и 0.083–0.120 для кремния.
Параметры транзистора с учётом изменения температуры:
/>, (3.3.47)
где /> равно 2.2(мВ/градусЦельсия) для германия и
3(мВ/градусЦельсия) для кремния.
/>, (3.3.48)
где />(1/ градус Цельсия).
Определимполный постоянный ток коллектора при изменении температуры:
/>, (3.3.49)
где
/>. (3.3.50)
Для тогочтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия:
/>,
где />. (3.3.51)
Рассчитываяпо приведённым выше формулам, получим следующие значения:
/>Ом;
/>Ом;
/>Ом;
/>Ом;
/>К;
/>К;
/>А;
/>Ом;
/>;
/>Ом;
/>А;
/>А.
Как видно из расчётов условиетермостабильности не выполняется.
3.4Расчёт входного каскада по постоянному току
3.4.1Выбор рабочей точки
При расчётетребуемого режима транзистора промежуточных и входного каскадов по постоянномутоку следует ориентироваться на соотношения, приведённые в пункте 3.3.1 сучётом того, что /> заменяется навходное сопротивление последующего каскада. Но, при малосигнальном режиме, заоснову можно 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
Выбортранзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ371А. Его основные техническиехарактеристики приведены ниже.
Электрическиепараметры:
1. граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ />ГГц;
2. Постоянная времени цепи обратной связи />пс;
3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ />;
4. Ёмкость коллекторного перехода при />В/>пФ;
5. Индуктивность вывода базы />нГн;
6. Индуктивность вывода эмиттера />нГн.
Предельныеэксплуатационные данные:
1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер />В;
2. Постоянный ток коллектора />мА;
3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора /> Вт;
4. Температура перехода />К.
3.4.3 Расчет входного каскада
Как уже отмечалсь в качестве входного каскада будем испльзовать каскад скомбинированной 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.
/>
Рисунок3.11
Сопротивление обратной связи Rос находим исходя изследующих соотношений [2]:
/> (3.4.1)
/> (3.4.2)
Входное сопротивление выходного каскада равно сопротивлениюгенератора:
/>Ом.
Выбрали сопротивление в цепи эмиттера такое, чтобы выполнялись вышезаписанные равенства (3.4.1) и (3.4.2):
/>Ом.
Тогда исходя из соотношений (3.4.1) и (3.4.2) находим сопротивлениеобратной 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
Эквивалентнаясхема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.7. Расчёт еёэлементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.2
/>нГн;
/>пФ;
/>Ом
/>Ом;
/>А/В;
/>Ом;
/>пФ.
3.4.5 Расчет полосыпропускания
Проверим добъёмся ли нужной полосы частот при выбранномсопротивлении Rос, для этого воспользуемся следующими формулами [2]:
/> (3.4.3)
/> (3.4.4)
/> (3.4.5)
/> (3.4.6)
Используяформулы (3.3.18) и (3.3.19) найдем коэффициент N:
/>
Используяформулы (3.3.12), (3.3.13), (3.3.14), (3.3.15), (3.3.16), (3.3.18), ихарактеристики транзистора приведенной в пункте 3.4.2, убедимся в том, чтовыбранное сопротивление обратной связи обеспечит на нужной полосе частоттребуемый коэффициент усиления:
/>пФ.
/>
/>
/>мА.
/>Ом
/>пФ
/>
/>
/>Гц
/>раз.
Выбранное сопротивлениеRос обеспечивает на заданном диапазоне частоткоэффициент усиления равный 12дБ.
3.4.6Расчёт цепи термостабилизации
Для входногокаскада также выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена нарисунке 3.10.
Метод расчётасхемы идентичен приведённому в пункте 3.3.4.3. Эта схема термостабильна при />В и /> мА. Напряжение питаниярассчитывается по формуле />В.
Рассчитываяпо формулам 3.3.28–3.3.38 получим:
/>кОм;
/>кОм;
/>кОм;
/>кОм;
/>К;
/>К;
/>А;
/>кОм;
/>;
/>Ом;
/>мА;
/>мА.
Условие термостабильностивыполняется, но в этом случае при использовании предложенной схемы каскада скомбинированной обратной связи не выполняются требуемые условия.
3.5Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей
На рисунке3.12 приведена принципиальная схема усилителя. Рассчитаем номиналы элементовобозначенных на схеме. Расчёт производится в соответствии с методикой описаннойв [1]
/> <td/>/>
Рисунок 3.12
Рассчитаем сопротивление иёмкость фильтра по формулам:
/>, (3.5.1)
где />–напряжение питания усилителя равное напряжению питания выходного каскада;
/> –напряжение питания входного каскада;
/> –соответственно коллекторный, базовый токи и ток делителя входного каскада;
/>, (3.5.2)
где />–нижняя граничная частота усилителя.
/>Ом;
/>пФ.
/>, (3.5.3)
/>пФ.
/>, (3.5.4)
/>нФ.
Для расчета емкостей обратнойсвязи Сoc1 и Coc2<sub/>воспользуемся следующим соотношением:
/>, (3.5.5)
/>пФ.
/>, (3.5.6)
/>пФ.
Для расчета емкостей обратнойсвязи Сoc1 и Coc2<sub/>воспользуемся следующим соотношением:
/>, (3.5.7)
/>пФ.
Дроссель вколлекторной цепи выходного каскада ставится для того, чтобы выход транзисторапо переменному току не был заземлен. Его величина выбирается исходя из условия:
/>. (3.5.8)
/>мкГн.
/>мкГн.
Так какёмкости, стоящие в эмиттерных цепях, а также разделительные ёмкости вносятискажения в области нижних частот, то их расчёт следует производить,руководствуясь допустимым коэффициентом частотных искажений. В данной работеэтот коэффициент составляет 3дБ. Всего ёмкостей три, поэтому можно распределитьна каждую из них по 1дБ.
Величинуразделительного конденсатора найдём по формуле:
/>, (3.5.9)
где />– допустимые частотныеискажения.
R1– сопротивление предыдущего каскада.
R2– сопротивление нагрузки.
/>пФ.
/>пФ.
/>пФ.
4. Заключение
Рассчитанныйусилитель имеет следующие технические характеристики:
1. Рабочаяполоса частот: 10-100 МГц
2. Линейныеискажения
в областинижних частот не более 3 дБ
в области верхних частот неболее 3 дБ
3. Коэффициент усиления 30дБ сподъёмом области верхних частот 6 дБ
4. Амплитуда выходногонапряжения Uвых=5 В
5. Питание однополярное, Eп=9 В
6. Диапазон рабочих температур:от +10 до +60 градусов Цельсия
Усилитель рассчитан на нагрузку Rн=1000 Ом
Литература
1. КраськоА.С., Проектирование усилительных устройств, методические указания – Томск: ТУСУР, 2000 – 29 с.
2. ТитовА.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов набиполярных транзисторах – referat.ru/download/ref-2764.zip
3. БолтовскийЮ.Г., Расчёт цепей термостабилизации электрического режима транзисторов,методические указания – Томск: ТУСУР, 1981
4. ТитовА.А., Григорьев Д.А., Расчёт элементов высокочастотной коррекции усилительныхкаскадов на полевых транзисторах, 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 УСИЛИТЕЛЬВыполнил 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. ПримечаниеРезисторы
R1
МЛТ – 0.125 – 2.4 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1R2
МЛТ – 0.125 – 1.3 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1R3
МЛТ – 0.125 – 1.3 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1R4
МЛТ – 0.125 – 10 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1R5
МЛТ – 0.125 – 270 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1R6
МЛТ – 0.125 – 82 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1R7
МЛТ – 0.125 – 12 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1R8
МЛТ – 0.125 – 2.2 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1R9
МЛТ – 0.125 – 2.4 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1R10
МЛТ – 0.125 – 130 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1R11
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 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />