Реферат: Усилитель мощности широкополосного локатора
Министерство Образования Российской Федерации
Томский государственный университет систем управления ирадиоэлекроники (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации(РЗИ)
Усилитель мощности широкополосного локатора
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине “Схемотехника аналоговых устройств”
Студент гр.148-3Уткин А.Н
Руководитель
Доцент каф. РЗИ
Титов А.А
Томск 2001РефератКурсовая работа 39 с.,13 рис., 2 табл., 7 источников.
Усилитель мощности,выходная корректирующая цепь, межкаскадная корректирующая цепь, рабочая точка,выбор транзистора, схемы термостабилизации, методика Фано, однонаправленнаямодель транзистора, эквивалентная схема Джиаколетто, нагрузочные прямые, дроссельныйкаскад.
Объектом исследования является усилитель мощности нелинейного локатора.
В данной курсовой работе рассматриваются условия выбора транзистора,
методырасчета усилительных каскадов, корректирующих цепей, цепей термостабилизации.
Цель работы – приобрести навыки расчета транзисторных усилителей мощности.
В результате работы был расчитан широкополосный усилитель мощности, которыйможет использоваться в широкополосной локации для исследования прохождениярадиоволн в различных средах.
Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft World 97 ипредставлена на дискете 3,5”.
Техническое задание
Усилитель должен отвечать следующим требованиям:
1 Рабочая полоса частот: 50-500 МГц
2 Допустимые частотные искажения
в области нижних частот не более 3 дБ
в области верхних частот не более 3 дБ
3 Коэффициентусиления 20 дБ
4 Выходнаямощность P=0.5 Вт
5 Диапазон рабочих температур: от +10 до +50 градусов Цельсия
6 Сопротивление источника сигнала и нагрузки Rг=Rн=50Ом
Содержание1 Введение……………………………………………………………………… .52 Определение числа каскадов…………………………………………………63 Распределение искажений навысоких частотах……………………...…….6
4 Расчет оконечногокаскада……………………………………………..…….6
4.1 Расчет рабочейточки………………………………………………………..6
4.1.1 Расчет рабочей точкипри использовании Rк=Rн……………………….7
4.1.2 Расчет рабочей точкидля дроссельного каскада………………………..9
4.2 Выбор транзистораоконечного каскада …………………………………10
4.3 Расчет эквивалентнойсхемы транзистора ……………………………….11
4.4 Расчет цепей питания итермостабилизации……………………………..13
4.4 1 Эмиттернаятермостабилизация…………………………………………13
4.4.2 Коллекторная пассивнаятермостабилизация…………………………..14
4.4.3 Коллекторная активнаятермостабилизация……………………………15
4.5 Расчет элементоввысокочастотной коррекции…………………………..17
4.5.1 Расчет выходнойкорректирующей цепи………………………………..17
4.5.2 Расчет межкаскаднойкорректирующей цепи…………………………..20
5 Расчет предварительного каскада……………………………………………24
6 Расчет входногокаскада……………………………………………………...27
7 Расчет дросселей,разделительных и блокировочных конденсаторов…….31
8Заключение…………………………………………………………………….35
9Литература……………………………………………………………………..39
1 ВведениеВ данной курсовой работе расчитывается усилительширокополосного локатора, который может использоваться в исследованияхпрохождения радиоволн в различных средах, в том числе прохождения различныхдлин волн в городских условиях, исследования влияния радиоволн намикроорганизмы.
Но так как коэффициент усиления транзистора навысоких частотах составляет единицы раз, то при создании усилителя необходимоприменять корректирующие цепи, обеспечивающие максимально возможный коэффициентусиления каждого каскада усилителя в заданной полосе частот. Для нейтрализациивлияния выходной емкости выходного транзистора на уровень выходной мощностиусилителя, предложено использовать выходную корректирующую цепь, рассчитаннуюпо методике Фано. С целью повышения коэффициента полезного действия усилителя,целесообразно применение активной коллекторной термостабилизации
2 Определение числа каскадов
При расчете усилителейпервым делом определяют количество каскадов [1,2].Число каскадов определяется по коэффициенту усиления, который определяетсятехническим заданием (тз). Для этого выбирается коэффициент усиления для одногокаскада. Потом коэффициент усиления усилителя делится на коэффициент усиленияодного каскада.
В данном мне задании коэффициент усиления усилителя 20дб. Я задалсякоэффициентом усиления одного каскада около 6дб. Так число каскадов должно бытьцелым, то тогда после вычислений получается, что в состав усилителя будетвходить 3 каскада и на каждый каскад будет приходиться по 6.67дб усиления:
/>
3 Распределение искажений на высокихчастотах
На высоких частотах в усилителе возникают нелинейные искажения вследствие нелинейностиего элементов, что приводит к отклонению амплитудно-частотной характеристики.
При распределении искажений на высоких частотах определяются искаженияприходящиеся на каждый каскад усилителя[1,2].
Для этого допустимые частотные искажения, определяемые заданием, делятся начисло каскадов усилителя.
По заданию допустимые частотные искажения на высоких частотах равны 3дб. Вусилитель входит 3 каскада. Тогда на каждый каскад будет приходиться по 1дбискажений.
4 Расчет оконечного каскада4.1 Расчет рабочей точки
Рабочей точкой называется ток или напряжение на транзисторе при отсутствиивходного сигнала.
Рабочая точка расчитывается по заданной мощности Рвых или выходному напряжению Uвых.Но чаще даётся мощность, по которой можно найти выходное напряжение (амплитуду)из соотношения [1,2]:
/> (4.1)
/> (4.2)
Тогда амплитудавыходного напряжения будет равна:
/>
По известномусопротивлению нагрузки и выходному напряжению можно найти ток в нагрузке:
/> (4.3)
В результате ток равен:
/>
4.1.1 Расчет рабочей точки для реостатного каскада
Чтобы найти ток врабочей точке, нужно знать ток на выходе каскада:
/> (4.4)
Сопротивления Rк и Rнвыбраны равными, то равны и токи, протекающие через них:
/> (4.5)
Тогда получим:
/>
Схема для данного случаяизображена на рисунке (4.1).
Координаты рабочей точкинаходится по выражениям:
/> (4.6)
/> (4.7)
Здесь Uост начальное напряжение нелинейного участка выходныххарактеристик транзистора, берется от 2В до 3В. После подстановки в выражения(4.6, 4.7) получится:
/>
/>
Рисунок 4.1
Напряжение источникапитания для схемы будет составлять сумму падений напряжений на сопротивлении Rк и транзисторе:
/> (4.8)
где />
/> - напряжение в рабочей точке
Выражение(4.8) называется нагрузочной прямой по постоянному току. В пределах этой прямойбудет изменяться рабочая точка.
Чтобы провести прямую, достаточно знать две точки:
/>
В сигнальном режиместроится нагрузочная прямая по переменному току:
/> (4.9)
/> (4.10)
Дляупрощения расчетов берут /> /> После подстановкиполучается:
/>
На рисунке (4.2) изображенвид нагрузочных прямых по постоянному и переменному токам.
/>
Рисунок 4.2 – Нагрузочные прямыеМощности рассеиваемая натранзисторе и потребляемая каскадом определяются по выражениям:
/> (4.11)
/> (4.12)
Соответственно мощности будут равны:/>
4.1.2 Расчет рабочей точки для дроссельного каскада
В отличие от предыдущего каскада дроссельный имеет вместо сопротивления Rкдроссель Lдр, который по постоянному току имеет сопротивлениеблизкое к нулю, а по переменному – намного большее сопротивления нагрузки.
Положим выходное напряжение тем же (Uвых=7.71В).
/>
Рисунок 4.3- Дроссельный каскад
Расчетрабочей точки производится по тем же выражениям, что и для предыдущего каскада(4.6, 4.7), но выходной ток каскада будет равен току нагрузки:
/>
Тогда рабочая точка будетиметь следующие координаты:
/>
Так как дроссель по постоянному току является короткозамкнутым проводником, тонапряжение питания будет равным падению напряжения на транзисторе, то есть Еп=Uкэо=10.71В.
Нагрузочная прямая по переменному току описывается выражением:
/> (4.13)
Дляупрощения здесь />Тогда изменениенапряжения на транзисторе будет равно:
/>
Вид нагрузочных прямыхизображен на рисунке (4.4).
/>
Рисунок 4.4-Нагрузочные прямые для дроссельного каскада
Потребляемая мощностькаскадом и рассеиваемая на транзисторе аналогично определяется по выражениям(4.11, 4.12). В результате/>
получается:
/>
Видно, что мощностьрассеивания равна потребляемой.
Сравнивая энергетические характеристикидвух каскадов, можно сделать вывод, что лучше взять дроссельный каскад, так какон имеет наименьшее потребление, напряжение питания и ток.
4.2 Выбор транзистора оконечного каскада
Выбор транзистора осуществляется по следующим предельным параметрам:
— предельный допустимый ток коллектора/>;
— предельно допустимое напряжение коллектор-эмиттер />;
— предельная мощность, рассеиваемая на коллекторе/>.
— граничная частота усиления транзистора по току в схеме с ОЭ />.
Этим требованиям удовлетворяет транзистор КТ939А [3]. Основныетехнические характеристики этого транзистора приводятся ниже.
Электрические параметры:
-граничнаячастота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ />МГц;
-постояннаявремени цепи обратной связи при />В />пс;
-индуктивностьбазового вывода />;
-индуктивностьэмиттерного вывода />;
-статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОЭ />;
-емкостьколлекторного перехода при /> В />пФ.
Предельные эксплуатационные данные:
-постоянноенапряжение коллектор-эмиттер />В;
-постоянныйток коллектора />мА;
-постояннаярассеиваемая мощность коллектора при Тк=298К /> Вт;
-температураперехода />К.
4.3 Расчет эквивалентной схемытранзистора
Так как рабочие частоты усилителя больше частоты/>,то входная ёмкость не будет влиять на характер входного сопротивлениятранзистора на высоких частотах, а будет влиять индуктивность выводовтранзистора. Ёмкость можно исключить из эквивалентной схемы, а индуктивностьоставить. Эквивалентная однонаправленная модель представлена на рисунке (4.5).Описание такой модели можно найти в [4].
/> Рисунок 4.5 – Однонаправленная модель транзистора/>
Рисунок 4.6 – Схема Джиаколетто
Параметры эквивалентной схемы не даны в справочнике, но онисовпадают с параметрами схемы транзистора, предложенной Джиаколетто [1,4](рис.4.6).
Входная индуктивность:
/> (4.14)
/>–индуктивностивыводов базы и эмиттера.
Входное сопротивление:
/>, (4.15)
где />, причём />,
/> /> — напряжение, при которомизмерялось
/> – берётся изсправочника.
Крутизна транзистора:
/>, (4.16)
где
/>
/> — ток в рабочей точке в милиамперах
Выходное сопротивление:
/>. (4.17)
Выходная ёмкость:
/>. (4.18)
Тогда в соответствие с этими формулами получаются следующиезначения элементов эквивалентной схемы:
/>
/>Ом
/>А/В
/>
/> Ом
/> Ом
/>
4.4 Расчет цепей термостабилизации
Существует несколько видов схем термостабилизации[5,6].Использование этих схем зависит от мощности каскада и требований ктермостабильности. В данной работе рассмотрены следующие схемытермостабилизации: эмиттерная, пассивная коллекторная, активная коллекторная.
4.4.1 Эмиттерная термостабилизация
Рассмотрим эмиттерную термостабилизацию, схема которой приведена на рисунке(4.7). Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в[5,6].
/>
Рисунок 4.7 – Схема эмиттерной термостабилизации
При расчёте элементов схемы выбирается падение напряжения Uэ насопротивлении Rэ (в интервале 2-5В), расчитываются ток делителя />, напряжение питания/>, сопротивления />. Так как взят дроссельныйкаскад, то координаты рабочей точки равны Uкэо=10.71В и Iко=0.154А.
Выбрано напряжение Uэ=3В.
Ток базового делителя находится по выражению:
/> (4.19)
где />
Сопротивления /> определяютсявыражениями:
/>; (4.20)
/>; (4.21)
/>. (4.22)
Напряжение питания />:
/> (4.23)
/>
После подстановки получаются следующиерезультаты:
/>Ом
/>
/>
/> Ом
/> Ом
Рассеиваемая мощность на Rэ:
/> (4.24)
Тогдамощность Pэ равна:
/>
4.4.2 Коллекторная пассивнаятермостабилизация
Этот вид термостабилизации[5,6] применяется в маломощных каскадах именее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратнойсвязи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу. Расчет начинают стого, что выбирается напряжение Urк в интервале 5-10В. Потом расчитываются напряжениепитания, ток базы Iб, сопротивления Rб и Rк по выражениям:
/> (4.25)
/>
Рисунок 4.8 – Схема коллекторной пассивной термостабилизации
/> (4.26)
/> (4.27)
/> (4.28)
Результатомподстановки будет:
/>Ом
/>
/>
/> Ом
НапряжениеЕп=Uкэо, потому что при постоянном токе Urкравно нулю.
Рассеиваемаямощность при такой термостабилизации находится по формуле:
/> (4.29)
Тогдаполучится:
/>
4.4.3 Коллекторная активная термостабилизация
В активной коллекторной термостабилизациииспользуется дополнительный транзистор, который управляет работой основноготранзистора. Эта схема применяется в мощных каскадах, где требуется высокийКПД. Её описание и расчёт можно найти в [5,6].
/>
Рисунок 4.9 – Схема активной коллекторной термостабилизации
Вначале,при расчете выбирается транзистор VT1. В качестве VT1выбран КТ361А [3]. Основные технические параметры приведены ниже.
Электрические параметры:
-статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОЭ />;
-емкостьколлекторного перехода при /> В />пФ.
Предельные эксплуатационные данные:
-постоянноенапряжение коллектор-эмиттер />В;
-постоянныйток коллектора />мА;
-постояннаярассеиваемая мощность коллектора при Тк=298К />Вт;
После этого выбирается падение напряжения на резисторе /> из условия />(пусть />В), затем производитсярасчёт по выражениям:
/>; (4.30)
/>; (4.31)
/>; (4.32)
/>; (4.33)
/>, (4.34)
/>; (4.35)
/>; (4.36)
/> (4.37)
/> (4.38)
Послеподстановки получаем следующие значения:
/> Ом
/>А
/>
/> Ом
/>
/>
/>Ом
/>
/>Ом
Рассеиваемая мощность на сопротивлении R4 определяетсяпо выражению:
/> (4.39)
Послеподстановки имеем:
/>
Врезультате, если сравнить все три вида схем термостабилизации, то видно, чтолучше взять активную коллекторную, так как она более экономична. К тому же, увысокочастотных транзисторов на высокой частоте эмиттер заземлен, поэтомуэмиттерная термостабилизация не используется.
4.5 Расчет элементов высокочастотнойкоррекции
4.5.1 Расчет выходной корректирующей цепи
Из теории усилителей известно [1,6], что для получения максимальной выходноймощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемоесопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора, равноепостоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Этого добиваютсявключением выходной емкости транзистора (см. рисунок 4.10) в фильтр нижнихчастот, используемый в качестве выходной корректирующей цепи (ВКЦ). Схема включенияВКЦ приведена на рисунке (4.10).
/>
Рисунок 4.10 — Схема выходной корректирующей цепи
При работе усилителя без ВКЦ модуль коэффициента отражения |/>| ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннегогенератора транзистора равен
|/>|=/>, (4.40)
а уменьшение выходной мощностиотносительно максимального значения, обусловленное наличием Cвых, составляет:
/>, (4.41)
где /> - максимальное значение выходной мощности на частоте /> при условии равенства нулю />;
/> - максимальное значение выходноймощности на частоте /> при наличии />.
Методика Фано [6] позволяет призаданной величине /> и /> усилителя таким образом рассчитать элементы ВКЦ /> и/>, что максимальноезначение модуля коэффициента отражения />вполосе частот от нуля до /> минимально возможно.
Найдём /> – выходная емкостьтранзистора нормированная относительно /> и/> [6,7]:
/> (4.42)
/>.
/>
Рисунок 4.11 – Схема каскада с ВКЦ
Теперь, согласно методике Фано, по таблице, приведённой в [7], найдём ближайшеек рассчитанному значение /> ивыберем соответствующие ему нормированные величины элементов ВКЦ /> и />, а также />–коэффициент, определяющийвеличину ощущаемого сопротивления нагрузки /> имодуль коэффициента отражения />:
/>
Найдём истинные значения элементов по формулам:
/>; (4.43)
/>; (4.44)
/>. (4.45)
В результате получится:
/>нГн;
/>пФ;
/>Ом.
4.5.2 Расчет межкаскаднойкорректирующей цепи
Существует много межкаскадных корректирующих цепей для коррекции АЧХ, но таккак расчитывается широкополосный усилитель, то нужна корректирующая цепь,которая обеспечивала бы требуемую неравномерность АЧХ на широкой полосе частот.Этому требованию соответствует межкаскадная корректирующая цепь (МКЦ) третьегопорядка. Описание цепи можно найти в [6,7].
Схема каскада попеременному току приведена на рисунке (4.12) .
/>
Рисунок 4.12 — Каскад с межкаскаднойкорректирующей цепью третьего порядка
Используя схему замещения транзистора приведенную нарисунке (4.5), схему (рисунок 4.12) можно представить в виде эквивалентнойсхемы, приведенной на рисунке (4.13).
/>
Рисунок 4.13 — Эквивалентная схемакаскада
При расчете цепи находятся нормированные значения/> и/> относительно /> Т1 и /> по выражениям:
/>=/>, (4.46)
/>=/> (4.47)
Потом выбираютсянормированные значения её элементов из таблицы, исходя из требуемой неравномерности АЧХ на каскад. Нужно учесть, что элементы, приведённые втаблице, формируют АЧХ в диапазоне частот от 0 до />.По известным коэффициентам />, />, />, которые нелинейно зависятот элементов схемы и являющиеся коэффициентами полинома функции передачикаскада на транзисторе Т2[6,7]:
/>, (4.48)
где/> - коэффициент усиления каскада
/> — коэффициент усиления по мощности в режиме двустороннегосогласования
рассчитываютсянормированные значения />, />, /> по формулам [6,7]:
/> (4.49)
где />;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>,
/>,
/>= -нормированные значения />, />, />.
После расчета/>, />/>,/> производится разнормировкадля нахождения истинных значений элементов по выражениям:
/>, />, />. (4.50)
В области нижних частот АЧХвыравнивается резистором />, которыйрассчитывается по формуле:
/> (4.51)
В качестветранзистора предварительного каскада я выбрал КТ939А (его основныехарактеристики в п.4.2), который будет выполнять роль транзистора Т1 нарисунке (4.13). Тогда элементы, стоящие справа и слева от МКЦ, будут равны:
/>
/>
Так как на каждый из трехкаскадов приходится неравномерность АЧХ по одному децибеллу, то коэффициенты />, />, /> будут равны соответственно:
/>
Найдем нормированные значения />, />, /> относительно /> Т1 и /> по выражениям (4.49):
/>,
/>,
/>=/>
После этого найдем все коэффициентыдля выражений (4.49):
/>/>
/>/>/>/>/>
В результате получатся нормированные значения />,/>, />:
/>/>/>
После разнормировки /> с помощью выражений (4.50) истинные значения будут иметь вид:
/>
Коэффициент усиления по мощностив режиме двухстороннего согласования:
/>
Тогда коэффициент усиления каскада натранзисторе Т2 будет равен:
/>
или в децибеллах
/>
Сопротиление R1 по формуле (4.51)получается равным:
/>Ом
/>
5Расчет предварительного каскада
Расчетпредваритетельного каскада аналогичен расчету оконечного. Но только рабочаяточка транзистора предваритетельного каскада находится из условий работыоконечного каскада.
В целях уменьшения числаисточников питания целесообразно взять рабочую точку транзисторапредваритетельного каскада равной рабочей точке транзистора оконечного каскада,т.е Uкэо=10.71В.
Током в рабочей точке/> транзисторапредваритетельного каскада является ток />врабочей точке транзистора оконечного каскада поделенный на коэффициент передачикаскада/>:
/>
/> <td/> />(5.1)
Тогда ток в рабочей точкетранзистора предваритетельного каскада равен:
/>
После определения рабочейточки выбирается транзистор по тем же самым критериям, что рассмотрены в (п.4.2). Выбран транзистор КТ939А [3], так как онудовлетворяет этим требованиям. Основные технические характеристики этоготранзистора были приведены выше (см. п.4.2).
Вследствие индентичностипараметров транзистора для однонаправленной модели (см. рис.4.5) изпараметров, расчитанные по формулам (4.14 – 4.16), изменятся толькосопротивление />и крутизнатранзистора />потому, что изменился ток врабочей точке, который входит в состав выражения сопротивления эмиттера. Врезультате параметры однонаправленной модели будут следующие:
/>
/>Ом
/>А/В
/>
/> Ом
/> Ом
/>
Для данного каскада, как и для оконечного, удобнее взять цепь активнойтермостабилизации в связи с особенностью работы транзистора КТ939А. В качествевспомогательного транзистора цепи термостабилизации взят тот же самый (КТ361А,см. п.4.4.3), падение напряжения на резисторе />явыбрал тем же (/>В). После расчетапо формулам (4.30-4.39) получаются следующие значения:
/> Ом
/>А
/>
/> Ом
/>
/>
/> Ом
/>
/>Ом
Рассеиваемаямощность на сопротивлении R4:
/>
Перед расчетом межкаскадной корректирующей цепи удобно взять МКЦ третьегопорядка, так как она обеспечивает хорошую коррекцию АЧХ на заданной полосечастот.
Для входного каскада был выбрантранзистор КТ996А (см. п.6), который будет выполнять роль транзистора Т1 нарисунке (4.13). Тогда элементы/> />будут равны:
/>
/>
/>
Так как на каскад приходится неравномерность АЧХ в один децибелл, токоэффициенты />, />, /> останутся прежними:
/>
Нормированные значения />, />, /> относительно /> Т1 и /> по выражениям (4.49) будутравны:
/>,
/>,
/>=/>
После этого находятся коэффициентыдля выражений (4.49):
/>/>/>
/>/>/>
/>
В результате получатся нормированные значения />,/>, />:
/>/>/>
Разнормируем /> с помощью выражений (4.50), тогда истинныезначения будут иметь вид:
/>
Коэффициент усиления по мощностив режиме двухстороннего согласования:
/>
Тогда коэффициент усиления каскада натранзисторе Т2 будет равен:
/>
а в децибеллах
/>
Сопротиление R1 находится по формуле(4.51), где в качестве нагрузочного сопротивления Rн выступает параллельное соединениевыходного сопротивлениятранзистора и активного сопротивления межкаскадной корректирующей цепиоконечного каскада.
Сопротивление R1 получилось равным:
/>кОм
6 Расчет входного каскада
При расчете входногокаскада рабочая точка транзистора находится из рабочей точки транзисторапредоконечного каскада.
Для уменьшения числаисточников питания рабочая точка транзистора входного каскада взята равнойрабочей точке транзистора предоконечного каскада (Uкэо=10.71В).
Ток в рабочей точке />транзистора входного каскадаравен />току в рабочей точкетранзистора предоконечного каскада поделенный на коэффициент передачи каскада />:
/> (6.1)
Тогда ток в рабочей точкетранзистора входного каскада равен:
/>
После определения рабочейточки выбирается транзистор по тем же самым критериям, что рассмотрены в п.4.2.Был выбран транзистор КТ996А [3], так как онудовлетворяет этим требованиям. Основные технические характеристики этоготранзистора были приведены ниже.
Электрические параметры:
-граничнаячастота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ />МГц;
-статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОЭ />;
-емкостьколлекторного перехода при /> В />пФ.
Предельные эксплуатационные данные:
-постоянноенапряжение коллектор-эмиттер />В;
-постоянныйток коллектора />мА;
-постояннаярассеиваемая мощность коллектора /> Вт;
-температураперехода />С.
Однонаправленная модельтранзистора входного каскада (см. рис.4.5) расчитывается по формулам (4.14 –4.16). В справочных данных нет сведений о входнойиндуктивности, то ее берут равной половине входной индуктивностиближайшего аналога, которым является транзистор КТ939А В результате параметрыоднонаправленной модели будут следующие:
/>
/>Ом
/>А/В
/> Ом
/> Ом
/>
При отсутствии постоянной времени цепи обратнойсвязи сопротивление базы так же берут равным сопротивлению базы аналога(КТ939А).
Как и для предоконечного каскада, удобнее взять цепь активной коллекторнойтермостабилизации, так как она имеет лучшие характеристики.
В качестве вспомогательного транзистора цепи термостабилизации выбран КТ361А,падение напряжения на резисторе />выбранотем же (/>В). После подстановки вформулы (4.30-4.39) получаются следующие значения:
/> Ом
/>А
/>
/> Ом
/>
/>
/> Ом
/>
/>Ом
Приэтом рассеиваемая мощность на сопротивлении R4 равна:
/>
Перед расчетом межкаскадной корректирующей цепи выбрана МКЦ третьего порядка,так как она кроме хорошей коррекции АЧХ на заданной полосе частот обеспечиваети согласование каскада.
Так как перед входным каскадомнаходится источник сигнала.Тогда элементы, окружающие МКЦ, будут равны:
/>
/>
На каскад приходится неравномерность АЧХ в один децибелл,то коэффициенты />, />, /> останутся прежними:
/>
Нормированные значения />, />, /> относительно /> и сопротивления генераторапо выражениям (4.49) будут равны
/>,
/>,
/>=/>
Коэффициенты для выражений (4.49)равны
/>/>/>/>/>/>
/>
Нормированные значения />, />, /> равны:
/>
/>
/>
Разнормируем значения />, />, /> с помощью выражений 4.50, тогда истинныезначения будут иметь вид:
/>
Коэффициент усиления по мощности врежиме двухстороннего согласования:
/>
Тогда коэффициент усиления каскада натранзисторе будет равен:
/>
а в децибеллах
/>
Сопротиление R1 находится по формуле(4.51), где в качестве нагрузочного сопротивления Rн выступает параллельное соединениевыходного сопротивлениятранзистора и активного сопротивления межкаскадной корректирующей цепипредоконечного каскада.
Сопротивление R1 получилось равным:
/>кОм
Анализируя все трикаскада, можно сказать, что общий коэффициент усиления усилителя будет равен:
/>
7 Расчет дросселей, блокировочных и разделительныхконденсаторов
В схеме активной коллекторной термостабилизациидроссель нужен для того, чтобы увеличить сопротивление ветви, к которой онподключен, до выходного сопротивления транзистора; обеспечитьпротекание всей переменной составляющей тока в нагрузку с нижней частотызаданного частотного диапазона. В результате, дроссель выбирается из условия [1,2]:
/> (7.1)
или
/> (7.2)
где /> — нижняякруговая частота частотного диапазона
/> - выходноесопротивление транзистора
Дроссели расчитанные по формуле (7.2) для входного, предварительного каскадов будут равны:
/>
Для оконечного каскада дроссель нужно расчитывать посопротивлению нагрузки, так как оно вносит большее влияние. Тогда получим:
/>
В схеме усилителя на входе и на выходе каждого каскадаставится разделительный конденсатор, который нужен для того чтобы обеспечитьпротекание переменного и препятствовать протеканию постоянного токов, а иначеизменялась бы рабочая точка транзистора.
Так как искажения на низкихчастотах в основном определяются разде-лительной емкостью, то искажения /> приходящиеся на одну емкость равны отношению искажений на нижних частотах на число емкостей N усилителя. В результате искажения приходящиесяна одну емкость равны:
/>
Для расчета емкости нужно ее искажения перевести вразы
/>
Расчет емкости производится по формуле[1,2]:
/>/>
(7.3)
где /> — нижняячастота
/> — сопротивление,стоящее слева от емкости
/>-сопротивление, стоящее справа от емкости
/>нормированные искажения в разах
В результате после подстановкиполучится:
/>
Из-за того, что на высокихчастотах транзисторы становятся инерционными, на какой-то частоте происходитнабег фазы на 360 градусов. Отсюда усилительные каскады самовозбуждаются.Чтобы этого не допустить ставится блокировочный конденсатор, который разрываеткольцо обратной связи, и в реультате сигнал уходит на “землю”.
Блокировочная емкость находится изусловия [1,2]:
/> (7.4)
где /> — нижняякруговая частота
/>-сопротивление в схеме активной коллекторной термостабилизации (см. рис.4.9)
Поскольку в усилителе три каскада с тремя схемамитермостабилизации, то и блокировочных емкостей будет три.
Тогда емкости будут равны:
/>
8Заключение
Рассчитанный усилитель на нагрузку Rн=50 Ом имеетследующие технические характеристики:
1 Рабочая полоса частот: 50-500 МГц
2 Линейные искажения
в области нижних частот не более 3 дБ
в области верхних частот не более 3 дБ
3 Коэффициент усиления 28дБ
4 Амплитуда выходного напряжения Uвых=7.71 В
5 Питание однополярное, Eп=12.6 В
6 Диапазон рабочих температур: от +10 до +50 градусов Цельсия
7 Выходная мощность Рвых=0.5Вт
Усилитель имеет запас по усилению 8дБ. Это нужно для того, чтобы в случаеухудшения усилительных свойств коэффициент передачи усилителя не опускался нижезаданного уровня, определённого техническим заданием.
/>
РТФ КП 468740.001 ПЗ
Лит Масса Масштаб Изм Лист Nдокум. Подп. Дата Выполнил Уткин
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ Проверил Титов
УСИЛИТЕЛЬ
НЕЛИНЕЙНОГО Лист Листов
ЛОКАТОРА ТУСУР РТФ
Принципиальная Кафедра РЗИ
схема
гр. 148-3
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />Поз.
Обозна-
чение
Наименование Кол. ПримечаниеТранзисторы
VT1 КТ996А аА о.339150ТУ 1 VT2 КТ361А ФЫ о.336.201ТУ 1 VT3 КТ939А аА о.339150ТУ 1 VT4 КТ361А ФЫ о.336.201ТУ 1 VT5 КТ939А аА о.339150ТУ 1 VT6 КТ361А ФЫ о.336.201ТУ 1Конденсаторы
С1 КД-2-3.6пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С2 КД-2-16пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С3 КД-2-13пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С4 КД-2-0.22нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С5 КД-2-1.1пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С6 КД-2-6.2пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С7 КД-2-1.3пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С8 КД-2-0.22нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С9 КД-2-1.5пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С10 КД-2-6.8пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С11 КД-2-0.22пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С12 КД-2-0.47нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С13 КД-2-0.62пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С14 КД-2-6.2пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1Катушки индуктивности
L1 Индуктивность 6.8нГн ±5% 1 L2 Индуктивность 16мкГн ±5% 1 L3 Индуктивность 7.2нГн ±5% 1 L4 Индуктивность 12мкГн ±5% 1 L5 Индуктивность 3.6нГн ±5% 1 L6 Индуктивность 8.2мкГн ±5% 1 L7 Индуктивность 16нГн ±5% 1
РТФ КП 468740.001 ПЗ
Лит Масса Масштаб Изм Лист Nдокум. Подп. Дата Выполнил Уткин
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ Провер. Титов
УСИЛИТЕЛЬ
НЕЛИНЕЙНОГО Лист Листов
ЛОКАТОРА ТУСУР РТФ
Перечень элементов Кафедра РЗИ
гр. 148-3
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />Поз.
Обозна-
чение
Наименование Кол. ПримечаниеРезисторы
R1 МЛТ – 0.125 – 2.2 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R2 МЛТ – 0.125 – 7.5 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R3 МЛТ – 0.125 – 82 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R4 МЛТ – 0.125 – 16 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R5 МЛТ – 0.125 – 43 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R6 МЛТ – 0.125 – 7.5 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R7 МЛТ – 0.125 – 7.5к Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R8 МЛТ – 0.125 – 82 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R9 МЛТ – 0.125 – 18 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R10 МЛТ – 0.125 – 20 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R11 МЛТ – 0.125 – 5.6 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R12 МЛТ – 0.125 – 3.6кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R13 МЛТ – 0.125 – 39 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R14 МЛТ – 0.125 – 7.5к Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R15 МЛТ – 0.125 – 9.1 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1
РТФ КП 468740.001 ПЗ
Лит Масса Масштаб Изм Лист Nдокум. Подп. Дата Выполнил Уткин
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ Провер. Титов
УСИЛИТЕЛЬЛЬ
НЕЛИНЕЙНОГО Лист Листов
ЛОКАТОРА ТУСУР РТФ
Перечень элементов Кафедра РЗИ
гр. 148-3
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />9 Литература
1)Красько А.С. Проектирование аналоговых электронных устройств — Томск: ТУСУР,2000.-29с.
2) МамонкинИ.Г. Усилительные устройства. Учебное пособие для вузов — М.: Связь. 1977 г.
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 – 640 с.
4) Титов А.А., Бабак Л.И., Черкашин М.В. Расчет межкаскаднойсогласующей цепи транзисторного полосового усилителя мощности. Электронная техника.Серия СВЧ-техника. Выпуск 1/2000
5) Болтовский Ю.Г. Расчёт цепей термостабилизации электрического режиматранзисторов. Методические указания. – Томск: ТИАСУР, 1981 г.
6) Широкополосные радиопередающие устройства /Под ред. О.В. Алексеева. — М.: Связь. 1978.
7) Расчет корректирующих цепейширокополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах./ Титов А.А –http://www.referat.ru/referats/015-0030.zip