Реферат: Усилитель модулятора системы записи компакт-дисков

Министерство образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защитыинформации (РЗИ)

Усилитель модулятора системы записи

компакт-дисков.

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине:

«Схемотехника аналоговых электронных устройств»

                       Выполнил

                       студент гр.149-3

                ________Радишевский Е.В.

                       Проверил

           преподаватель каф.РЗИ

                ________ ТитовА.А.

2002

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

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

        Объектом исследования вданной курсовой работе являются методы расчета усилительных каскадов на основетранзисторов.

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

       В процессе работы производился расчет различных элементов широкополосногоусилителя. 

         Пояснительная записка выполнена втекстовом редакторе Microsoft Word  ХР.

    

       

        Содержание

1.Введение…………………………………………………………..4

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

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

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

3.2 Распределение линейныхискажений в области ВЧ……….8

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

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

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

3.3.3 Расчётэквивалентной схемы транзистора………13

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

3.3.5 Расчёт цепейтермостабилизации………………...17

3.4 Расчётпромежуточного каскада

          по постоянному току.………………………………………..23

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

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

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

                3.4.4 Расчет полосы пропускания………………………25

3.4.5 Расчёт цепей термостабилизации.………………..26

3.5 Расчётвходного каскада

          по постоянному току.………………………………………..26

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

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

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

                3.5.4 Расчет полосы пропускания………………………27

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

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

4 Заключение…………………………………………….………….32

Список использованныхисточников……………………………...33

Приложение А………………………………………………………33

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

РТФ КП.468740.001 ПЗ.Перечень элементов………………… 35,36

1.Введение

Целью данной работы являлось проектирование усилителямодулятора системы записи компакт дисков [1]  (усилителя модулятора лазерногоизлучения [2]). Данный усилитель является важным компонентом дефлектора илидругими словами  устройства предназначенного для управления светового пучка, вданном случае лазерного излучения [3],[4]. Работа дефлектора целесообразна приусловии возникновения угла Брэга и основана на явлении дифракции света назвуке. Через звукопровод изготовленный из кристалла парателлурита, в которомпри помощи пьезо преобразователя возбуждается звуковая волна образующая внутриданного  кристалла бегущую дифракционную решетку. Проходящий луч дифрагирует наэтой решетке, то есть отклоняется от первоначального направления на уголпропорционально частоте звука. При этом его интенсивность оказываетсяпропорциональна   мощности звуковых колебаний. Пьезо элемент играет  роль переходника,между кристаллом и усилителем мощности в работе дефлектора и представляет собойпьезоэлектрик преобразующий колебания электрического сигнала в колебаниязвукового сигнала.  Данный преобразователь характеризуется импедансом илидругими словами комплексным сопротивлением (который в нашем случае составляет />). К входу данного преобразователяподключается разработанный усилитель. Дефлектор используется  для сканированиялазерного пучка в одной плоскости, но при параллельном включении двухдефлекторов, возможно управление световым пучком и в двух мерном пространстве.В результате высокой монохроматичности, лазерное излучение имеет низкий уровеньрасходимости, что позволяет добиться хорошей фокусировки на большихрасстояниях. Данное явление за счет своей зрелищности находит широкоеприменение при проведении тожеств, приемах, в рекламных компаниях и впредвыборных гонках. Имея так же большую точность, то есть возможность добитьсяпри использовании дефлектора очень незначительных отклонений светового пучка отзаданной точки, данный прибор может применяться в микрохирургии  и изготовлениисверхсложных печатей, штампов, документов и ценных бумаг.

На примере можем рассмотреть принцип работы дисковода CD-ROM иосуществление записи на компакт-диск [5].

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

 В приводе компакт-дисков можно выделить несколькобазовых элементов: лазерный диод, сервомотор, оптическую систему (включающую всебя расщепляющую призму) и фотодетектор.

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

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

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

          Теперь перейдемнепосредственно к принципиальной схеме.

Из-забольшой нагрузочной емкости происходит заметный спад амплитудно-частотнойхарактеристики в области высоких частот. В результате чего появляется основнаяпроблема при проектировании данного усилителя заключающаяся в том, чтобы обеспечить требуемый коэффициент усиления в заданной полосе частот.

  Наибольшейширокополосностью, при работе на ёмкостную нагрузку, обладает усилительныйкаскад с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению [6]. Он и былвыбран в качестве выходного каскада разработанного широкополосного усилителямощности. Так же по сравнению с обыкновенным резистивным каскадом выбранныйвариант более экономичный. Для компенсации завала АЧХ в области верхних частотпри применении резистивного каскада пришлось бы ставить в цепи коллектора оченьмалое сопротивление порядка 6 Ом, для уменьшения общего выходного сопротивлениякаскада, что естественно привело бы к увеличению тока в цепи коллектора ирассеиваемой мощности, а соответственно и к выбору более дорогого по всемпараметрам транзистора. Для выходного, каскада была использована эмиттерная термостабилизация [7]. В результате предложенного решения на первом каскаде,добились усиления  в  6 дБ с искажениями составляющие 1дБ. В качествепромежуточного и входного использованы каскады с комбинированной обратнойсвязью [6], обладающие активным и постоянным в полосе пропускания выходным сопротивлением.Эти каскады реализованы на транзисторах 2T996А. Для обеспечения требуемойтемпературной стабилизации вполне подошла эмиттерная стабилизация. В результатена втором каскаде, добились усиления   18 дБ, и на третьем также 18 дБ.  

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

В результатепредложенного решения общий коэффициент усиления составил 42 дБ.

2. Техническое задание

Усилительдолжен отвечать следующим требованиям:

1.           Рабочая полоса частот: 1-100 МГц.

2.           Линейные искажения

в области нижних частот не более 3 дБ,

в областиверхних частот не более 3 дБ.

3.           Коэффициент усиления 30 дБ.

4.           Амплитуда выходного напряжения Uвых=4 В.

5.           Диапазон рабочих температур: от +10 до +60 С0.

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.

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

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

/> <td/> />  

3.2 Распределение линейных искажений в области ВЧ

 Расчётусилителя будем проводить исходя из того, что искажения [7] распределены междукаскадами равномерно, а так как всего три каскада и общая неравномерностьдолжна быть не больше 3 дБ, то на каждый каскад приходится по 1 дБ.

3.3        Расчёт выходного каскада

3.3.1Выбор рабочей точки

Как отмечалось выше в качестве выходного каскада будем использовать каскад спараллельной отрицательной обратной связью по напряжению обладающий наибольшейширокополосностью, при работе на ёмкостную нагрузку.

Рассчитаем рабочую точку двумя способами:

1.При использовании дросселя в цепи коллектора.

2.Прииспользовании активного сопротивления Rк  в цепиколлектора.

1.Расчетрабочей точки при использовании при использовании дросселяв цепиколлектора.

/> <td/> />  

Сопротивлениеобратной связи Rос находим исходя из запланированногона выходной каскад коэффициента усиления, сопротивления генератора или другимисловами выходного сопротивления предыдущего каскада и рассчитываем по следующейформуле [6]:

/>, />.                                    (3.3.1)                                                                     

Координаты рабочей точки можноприближённо рассчитать по следующим формулам [7]:

/>,                                                          (3.3.2)

где  />/>,                                          (3.3.3)

/>,                                                         (3.3.4)

        />,                                                                   (3.3.5)

где /> – начальное напряжение нелинейного участкавыходных

характеристиктранзистора, />.

/>,                                                                        (3.3.6)

/>,                                                                    (3.3.7)

/>.                                                                 (3.3.8)

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

/>,

/>,

/>,

/>, 

/>.

Найдёмпотребляемую мощность и мощность рассеиваемую на коллекторе

/>,

/>, />,         />,  тогда/>

          Выбранное сопротивлениеRос обеспечивает заданный диапазон частот.

Произведём построениенагрузочных прямых для дроссельного каскада: Еп = 6,5(В), Uкэ0 = 6,5(В), Iк0= 0,121(А),  />, где />, />, DUк найдём по формуле:  />, а />.            

/> <td/> />  

/>2. Расчет рабочей точки при использовании активногосопротивления Rkв цепи коллектора.

Выберем Rк=Rн=1000 (Ом).

Координаты рабочей точки можноприближённо рассчитать по следующим формулам [7]:

/>,                                                                    (3.3.9)

/>,                                                                  (3.3.10)

/>.                                                                        (3.3.11)

Рассчитываяпо формулам 3.3.9 и 3.3.10, получаем следующие значения:

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>, где />.

Найдёмпотребляемую мощность и мощность рассеиваемую на коллекторе по формулам (3.3.7)и (3.3.8) соответственно:

/>, />, />,где />, />.

Результаты выбора рабочей точки двумя способамиприведены в таблице 3.1.

Таблица3.1.

Eп,<sub/>(В)

Iко, (А)

Uко, (В)

Pрасс.,(Вт)

Pпотр.,(Вт)

С Rк

129,043 0,123 6,5 0,797 15,813

С Lк

6,5 0,121 6,5 0,785 0,785

                Из таблицы 3.1 видно, что для данного курсовогозадания целесообразно использовать дроссель в цепи коллектора.

Произведёмпостроение нагрузочных прямых для резистивного каскада: Еп =129,043(В), Uкэ0 = 6,5(В), Iк0= 0,123(А),  />, где />, />, DUк найдём по формуле:  />, а />. 

/> <td/> />  

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

/>.

Этим требованиямполностью соответствует транзистор КТ 610 А. Его основные техническиехарактеристики 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

 

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 3.6. Подробное описаниесхемы можно найти [8].

/> <td/> />
  Достоинство этой схемы заключается вследующем: схема Джиаколетто с достаточной для практических расчетов точностьюотражает реальные свойства транзисторов на частотах  f£0.5fт; припоследовательном применении этой схемы и найденных с ее помощью Y — параметров транзистора достигается наибольшее единство теории ламповых итранзисторных усилителей. /> <td/>

Рис. 3.6 Схема Джиаколетто.

   

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

при /> В

            Справочные данные длятранзистора КТ610А:

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

Iкmax=0,3∙(А),Uкэmax=26(В), где  Cк — емкость коллекторного перехода,         tс — постоянная времени обратной связи, Н21э=bо — статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.

          Найдемзначение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле:

/>                                                         (3.3.12)                                       

гдеU¢кэосправочное или паспортное значениенапряжения;

      Uкэо – требуемое значение напряжения./>

/>.

          Сопротивлениебазы рассчитаем по формуле:

/>, />.                                                                (3.3.13)

  Используя формулу (3.3.12), найдем значениеколлекторной емкости в рабочей точке :

 />

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБнайдем по формуле:

/>,                                                                                            (3.3.14)

/>                                                                                          

          Найдемток эмиттера по формуле:

/>,                                                                                                 (3.3.15)

/>.

          Найдемсопротивление эмиттера по формуле:

/>                                                                           (3.3.16)

гдеIэо– ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА.

/>.

Проводимостьбаза-эмиттер расчитаем по формуле:

/>,                                                                                          (3.3.17)

/>.

Определим  диффузионную емкость  по формуле:

/>,                                                                                  (3.3.18)

/>.

Крутизнутранзистора определим по формуле:

 />/>
 ,                                                                                                        (3.3.19)

/>.

3.3.3.2Однонаправленная модель

Поскольку рабочие частотыусилителя заметно больше частоты />, то из эквивалентнойсхемы можно исключить входную ёмкость, так как она не влияет на характервходного сопротивления транзистора. Индуктивность же выводов транзистора напротивоказывает существенное влияние и потому должна быть включена в модель.Эквивалентная высокочастотная модель представлена на рисунке 3.7. Описаниетакой модели можно найти в [6].

Рис. 3.7 Однонаправленная модель.

  />

Параметры эквивалентной схемырассчитываются по приведённым ниже формулам [6].

Входная индуктивность:

/>,                                                                                 (3.3.20)

где />–индуктивностивыводов базы и эмиттера.

Входное сопротивление:

/>,                                                                                        (3.3.21)

где />, причём />, где

/>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:

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>.

3.3.4Расчет полосы пропускания.

Проверимобеспечит ли выбранное сопротивлении обратной связи Rос,расчитанное в пункте 3.3.1, на нужной полосе частот требуемый коэффициентусиления, для этого воспользуемся следующими формулами[6]:

/>/>(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):

/>.

          Найдемсопротивление эмиттера по формуле (3.3.16):

/>.

          Определим диффузионную емкость  по формуле (3.3.18):

/>,

/>,                     (3.3.27)

/>,                                                                                 (3.3.28)

где    – искажения,  />дБ, 

/>                                                                                    (3.3.29)

/>

/>/>

/>/>

/>.

          Выбранное сопротивлениеRос обеспечивает заданный диапазон частот.

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 [7].

3.3.5.1 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.

Рис. 3.8 Пассивная коллекторая термостабилизация.

  />

Расчёт,подробно описанный в [8], заключается в следующем: выбираем напряжение /> (в данном случае 6,5В) и ток делителя />(в данном случае />, где /> – ток базы), затем находим элементы схемы поформулам:

/>;                                                                      (3.3.30)

/>,                                                                                (3.3.31)

где />– напряжение на переходе база-эмиттер равное0.7 В;

/>.                                                                    (3.3.32)

Получимследующие значения:

/>,

/>,

/>.

3.3.5.2 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 [6].

Рис. 3.9. Активная коллекторная термостабилизация.

  />

В качестве VT1 возьмём КТ361А. Выбираем падение напряжения на резисторе /> из условия />(пусть />), затем производим следующий расчёт:

/>;                                                                                  (3.3.33)

/>;                                                                             (3.3.34)

/>;                                                                        (3.3.35)

/>;                                                                           (3.3.36)

/>,                                                                           (3.3.37)

где /> – статический коэффициент передачи тока всхеме с ОБ транзистора КТ361А;

/>;                                                                            (3.3.38)

/>;                                                                        (3.3.39)

/>.                                                                      (3.3.40)

Получаемследующие значения:

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>.

Величинаиндуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющаятока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости –таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 попеременному току был заземлён.

3.3.5.3 Эмиттерная термостабилизация.

Для выходногокаскада выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена нарисунке 3.10. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробноописан в [8].

Рис. 3.10 Эмиттерная термостабилизация.

  />

Расчётпроизводится по следующей схеме:

1.Выбираютсянапряжение эмиттера /> и ток делителя /> (см. рис. 3.4), а также напряжение 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 /> и />. Учитывая то, что в коллекторной цепиотсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле />. Расчёт величин резисторов производится последующим 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;

/>– нормальная температура.

Температураперехода:

/>,                                                                           (3.3.45)

где />– температура окружающей среды (в данномслучае взята максимальная рабочая температура усилителя);

/> – мощность, рассеиваемая на коллекторе.

Неуправляемыйток коллекторного перехода:

/>,                                                                         (3.3.46)

где />–отклонение температуры транзистора отнормальной;

/> лежит в пределах />;

/> – коэффициент, равный 0.063÷0.091 длягермания и 0.083÷0.120 для кремния.

Параметры транзистора с учётом изменения температуры:

/>,                                                                 (3.3.47)

где /> равно 2.2(мВ/градус Цельсия) 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)

/>.                          (3.3.50)

Для тогочтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия:

/>,

где />.                                                                    (3.3.51)

Рассчитываяпо приведённым выше формулам, получим следующие значения:

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>,

/>./>.

3.4Расчёт промежуточного каскада по постоянному току.

3.4.1Выбор рабочей точки

При расчётетребуемого режима транзистора  промежуточного каскада по постоянному току,координаты рабочей точки выберем следующие:  />, гдепримем />, а />.Мощность, рассеиваемая на коллекторе />.

3.4.2 Выбор транзистора

Выбортранзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор 2Т996А. 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.

7.       

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 промежуточного каскада.

Как ужеотмечалось в качестве промежуточного каскада будем использовать каскад скомбинированной отрицательной обратной связью состоящую из /> и />.

/>/>

Достоинством схемы является то, чтопри условиях                             /> и />, />                                 (3.4.1)

схема оказывается согласованной повходу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие />³0,7. Поэтому практически отсутствует взаимное влияниекаскадов друг на друга при их каскадировании [6].

При выполнении условия(3.4.1), коэффициент усиления каскада в области верхних частот описываетсявыражением:

/>,                                              (3.4.2)

      где />,                                                                          (3.4.3)

/>,                     (3.4.4)

/>.                                                    (3.4.5)

Из (3.4.1), (3.4.3) нетрудно получить, что при заданном значении />

/>.                                             (3.4.6)

При заданном значении />, /> каскада равна:

/>,                              (3.4.7)

        где />.                                                                        

3.4.4Расчёт полосы пропускания.

Расчёт производится по формулам,приведённым в пункте 3.3.3.1.

/> <td/> <td/> <td/> /> /> <td/> /> />
 Проверим добьемся ли нужной полосы частот при выбранном сопротивлении Rос, для этого воспользуемся следующими формулами [6](3.4.3), (3.4.4), (3.4.5), (3.4.7).     

Используяформулы (3.3.18) и (3.3.19) найдем коэффициент N:

/>, />, где />

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:

/>,

/>, />,

/>, />,

/>,

/>,

/>,  />, />.

          Выбранное сопротивлениеRос обеспечивает на заданном диапазоне частоткоэффициент усиления равный 18дБ.

3.4.4Расчёт цепи термостабилизации

Дляпромежуточного каскада также выбрана эмиттерная термостабилизация, схемакоторой приведена на рисунке 3.10.

Метод расчётасхемы идентичен приведённому в пункте 3.3.4.3. Эта схема термостабильна при />и />. Напряжение питаниярассчитывается по формуле />.

Рассчитываяпо формулам 3.3.28–3.3.38 получим:

/>,

/>,

/>,

Рассеиваемую мощность на /> вычислим следующим образом:                   />, тогда />.

3.5Расчёт входного каскада по постоянному току.

3.5.1Выбор рабочей точки

При расчётетребуемого режима транзистора  входного каскада по постоянному току, координатырабочей точки выберем следующие:  />, а />. Мощность, рассеиваемая на коллекторе />.

3.5.2 Выбор транзистора

Выбортранзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор 2Т996А. Его основные техническиехарактеристики приведены ниже.

Электрическиепараметры:

1.Граничнаячастота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ />ГГц;

2.Постояннаявремени цепи обратной связи />пс;

3.Статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОЭ />;

4.Ёмкостьколлекторного перехода при  />В />пФ;

         5.Индуктивность выводабазы />нГн;

6.Индуктивностьвывода эмиттера />нГн.

Предельныеэксплуатационные данные:

         1. Постоянноенапряжение коллектор-эмиттер />В;

2. Постоянныйток коллектора />мА;

3.Постоянная рассеиваемая мощность коллектора

        /> Вт;

4.Температура перехода />К.

3.5.3 Расчет входного каскада.

Как ужеотмечалось в качестве входного каскада будем использовать каскад с комбинированнойотрицательной обратной связью состоящую из /> и/>.

/>

/> <td/>

Рис. 3.12 Каскад с комбинированной отрицательной

обратной связью.

   

Достоинством схемы является то, чтопри условиях                             /> и />, />                                 (3.5.1)

схема оказывается согласованной повходу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие />³0,7. Поэтому практически отсутствует взаимное влияниекаскадов друг на друга при их каскадировании [6].

При выполнении условия(3.5.1), коэффициент усиления каскада в области верхних частот описываетсявыражением:

/>,                                              (3.5.2)

      где />,                                                                          (3.5.3)

/>,                     (3.5.4)

/>.                                                    (3.5.5)

Из (3.4.1), (3.4.3) нетрудно получить, что при заданном значении />

/>.                                             (3.5.6)

При заданном значении />, /> каскада равна:

/>,                              (3.5.7)

        где />.                                                                        

3.5.4Расчёт полосы пропускания.

Расчёт производится по формулам,приведённым в пункте 3.3.3.1.

/> <td/> <td/> <td/> /> /> <td/> /> />
 Проверим добьемся ли нужной полосы частот при выбранном сопротивлении Rос, для этого воспользуемся следующими формулами [6](3.5.3), (3.5.4), (3.5.5), (3.5.7).     

Используяформулы (3.3.18) и (3.3.19) найдем коэффициент N:

/>, />, где />

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:

/>,

/>, />,

/>, />,

/>,

/>,

/>,  />, />.

          Выбранное сопротивлениеRос обеспечивает на заданном диапазоне частоткоэффициент усиления равный 18дБ.

3.5.5Расчёт 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 />и />. Напряжение питаниярассчитывается по формуле />.

Рассчитываяпо формулам 3.3.28–3.3.38 получим:

/>,

/>,

/>,

Рассеиваемую мощность на /> вычислим следующим образом:                   />, тогда />.

Общий коэффициент усилениясоставил: />.

 />

3.6Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей

Рассчитаемноминалы элементов. Расчёт производится в соответствии с методикой описанной в[7].

Для расчета емкостей обратнойсвязи Сос1, Cос2, и Сос3 воспользуемсяследующим соотношением:

/>,                                                                     (3.6.1)

/>,

/>,

/>.

Для расчета емкостей Сэ1,Cэ2, Сэ3 воспользуемсяследующим соотношением:

/>,                                                                    (3.6.2)

/>,

/>,

/>.

Дроссель вколлекторной цепи ставится для того, чтобы выход транзистора по переменномутоку не был заземлен. Его величина выбирается исходя из условия:

/>.                                                                       (3.6.3)

/>, />, />.

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 четыре, поэтому можнораспределить на каждую из них по 0,75дБ.

Величинуразделительного конденсатора найдём по формуле:

/>,                                   (3.6.4)

где />– допустимые частотные искажения.

       R1– сопротивление предыдущего каскада.

       R2– сопротивление нагрузки.

/>,

/>,

/>,

/>.

Так же вусилителе имеется Сф, его роль не пропустить переменную составляющуюна источник питания. Расчет производится аналогично блокировочным емкостям,разница лишь в том что в формуле (3.6.2) вместо Rэ ставится Rф.Исходя из этого, получим следующие значения:

/>;

 />.

4. Заключение

Рассчитанныйусилитель имеет следующие технические характеристики:

1. Рабочаяполоса частот: 1-100 МГц

2. Линейныеискажения

в областинижних частот не более 3 дБ

в области верхних частот неболее 3 дБ

3. Коэффициент усиления 42дБ

4. Амплитуда выходногонапряжения Uвых=4 В

5. Питание однополярное, Eп=12 В

6. Диапазон рабочих температур:от +10 до +60 градусов Цельсия

Усилитель рассчитан на нагрузку Rн=1000 Ом

Литература

1.     Дьяков В.Ф. Тарасов Л. В. Оптическое когерентное излучение, М.: Советское радио, 1974.

2.     Справочникпо лазерной технике. М: Энергоатомиздат, 1991.

3.     Оокоси Е.Оптоэлектроника и оптическая связь, М.: Мир, 1988.

4.     Федоров Б.Ф. Лазеры. Основы устройства и применения, М.: ДОСААФ СССР, 1988.

5.    PC Magazine Russian Edition, 1994, N6.

6.     Титов А.А.Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярныхтранзисторах – referat.ru/download/ref-2764.zip.

7.     КраськоА.С., Проектирование усилительных устройств, методические указания – Томск:ТУСУР, 2000 – 29 с.

8.     БолтовскийЮ.Г., Расчёт цепей термостабилизации электрического режима транзисторов,методические указания – Томск: ТУСУР, 1981.

9.     ТитовА.А., Григорьев Д.А., Расчёт элементов высокочастотной коррекции усилительныхкаскадов на полевых транзисторах, учебно-методическое пособие – Томск: ТУСУР,2000 – 27 с.

10.         Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник / Под ред. ГорюновН.Н. – 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1985-903с.

 

 

Приложение А

 

          Принципиальная схемапредставлена на стр. 33.

          Переченьэлементов приведен на стр. 34,35.

 


/>

 

 

РТФ КП 468740.001 ПЗ

 

 

Лит Масса Масштаб Изм Лист Nдокум. Подп. Дата УСИЛИТЕЛЬ МОДУЛЯТОРА Выпол Радишевск

 

СИСТЕМЫ ЗАПИСИ Проверил Титов

 

КОМПАКТ-ДИСКОВ

 

 

Лист Листов

 

ТУСУР РТФ

 

Принципиальная Кафедра РЗИ

 

Схема гр. 149-3 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Поз.

Обозна-

Чение

Наименование Кол. Примечание

 

 

 

 

 

Транзисторы

 

 

VT1 КТ610А 1

 

VT2 2T996A 1

 

VT3 2T996А 1

 

 

Конденсаторы

 

 

С1

КД-2-6,63 нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С2

КД-2-16 нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С3

КД-2-38 нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С4

КД-2-120 3,5 нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С5

КД-2-120 3,5 нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С6

КД-2-4,1 нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С7

КД-2-35 нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С8

КД-2-3,65 нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С9

КД-2-3,5 нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С10

КД-2-4,4 нФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С11

КД-2-331,8 пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

С12

КД-2-40 пФ ±5% ОЖО.460.203 ТУ 1

 

Катушки индуктивности

 

 

L1 Индуктивность 0.3мкГн ±5% 1

 

L2 Индуктивность 0.3мкГн ±5% 1

 

L3 Индуктивность 7.9нГн ±5% 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РТФ КП 468740.001 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лит Масса Масштаб

 

Изм Лист Nдокум.

Подп.

Дата УСИЛИТЕЛЬ МОДУЛЯТОРА

 

Выполнил Радишевский

 

 

СИСТЕМЫ ЗАПИСИ

 

 

 

 

 

 

Провер. Титов

 

 

КОМПАКТ-ДИСКОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист Листов

 

 

 

 

 

 

ТУСУР РТФ

 

 

 

 

 

Перечень элементов Кафедра РЗИ

 

 

 

 

 

 

гр. 149-3

 

Поз.

Обозна-

Чение

Наименование Кол. Примечание

Резисторы

R1

МЛТ – 0.125 – 2.7 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R2

МЛТ – 0.125 – 4,45 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R3

МЛТ – 0.125 – 0,1 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R4

МЛТ – 0.125 – 41,3 Ом  ±10%ГОСТ7113-77 1

R5

МЛТ – 0.125 – 5,6 Ом  ±10%ГОСТ7113-77 1

R6

МЛТ – 0.125 – 0,17 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R7

МЛТ – 0.125 – 0,35 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R8

МЛТ – 0.125 – 0,6 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R9

МЛТ – 0.125 – 0,45 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R10

МЛТ – 0.125 – 45 Ом  ±10%ГОСТ7113-77 1

R11

МЛТ – 0.125 – 5,6 Ом  ±10%ГОСТ7113-77 1

R12

МЛТ – 0.125 – 0,6 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R13

МЛТ – 0.125 – 0,6 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R14

МЛТ – 0.125 – 0,45 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R15

МЛТ – 0.125 – 0,36 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

R16

МЛТ – 0.125 – 1 кОм  ±10%ГОСТ7113-77 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РТФ КП 468740.001 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лит Масса Масштаб Изм Лист Nдокум.

Подп.

Дата УСИЛИТЕЛЬ МОДУЛЯТОРА Выполнил Радишевский

 

 

СИСТЕМЫ ЗАПИСИ

 

 

 

 

 

Провер. Титов

 

 

КОМПАКТ-ДИСКОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист Листов

 

 

 

 

 

ТУСУР РТФ

 

 

 

 

Перечень элементов Кафедра РЗИ

 

 

 

 

 

гр. 149-3 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике