Реферат: ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КАЛИБРОВКИ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ
Министерство образования
Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КАЛИБРОВКИ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХСТАНЦИЙ
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине
”Аналоговые электронные устройства (АЭУ)”
Студент гр.148-3
_________Д.В. Коновалов
7.05.2001
Руководитель
доцент каф. РЗИ
_________А.А. Титов
_________
Томск 2001
РЕФЕРАТ Курсовая работа 43с., 15 рис., 1 табл., 7 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 усилительнх каскадов на основе транзисторов.
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.
Техническое задание
Исходные данные для проектирования широкополосногоусилителя калибровки радиовещательных станций:
1. Диапазон частот: 0.5¸ 50МГц.
2. Допустимые частотные искажения 2дБ.
3. Коэффициент усиления 30дБ.
4. Выходная мощность Рвых.=20Вт.
5. Величина нагрузки Rн =50 Ом.
6. Сопротивление генератора RГ = 50 Ом.
7. Диапазон рабочих температур: от0 до +60 градусов Цельсия.
СОДЕРЖАНИЕ
1 Введение……………………………………………………………………………5
2Определение числа каскадов……………………………………………………..6
3Распределение искажения на высокой частоте (ВЧ)……………………………6
4Расчет оконечного каскада……………………………………………………….6
4.1 Расчет рабочей точки………………………………………………………6
4.2 Выбор транзистора………………………………………………………..10
4.3 Расчет эквивалентных схем транзистора………………………………..11
4.3.1 Схема Джиаколетто……………………………………………….11
4.3.2 Однонаправленная модель………………………………………..13
4.4 Расчет схем термостабилизации…………………………………………15
4.4.1 Эмиттерная термостабилизация………………………………….15
4.4.2 Коллекторная термостабилизация………………………………..17
4.4.3 Активная коллекторная термостабилизация…………………….18
4.5 Расчет корректируещих цепей…………………………………………...20
4.5.1 Выходная корректирующая цепь…………………………………20
4.5.2 Межкаскадная корректирующая цепь……………………………21
5Расчет предоконечного каскада…………………………………………………26
5.1 Расчет рабочей точки …………………………………………………….26
5.2 Расчет эквивлентной схемы транзистора………………………………..26
5.3 Расчет схемы термостабилизации………………………………………..27
5.4 Расчет межкаскадной корректирующей цепи ………….……………….28
6Расчет входного каскада…………………………………………………………30
6.1 Расчет рабочей точки……………………………………………………..30
6.2 Расчет эквивалентной схемы транзистора………………………………31
6.3 Расчет схемы термостабилизации………………………………………..31
6.4 Расчет входной корректирующей цепи …………………………………32
7Расчет разделительных и блокировочных конденсаторов……………….……35
8Заключение………………………………………………………………………..38
Списокиспользованных источников……………………………………………...39
ПриложениеА Схема принципиальная…………………………………………...40
РТФКП.468740.001 ПЗ. Перечень элементов……………………………………42
1 ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время усилители получили оченьширокое распространение практически во всех сферах человеческой деятельности: впромышленности, в технике, в медицине, в музыке, на транспорте и во многихдругих. Усилители являются необходимым элементом любых систем связи,радиовещания, акустики, автоматики, измерений и управления.
При ремонте усилителей мощности, которые входятв состав радиовещательной станции, либо их поверке используется стандартнаяизмерительная аппаратура с амплитудой выходного сигнала 1 вольт. Поэтомупоявляется необходимость усиления тестовых сигналов до амплитуды,обеспечивающей стандартный режим работы усилителя мощности радиовещательнойстанции. По-другому, такой усилитель называют усилителем раскачки, и к немупредъявляются следующие требования: обеспечениезаданного уровня выходной мощности; широкополосность; повышенный коэффициент полезного действия;малый уровень нелинейных искажений. При проектировании такого усилителянеобходимо использовать мощные биполярные транзисторы и межкаскадныекорректирующие цепи, которые позволяют достичь требуемых параметров.
2 Определение числа каскадов
Число каскадов для любого усилителя выбирается исходяиз того, какой коэффициент усиления должно обеспечивать заданное устройство.Для того чтобы обеспечить коэффициент усиления 30дБ необходимо соединитьпоследовательно три усилительных каскада, так как одним каскадом невозможнодостичь такого усиления, который может выдать примерно 10-12дБ.
3 Распределение искажения на ВЧ
Допустимые частотные искажения по заданию равны 2дБ.Исходя из числа усилительных каскадов найдем искажения приходящиеся на каждыйкаскад:
/>
(3.1)
где Мобщ.– частотныеискаженияусилителя;
Мкас.– частотные искажения одногоусилительного каскада;
/>
N – число усилительных каскадов.
4Расчетоконечного каскада
4.1Расчет рабочей точки
Для расчета рабочей точки найдем выходное напряжение,которое должен выдавать усилитель, воспользовавшись следующим соотношением:
/>
(4.1)
Выразимиз формулы (4.1) Uвых.:
/> <td/> />/> <td/> />
Подставляя значения Rн=50(Ом), Рвых.=20(Вт) получим:
Зная выходное напряжение, найдемвыходной ток:
/>
(4.2)
Так как значения выходного напряжения и тока высокие,то с целью максимального использования выходного транзистора усилителя помощности, на выходе усилителя следует установить трансформатор импедансов 1/9на длинных линиях [1]. Который уменьшает выходное напряжение в 3 раза инагрузку в 9 раз.
/>
Расчитаем рабочую точку двумя способами:
1.Прииспользовании активного сопротивления Rk в цепи коллектора.
2.Прииспользовании дросселя в цепи коллектора.
1.Расчетрабочей точки при использовании активного сопротивления Rkв цепи
коллектора.
/>
Рис.4.1- Схема оконечногонекорректированного каскада
Выберем Rк=Rн =6 (Ом).
/>Найдемвыходной ток Iвых..
(4.3)
Ток в рабочей точке найдем по следующей формуле:
/>(4.4)
Напряжение в рабочей точке найдем по формуле:
/>
(4.5)
Напряжениепитания будет равно:
/>
Построимнагрузочные прямые которые изображены на рисунке 4.2 для этого определимследующие параметры:
/>
(4.6)
(4.7)
/>
2.Расчет рабочей точки при использовании дросселяв цепиколлектора.
Схема каскада по переменному току приведена на рисунке4.2.
/> <td/> />Рисунок 4.3.- Схема каскада по переменному току/> <td/> />
Выходной ток будет равен:/> <td/> />
Найдем ток и напряжение в рабочей точке:/> <td/> />
Напряжение питания будет равно:
Определимпотребляемую и рассеиваемую мощность транзистора:
/>(4.8)
(4.9)
Результаты выбора рабочей точки двумя способамиприведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1.
Eп,<sub/>(В)
Iко, (А)
Uкэо, (В)
Pрасс.,(Вт)
Pпотр.,(Вт)
С Rк
50.5 5 17.5 87.5 252.5Без Rк
17.5 2.75 17.5 48.1 48.1Изтаблицы 4.1 видно, что для данного курсового задания целесообразно использоватьдроссель в цепи коллектора.
Построим нагрузочные прямые, которые изображены нарисунке 4.4
/> <td/> />Рисунок 4.4 – Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току
4.2 Выбор транзистора
Для выбора транзистора необходимо чтобы его параметрыудовлетворяли следующим условиям:
/>
(4.10)
гдеIкдоп.– максимально — допустимый ток коллектора;
Uкэдоп. – максимально –допустимое напряжение на коллектор – эмиттере;
Pкдоп– максимально – допустимая мощность рассеиваемая наколлекторе;
fТ – максимальная граничная частотатранзистора.
/>
Из неравенства (4.10 ) определим значениядопустимых параметров.
Исходя из полученных значений, выберем выходной транзистор КТ930Б спомощью справочника [2].
/>
Транзистор имеет следующие допустимые параметры:
4.3 Расчет эквивалентных схем транзистора
4.3.1Схема Джиаколетто
Многочисленные исследования показывают, что даже наумеренно 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 4.5. Подробное
описаниесхемы можно найти [3].
/>
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 — параметровтранзистора достигается наибольшее единство теории ламповых и транзисторныхусилителей.
Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочнымиданными и приведенными ниже формулами.
/> Справочные данные для транзистора КТ930Б:
/>при
/>
/>при
/>
Cк — емкость коллекторного перехода,
tс — постояннаявремени обратной связи,
bо — статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.
Найдемзначение емкости коллектора при Uкэ=10В последующей формуле:
/>
(4.11)
гдеU¢кэо– справочное или паспортное значениенапряжения;
/>
Uкэо – требуемое значение напряжения.
Сопротивлениебазы будет равно:
/>
(4.12)
/>
Найдем сопротивление эмиттера поформуле:
/>
(4.13)
гдеIко– ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА.
/>
/> Проводимость база-эмиттер расчитаем поформуле:
(4.14)
/>/>
Определим диффузионную емкость по формуле:
(4.15)
/>/>
Сопротивление внутреннего источника тока будет равно:
(4.16)
/>
/> Статический коэффициент передачи тока в схемес ОБ найдем по формуле:
/>
(4.17)
Крутизнутранзистора определим по формуле:
/>
/>
(4.18)
/>
4.3.2 Однонаправленная модель
Однонаправленная модель, так же как и схемаДжиаколетто, является эквивалентной схемой замещения транзистора. Схемапредставляет собой высокочастотную модель, которая изображена на рисунке 4.6. Полное
описаниеоднонаправленной модели можно найти в [4].
/> <td/> />Рисунок 4.6 – Однонаправленная модель
Расчитаем элементы схемы воспользовавшись справочнымиданными и приведенными ниже формулами.
Справочные данные для транзистора КТ930Б:
/>
Lб – индуктивностьбазового вывода;
Lэ – индуктивность эмиттерного вывода;
Gном1,2<sub/>– коэффициент усиления по мощности в режимедвустороннего<sub/>
согласования.
/> Определим входную индуктивность по следующейформуле:
/>
(4.19)
Входноесопротивление равно сопротивлению базы в схеме Джиаколетто:
/>
Выходное сопротивление найдем по формуле:
/>
/>
(4.20)
/>
Выходную емкость найдем по формуле(4.11) при напряжении в рабочей точке.
Определимчастоту fmax из следующейформулы:
/>
(4.21)
/>
где f –частота на которой коэффициент усиленияпо мощности имеет значение 3.5.
4.4 Расчет схемтермостабилизации
Выборсхемы обеспечения исходного режима транзисторного каскада тесным образом связанс температурной стабилизацией положения рабочей точки. Объясняется этоследующим. Важной особенностью транзисторов является зависимость ихвольт-амперных характеристик от температуры р-n переходов и,следовательно, от температуры внешней среды. Это явление нежелательно, так кактемпературные смещения статических характеристик обуславливают не толькоизменения усилительных параметров транзистора в рабочей точке, но и приводят кперемещению рабочей точки. Изменения в положении рабочей точки в свою очередьсопровождаются дальнейшим изменением усилительных параметров, так как последниезависят от режима. Таким образом, электрические показатели усилителяоказываются подверженными влиянию температуры и при неблагоприятных условияхмогут существенным образом отклониться от нормы.
Длясохранения режима работы транзистора в условиях непостоянства температурыокружающей среды в схему каскада вводят специальные
элементытемпературной стабилизации. Существует три вида температурной стабилизации:эмиттерная стабилизация, коллекторная стабилизация и активная коллекторнаястабилизация.
4.4.1 Эмиттерная термостабилизация
Однойиз распространенных схем с обратной связью, предназначенных для стабилизациирежима, является схема с эмиттерной стабилизацией [5], котораяизображена на рисунке 4.7.
/> <td/> />Рисунок 4.7 – Схема эмиттерной термостабилизации
Рассчитаем основные элементы схемы по следующимформулам:
/>
(4.22)
/>
(4.23)
(4.24)
(4.25)
(4.26)
/>(4.27)
(4.28)
гдеIдел. –ток делителя;
PRэ –мощность рассеиваемая на резисторе Rэ .
/>
Выберем напряжение Uэ=3В и по формуле (4.22) определим сопротивление Rэ.
Базовый ток найдем из формулы (4.23).
/> <td/> />Ток делителя рассчитываем по формуле(4.24).
/>
Определим напряжение питания по формуле(4.27).
/>
Значения сопротивлений базовогоделителя найдем из формул (4.25,4.26).
/>
Мощность рассеиваемая на резисторе Rэ рассчитаем по формуле (4.28).
/>
4.4.2Коллекторная термостабилизация
Коллекторная стабилизация является простейшей инаиболее экономичной из всех схем термостабилизации. Стабилизация положенияточки покоя осуществляется параллельной отрицательной обратной связью понапряжению, снимаемой с коллектора транзистора. Полное описание и работу схемыможно найти в книге [5]. Схема коллекторной стабилизации представлена нарисунке 4.8.
/>
Рассчитаемосновные элементы схемы по следующим формулам:
/>
(4.29)
/>(4.30)
(4.31)
Выберем напряжение URк=7.5В и расчитаем значение сопротивления Rк по формуле (4.29).
/>
Базовый ток найдем из формулы (4.23).
/>
Зная базовый ток расчитаемсопротивление Rб поформуле (4.30).
/>
Определим рассеиваемую мощность нарезисторе Rк поформуле (4.31).
/>
4.4.3 Активная коллекторная термостабилизация
/> <td/> />В данном курсовом проекте использованаактивная коллекторная термостабилизация, которая является достаточно эффективнойв мощных усилительных каскадах. Схема активной коллекторной термостабилизацииизображена на рисунке 4.9.
Рисунок 4.9 – Схема активной коллекторнойтермостабилизации
VT1 – транзисторКТ814: bо= 40, Uкэдоп.=20В, Iк=2.5А;
VT2 – транзисторКТ930Б.
Рассчитаемэлементы схемы по следующим формулам:
/>
(4.32)
(4.33)
(4.34)
(4.35)
/>(4.36)
(4.37)
(4.38)
/>
Выберем напряжение UR4=1В и рассчитаем значениерезистора R4 поформуле (4.32).
Базовыйток транзистора VT2 определимпо формуле (4.33).
/>
Напряжение в рабочей точке длятранзистора VT1 найдем по формуле (4.34).
Значение сопротивления R2 расчитаем поформуле (4.35).
/>
Базовый ток транзистора VT2 равен значениютока в рабочей точке транзистора VT1.
/>
Базовый ток транзистора VT1 определим изформулы:
/>
Ток делителя найдем по формуле (4.38).
/>
Значение сопротивления R3 расчитаем по формуле (4.36).
/>
Напряжение питания будет равно:
/>
Значение сопротивления R1 расчитаем по формуле (4.37).
/>
4.5 Расчет корректирующих цепей
4.5.1 Выходная корректирующая цепь
/>
Для передачи без потерь сигнала отодного каскада многокаскадного усилителя к другому используетсяпоследовательное соединение корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов [6]. Нарисунке 4.10 изображен пример построения такой схемы усилителя по переменному току.
Расчетывходных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентнойсхемы замещения транзистора приведенной на рисунке 4.11. Для получениямаксимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализоватьощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора, равноепостоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Это можно реализовать,включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот, используемый вкачестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 4.11.
/>
Рисунок 4.11 – Схема выходной корректирующей цепиВыходнуюкорректирующую цепь можно рассчитать с использованием методики Фано, котораяподробно описана в методическом пособии [6]. Зная Свых и fв можно рассчитатьэлементы L1 и C1 .
Рассчитаем нормированное значение Свыхн последующей формуле:
/> <td/> />/>(4.39)
Исходяиз таблицы, которая представлена в методическом пособии [6]. По значениюнормированной выходной емкости находим нормированные значения L1 и C1,а так же коэффициент n. Получим следующие значения:
/>
Разнормируем полученные значения. В результате получим:
/>
(4.40)
(4.41)
(4.42)
4.5.2 Межкаскаднаякорректирующая цепь
Какупоминалось ранее, для передачи сигнала от одного каскада многокаскадногоусилителя к другому, от источника сигнала на вход первого усилительногоэлемента и от выходной цепи последнего усилительного элемента в нагрузкуприменяют различные схемы, называемые межкаскадными корректирующими цепями(МКЦ). Эти схемы одновременно служат и для подачи питающих напряжений наэлектроды усилительных элементов, а также придания усилителю определенныхсвойств.
Существуеммножество различных схем МКЦ, но в данном курсовом проекте используется межкаскаднаякорректирующая цепь третьего порядка, которая изображена на рисунке 4.12.
Межкаскаднаякорректирующая цепь третьего порядка обеспечивает достаточно хорошеесогласование между усилительными элементами и способствует максимальной отдачивыходной мощности усилительного элемента в нагрузку.
/> <td/> />Рисунок 4.12 – Каскад с межкаскадной корректирующей цепью
третьего порядка
В качествеусилительного элемента VT2 используетсятранзистор КТ930А.
Расчет межкаскадной корректирующей цепи третьегопорядка производится по следующей методике.
В начале расчета определяют неравномерностьамплитудно-частотной характеристики (АЧХ) приходящейся на каждый каскад. Затемиз таблицы, которая находится в методическом пособии [6] понеравномерности АЧХ определяют коэффициенты а1, а2,,а3. После находят нормированные значения Свых.н, Lвх.н и Rвх.н по следующим формулам:
/>
(4.43)
(4.44)
(4.45)
Для нахождениянормированных значений С1<sub/>, С2, L1 рассчитывают следующие коэффициенты:
/>
(4.46)
/>(4.47)
(4.48)
/>
(4.49)
/>
(4.50)
(4.51)
(4.52)
/> Нормированныезначения С1<sub/>, С2, L1 рассчитываютпо формулам:
(4.53)
(4.54)
(4.55)
/> Коэффициент усиления определяют по следующей формуле:
(4.56)
/> Значения элементов С1<sub/>, С2, L1, R1рассчитывают по формулам:
(4.57)
(4.58)
(4.59)
(4.60)
Рассчитаеммежкаскадную корректирующую цепь между выходным и предоконечным каскадом. Дляэтого представим схему приведенную на рисунке 4.12 в виде эквивалентной схемыизображенной на рисунке 4.13.
Рассчитаемэлементы МКЦ.
Значениявыходных параметров транзистора КТ930А возьмем из пункта 5.2, где рассчитанаэквивалентная схема этого транзистора.
КТ930А: Cвых.= 78.42 пФ;.Rвых.= 8.33 Ом.
/> <td/> />Рисунок 4.13 – Эквивалентная схема каскада
Значениявходных параметров транзистора КТ930Б возьмем из пункта 4.3.2.
/> <td/> />КТ930Б: /> <td/> />
/>
Неравномерность АЧХ приходящейся на каждыйкаскад составляет 0.7дБ. Из таблицы находящейся в методическом пособии [6] коэффициенты а1, а2,, а3будут равны:
Нормируем входные ивыходные параметры по формулам (4.43, 4.44, 4.45).
/>
Для нахождения нормированных значений С1<sub/>, С2, L1определим следующие коэффициенты по формулам (4.46 –4.52).
/>
Нормированные значения элементов С1<sub/>, С2, L1найдем по формулам (4.53-4.55).
/>
Коэффициент усиления рассчитаем по формуле (4.56).
Значенияэлементов МКЦ найдем из формул (4.57-4.60).
/>
5 Расчет предоконечного каскада
5.1 Расчет рабочей точки
В предоконечномкаскаде используется транзистор КТ930Б. Для того чтобы усилитель имел одинисточник питания, необходимо напряжение в рабочей точке оставить неизменным, тоесть можно записать:
/>
Ток в рабочей точке изменяется в соответствиис коэффициентом усиления межкаскадной корректирующей цепи, которая рассчитана впункте 4.5.2.
/>
5.2 Расчет эквивалентной схемы транзистора
Вкачестве эквивалентной схемы расчитаем однонаправленную модель транзистора.
Рассчитаем элементысхемы, воспользовавшись справочными данными и формулами приведенными в пункте 4.3.2.
Справочныеданные [2] для транзистора КТ930А:
/>
/> <td/> />
Входную индуктивность определим по формуле4.19.
/>
Определим входное сопротивление по формуле(4.12), для этого найдем Скпри напряжении Uкэ = 10В воспользовавшись формулой(4.11.)
Выходнуюемкость найдем из формулы (4.12).
/>
Выходное сопротивление определим из формулы(4.20).
Рассчитаемчастоту fmax из формулы(4.21).
/> <td/> />5.3 Расчет схемы термостабилизации
Впредоконечном каскаде используется схема активной коллекторнойтермостабилизации.
Рассчитаемэлементы схемы воспользовавшись формулами приведенными в пункте 4.4.3 и рисунком 4.9.
Выберемнапряжение UR4=1В ирасчитаем значение резистора R4 поформуле (4.32).
/>
Базовый ток транзистора VT2 определим поформуле (4.33).
/>
Напряжение в рабочей точке длятранзистора VT1 найдем по формуле (4.34). Значениесопротивления R2 расчитаем по формуле (4.35).
/>
Базовый ток транзистора VT2 равен значениютока в рабочей точке транзистора VT1.
/>
Базовый ток транзистора VT1 определим изформулы:
/>
Ток делителя найдем по формуле (4.38).
/>
Значение сопротивления R3 расчитаем по формуле (4.36).
Значениесопротивления R1 расчитаем по формуле (4.37).
/>
5.4 Расчет межкаскаднойкорректирующей цепи
/> <td/> />Расчитаем межкаскадную корректирующую цепь междувходным и предоконечным каскадом. Эквивалентная схема изображена на рисунке5.1.
Рисунок 5.1– Эквивалентная схема каскада
Вкачестве усилительного элемента VT1 используется транзисторКТ916А.
Рассчитаемэлементы МКЦ.
Значениявыходных параметров транзистора КТ916А возьмем из пункта 6.2, где рассчитанаэквивалентная схема этого транзистора.
/> <td/> />КТ916А:
Значениявходных параметров транзистора КТ930А возьмем из пункта 5.2.
/> <td/> />КТ930А:/> <td/> />
Нагрузкой для предоконечного каскада являетсяпараллельное соединение Rвых. транзистора и R1.Где R1– сопротивление, входящее в межкаскадную корректирующуюцепь, рассчитанное в пункте 4.5.2.
/>
Нормируемвходные и выходные параметры по формулам (4.43, 4.44, 4.45).
/>
Длянахождения нормированных значений С1<sub/>, С2, L1определимследующие коэффициенты по формулам (4.46 – 4.52).
Нормированныезначения элементов С1<sub/>,С2, L1найдем по формулам (4.53-4.55).
/>
Коэффициентусиления рассчитаем по формуле (4.56).
/> <td/> />Значения элементов МКЦ найдем из формул (4.57-4.60)./> <td/> />
6 Расчет входного каскада
6.1 Расчет рабочей точки
В качестве входногокаскада используется транзистор КТ916А. Напряжение в рабочей точке будет равно:
/>
Ток в рабочей точке изменяется в соответствиис коэффициентом усиления межкаскадной корректирующей цепи, которая рассчитана впункте 5.4.
/>
6.2 Расчет эквивалентной схемы транзистора
Вкачестве эквивалентной схемы расчитаем однонаправленную модель транзистора.
Рассчитаем элементысхемы, воспользовавшись справочными данными и формулами приведенными в пункте 4.3.2.
Справочныеданные [2] для транзистора КТ916А:
/>
/>
/>
Входную индуктивность определим по формуле4.19.
Определимвходное сопротивление по формуле (4.12), для этого найдем Скпри напряжении Uкэ = 10В воспользовавшись формулой(4.11.)
/> <td/> />Выходную емкость найдем из формулы (4.12).
/>
Выходное сопротивление определим из формулы(4.20).
Рассчитаемчастоту fmax из формулы(4.21).
/>
6.3 Расчет схемы термостабилизации
Ввходном каскаде используется схема активной коллекторной термостабилизации.
Рассчитаемэлементы схемы воспользовавшись формулами приведенными в пункте 4.4.3 и рисунком 4.9.
Выберемнапряжение UR4=1В ирасчитаем значение резистора R4 поформуле (4.32).
/>
Базовый ток транзистора VT2 определим поформуле (4.33).
/>
Напряжение в рабочей точке длятранзистора VT1 найдем по формуле (4.34).
Значение сопротивления R2 расчитаем поформуле (4.35).
/>
Базовый ток транзистора VT2 равен значениютока в рабочей точке транзистора VT1.
/>
Базовый ток транзистора VT1 определим изформулы:
/>
Ток делителя найдем по формуле (4.38).
/>
Значение сопротивления R3 расчитаем по формуле (4.36).
Значениесопротивления R1 расчитаем по формуле (4.37).
/>
6.4 Расчет входнойкорректирующей цепи
В качестве входной корректирующей цепи используется межкаскадная корректирующая цепь третьегопорядка. Эквивалентная схема изображена на рисунке 5.1.
/>
Рисунок 5.1– Эквивалентная схема каскада
Рассчитаемэлементы МКЦ.
/> <td/> />Выходными параметрами в данном случае будутявляться параметры генератора.
Значения входных параметров транзистора КТ916Авозьмем из пункта 6.2.
/> <td/> />КТ916А:
Нагрузкой для входного каскада является параллельное соединение Rвых. транзистора и R1. Где R1– сопротивление, входящее в межкаскадную корректирующуюцепь, рассчитанное в пункте 5.4.
/>
Нормируем входные и выходные параметры поформулам (4.43, 4.44, 4.45).
/>
Для нахождения нормированных значений С1<sub/>, С2, L1определим следующие коэффициенты по формулам (4.46 –4.52).
Нормированныезначения элементов С1<sub/>,С2, L1найдем по формулам (4.53-4.55).
/>
Коэффициент усиления рассчитаем по формуле (4.56).
/> <td/> />
Значения элементов МКЦ найдем из формул (4.57-4.60).
/>
7 Расчет разделительных и блокировочных конденсаторов
Рассчитаемразделительные конденсаторы по следующей формуле:
/>
(7.1)
где Yн– искажения приходящиеся на каждый конденсатор;
R1– выходное сопротивление транзистора;
R2– сопротивление нагрузки;
Внашем случае число разделительных конденсаторов будет равно четырем. Расчитаемразделительные конденсаторы С1, С6, С11,С16, которые изображены на принципиальной схеме (см. ПриложениеА). Искажения, приходящиеся на каждый конденсатор, будут равны:
/>
или
Тогдаискажения в области низких частот найдем по формуле:
/>
Найдем значение конденсаторов С1, С6, С11, С16 по формуле (7.1).
/>
/>
Блокировочные конденсаторы С4,С9, С14 , определим из следующего условия:
/>
(7.2)
где R –это сопротивление R2 в схеме активнойколлекторной термостабилизации.
/> Выражая из соотношения (7.2) емкость С, получим:
(7.3)
Определимзначения емкостей С4, С9, С14 поформуле (7.3).
/>
/>
/>
Расчитаем дроссель Lк в цепи коллектора исходя из следующегосоотношения:
/>
(7.4)
где (R//C)– параллельное соединение элементов МКЦ.
Выражая изсоотношения (7.4) Lк, получим:
/>
(7.5)
Определимзначения индуктивностей L2, L4, L6 по формуле (7.5).
/>
Определим значения блокировочных емкостей С5, С10, С15воспользовавшись формулой приведенной вметодическом пособии [7]./>
8 Заключение
В результате работыбыл рассчитан усилитель, который имеет следующие параметры:
1.Рабочаяполоса частот 0.5 – 50МГц.
2.Допустимыечастотные искажения 2дБ.
3.Коэффициентусиления 44дБ.
4.Питание Еп=20В.
5.Выходная мощностьРвых.=20Вт.
Усилитель имеетзапас по усилению 14дБ, это необходимо для того, чтобы в случае ухудшенияпараметров отдельных элементов коэффициент передачи усилителя не опускался нижезаданного уровня.
Список использованных источников
1 Проектирование радиопередающих устройств./ Под ред.
О.В. Алексеева. – М.: Радио и связь, 1987.- 392с.
2 Полупроводниковыеприборы: транзисторы. Справочник /Под ред.
Горюнов Н.Н. – 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1985-903с.
3Горбань Б.Г. Широкополосные усилители на транзисторах. – М.:
Энергия, 1975.-248с.
4Титов А.А., Бабан Л.И., Черкашин М.В. Расчет межкаскадной
согласующей цепи транзисторного полосового усилителя мощности
// Электронная техника СЕР, СВЧ – техника. – 2000. – вып. 1(475).
5Цыкин Г.С. Усилительные устройства.-М.: Связь, 1971.-367с.
6Титов А.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных
усилительных каскадов на биполярных транзисторах,
http://referat.ru/download/ref-2764.zip.
7 Красько А.С. Проектирование аналоговых электронных устройств.-
Томск: ТУСУР, 2000.-29с.
Приложение А
Принципиальная схемапредставлена на стр. 41.
Переченьэлементов приведен на стр. 42,43.
/>
РТФ КП 468740.001 ПЗ
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ
Лит Масса Масштаб Изм Лист Nдокум. Подп. Дата УСИЛИТЕЛЬ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ Выполнил КоноваловКАЛИБРОВКИ Проверил Титов
РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ
СТАНЦИЙ
Лист ЛистовТУСУР РТФ
Принципиальная Кафедра РЗИ
Схема гр. 148-3 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Поз.
Обозна-
Чение
Наименование Кол. ПримечаниеТранзисторы
VT1 КТ916А 1 VT2 КТ814 1 VT3 КТ930А 1 VT4 КТ814 1 VT5 КТ930Б 1 VT6 КТ814 1Конденсаторы
С1 КД-2-3.5нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С2 КД-2-150пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С3 КД-2-91пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С4 КД-2-1.6нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С5 КД-2-470нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С6 КД-2-5.1нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С7 КД-2-270пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С8 КД-2-130пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С9 КД-2-6.2нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С10 КД-2-2мкФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С11 КД-2-6.8нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С12 КД-2-820пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С13 КД-2-430пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С14 КД-2-22нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С15 КД-2-9.1мкФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С16 КД-2-82нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1 С17 КД-2-160пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1Трансформаторы
Тр1 Трансформатор 1
РТФ КП 468740.001 ПЗ
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ
Лит Масса Масштаб Изм Лист Nдокум.Подп.
Дата УСИЛИТЕЛЬ Выполнил Коновалов
КАЛИБРОВКИ
Провер. Титов
РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ
СТАНЦИЙ Лист Листов
ТУСУР РТФ
Перечень элементов Кафедра РЗИ
гр. 148-3 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Поз.
Обозна-
Чение
Наименование Кол. ПримечаниеКатушки индуктивности
L1 Индуктивность 82нГн ±5% 1 L2 Индуктивность 620мкГн ±5% 1 L3 Индуктивность 39нГн ±5% 1 L4 Индуктивность 470мкГн ±5% 1 L5, L7 Индуктивность 11нГн ±5% 2 L6 Индуктивность 20мкГн ±5% 1Резисторы
R1 МЛТ – 0.125 – 200 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R2 МЛТ – 0.125 – 2.2 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R3 МЛТ – 0.125 – 18 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R4 МЛТ – 0.125 – 1.8 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R5 МЛТ – 0.125 – 7.5 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R6 МЛТ – 0.125 – 160 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R7 МЛТ – 0.125 – 620 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R8 МЛТ – 0.125 – 5.1 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R9 МЛТ – 0.125 – 510 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R10 МЛТ – 0.125 – 1.8 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R11 МЛТ – 0.125 – 130 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R12 МЛТ – 0.125 – 150 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R13 МЛТ – 0.125 – 1.3 кОм ±10%ГОСТ7113-77 1 R14 МЛТ – 0.125 – 130 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1 R15 МЛТ – 0.125 – 1 Ом ±10%ГОСТ7113-77 1
РТФ КП 468740.001 ПЗ
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ
Лит Масса Масштаб Изм Лист Nдокум.Подп.
Дата УСИЛИТЕЛЬ Выполнил Коновалов
кАЛИБРОВКИ
Провер. Титов
РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ
СТАНЦИЙ
Лист Листов
ТУСУР РТФ
Перечень элементов Кафедра РЗИ
гр. 148-3 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />