Реферат: Широкополосный усилитель с подъёмом АЧХ

Министерство образования Российской Федерации.

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ(ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

ШИРОКОПОЛОСНЫЙУСИЛИТЕЛЬ
С ПОДЪЁМОМ АЧХ

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине«Схемотехника»

Студент гр. 148-3

_______Д.С. Ломакин

________дата

Руководитель

Доцент кафедры РЗИ

_______А.А. Титов

Томск 2001

Реферат

Курсоваяработа 35 с., 13 рис., 1 табл., 5 источников.

УСИЛИТЕЛЬ,ТРАНЗИСТОР, КАСКАД, ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, ПОЛОСА РАБОЧИХ ЧАСТОТ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯЦЕПЬ, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ

В даннойкурсовой работе исследуется широкополосный усилитель с подъёмом АЧХ, а такжекорректирующие и стабилизирующие цепи.

Цель работы- приобретение навыков расчета номиналов элементов усилительного каскада,подробное изучение существующих корректирующих и стабилизирующих цепей, умениявыбрать необходимые схемные решения на основе требований технического задания.

В процессеработы были осуществлены инженерные решения (выбор транзисторов, схем коррекциии стабилизации), расчет номиналов схем.

Врезультате работы получили принципиальную готовую схему усилительного устройствас известной топологией и номиналами элементов, готовую для практического применения.

Полученныеданные могут использоваться при создании реальных усилительных устройств.

Курсоваяработа выполнена в текстовом редакторе MicrosoftWord2000 ипредставлена на дискете 3,5. (в конверте на обороте обложки).

Задание

Диапазончастот от 10 МГц, до 200 МГц

Допустимыечастотные искажения Мн 3 дБ, Мв 3 дБ

Коэффициентусиления 30 дБ

Источниквходного сигнала Rг=50 Ом

Амплитуданапряжения на выходе Uвых=5 В

Величинанагрузки Rн=50 Ом

Условияэксплуатации t°

= +10 ¸+60°C

Линейныйподъём АЧХ на 5дБ
Содержание

1. Введение 4

2. Основнаячасть 5

2.1.Определение числа каскадов 5

2.2.Распределение искажений на ВЧ 5

2.3. Расчётоконечного каскада 5

2.3.1. Расчет рабочей точки 5

2.3.2. Выбор транзистора 8

2.3.3. Расчёт эквивалентных схем транзистора 9

2.3.4. Расчет цепей питания и термостабилизации 11

2.3.5. Расчёт выходной корректирующей цепи 14

2.3.6. Расчёт межкаскадной корректирующей цепи 16

2.4. Выборвходного транзистора 18

2.5. Расчётпредоконечного каскада 19

2.5.1. Расчёт рабочей точки 19

2.5.2. Эмиттерная термостабилизация 19

2.5.3. Расчёт элементов ВЧ коррекции и коэффициента усиления 20

2.6. Расчётвходного каскада 22

2.6.1. Расчёт рабочей точки 22

2.6.2. Однонаправленная модель входного транзистора 22

2.6.3. Эмиттерная термостабилизация 23

2.6.4. Расчёт элементов ВЧ коррекции икоэффициента усиления 24

2.7. Расчётразделительных и блокировочных конденсаторов 25

3.Заключение 30

Списокиспользованной литературы 31

Схемапринципиальная 32

Спецификация 33

1. Введение

Основная цель работы — получение необходимых навыковпрактического расчета радиотехнического устройства (усилителя-корректора),обобществление полученных теоретических навыков и формализация методов расчетаотдельных компонентов электрических схем.

Усилители электрических сигналов применяются во всех областяхсовременной техники и народного хозяйства: в радиоприемных и радиопередающихустройствах, телевидении, системах звукового вещания, аппаратуре звукоусиленияи звукозаписи, радиолокации, ЭВМ. Также они нашли широкое применение вавтоматических и телемеханических устройствах, используемых на современныхзаводах. Как правило, усилители осуществляют усиление электрических колебаний,сохраняя их форму. Усиление происходит за счет электрической энергии источникапитания. Т. о., усилительные элементы обладают управляющими свойствами.

Устройство, рассматриваемое в данной работе, может широкоприменяться на практике.

Устройство имеет немалое научное и техническое значениеблагодаря своей универсальности и широкой области применения.
2. Основная часть

2.1.Определение числа каскадов

Так как наодном каскаде невозможно реализовать усиление 30дБ, то для того, чтобыобеспечить такой коэффициент усиления, используем сложение каскадов. Считаем,что каждый каскад в среднем даёт 10дБ, и так как необходимо получить 30дБ, то:<img src="/cache/referats/4711/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

Такимобразом, число каскадов равно трём.

2.2.Распределение искажений на ВЧ

По заданию,допустимые искажения АЧХ, вносимые данным устройством, равны 3дБ. Так какиспользуем 3 каскада, то допустимые искажения АЧХ, вносимые одним каскадом,равны 1дБ.

2.3. Расчётоконечного каскада

2.3.1. Расчет рабочей точки

1). Возьмём сопротивление коллектора равноесопротивлению нагрузки (Rк=Rн).

Согласно закону Ома:

Uвых=IвыхRн (2.1)

Отсюданайдём ток на выходе каскада:

Iвых= Uвых/Rн=5/50=0,1. (2.2)

Выходная мощность: <img src="/cache/referats/4711/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

Рисунок 2.1. — Схемаоконечного некорректированного каскада.

Ток наколлекторе транзистора определяется из выражения:

<img src="/cache/referats/4711/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> (2.3)

Так как остаточное напряжение выбирается 2-3 В,возьмём Uост=2 В.

Uкэ0– напряжение рабочей точки

Iк0– ток рабочей точки.

Таким образом, рабочая точка:<img src="/cache/referats/4711/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1028">

Найдём напряжение питания:

Еп=Uкэ0 +Rк×

Iк0=7+50×0,22=18 В. (2.4)

Построим нагрузочные прямые:

Рисунок 2.2. – Нагрузочныепрямые

На рисунке 3.2. i(u) — нагрузочная прямая попостоянному току (красная)

y(u) — нагрузочная прямая по переменному току (синяя)

Сопротивление по переменному току:

<img src="/cache/referats/4711/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> (2.5)

Амплитуда выходного напряжения:

D

Uвых=Iк0×Rн/2=0,22×25=5,5 В. (2.6)

Рассчитаеммощность:

Pпотр=Iк0×

Eп=0,22×18=3,96 Вт (2.7а)

Pрас=Iк0×

Uкэ0=0,22×7=1,54 Вт. (2.7б)

2). Вместосопротивления коллектора поставим дроссель (Rк– дроссельLк).

Рисунок 2.3. — Схема оконечного дроссельного каскада.

В данномслучае Еп=Uкэ0=7 В, таккак на коллекторе нет активного сопротивления.

Построимнагрузочные прямые для этого случая.

Iк0×

Rн=0,11×50=5,5В.

Рисунок 2.4. – Нагрузочныепрямые

На рисунке 3.4. z(u) — нагрузочная прямая попостоянному току (красная)

U=7- нагрузочная прямая по переменному току (пунктирная)

По формулам (2.7а) и (2.7б) рассчитаем мощность:

Pпотр=0,11×

7=0,77 Вт

Pрас=0,11×

7=0,77 Вт.

Сравним этикаскады:

Таблица 2.1– сравнение каскадов

Еп , В

Ррасс , Вт

Рпотр, Вт

Iк0 , А

Uкэ0 , В

Rк=Rн

1,54

3,96

0,22

Rк – Др.

0,77

0,11

Так какнапряжение питания и мощности дроссельного каскада меньше, чем у каскада с Rк = Rн, товозьмём каскад с дросселем на коллекторе.

2.3.2.Выбор транзистора

Выбортранзистора осуществляется исходя из условий:

Iк.доп >1,2×

Iк0

Uкэ.доп >1,2×

Uкэ0

Pк.доп >1,2×

Pк0

fт»

3¼10×fв,

где индекс“доп” означает максимально допустимое значение,

Iк– токколлектора,

Uкэ–напряжение между коллектором и эмиттером,

Pк–мощность, рассеиваемая на коллекторе,

fв– верхняячастота.

Подставимчисленные значения:

Iк.доп >0,132 А

Uкэ.доп >8,4 В

Pк.доп >0,924Вт

fт»

600¼2000 МГц

Исходя из этих требований, выберем вкачестве выходного транзистора транзистор КТ939А. Электрические параметрытранзистора КТ939А [1]:

Статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОЭ (типовое значение):

b

=113

Граничнаячастота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ при Uкэ=12В, Iк=200мА:

fТ=3060МГц

Ёмкостьколлекторного перехода при Uкб=12В:

СUкэ=3,9пФ

Постояннаявремени цепи ОС на ВЧ при Uк=10В, Iэ=50мА, f=30МГц:

t

с=4,6пФ

Предельныеэксплуатационные данные транзистора КТ939:

Постояннаярассеиваемая мощность коллектора

Рк=4Вт

Рабочаяточка:

Iк0=0,11 А

Uкэ0=7 В

Eп=7 В

2.3.3.Расчёт эквивалентных схем транзистора

В данномпункте рассчитываются эквивалентные схемы транзистора, низкочастотная — схемаДжиаколетто и высокочастотная – однонаправленная модель.

1). СхемаДжиаколетто [2]

а). Сначаланайдём Сuкэ , чтобы найти Rб.

Так как всправочнике Сuкэнайденапри напряжении 12 В, а нам необходима при 10 В, то используем такую формулу:

<img src="/cache/referats/4711/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> (2.8)

где СUкк1– ёмкостьколлектор-эмиттерного перехода, рассчитанная при Uкэ1,

Uкэ2– напряжение, при котором необходимо найти СUкк2.

Подставимчисленные значения в формулу (2.8):

Теперь найдём Rбпоформуле:

<img src="/cache/referats/4711/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> (2.9)

Подставимчисленные значения:

б).Сопротивление эмиттера

<img src="/cache/referats/4711/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> (2.10)

Здесь Iэ– в мили Амперах.

в).Проводимость база-эмиттер

<img src="/cache/referats/4711/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1040">-1. (2.11)

г). Ёмкостьэмиттерного перехода

<img src="/cache/referats/4711/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1041"> (2.12)

д).Крутизна

<img src="/cache/referats/4711/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> (2.13)

<img src="/cache/referats/4711/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> (2.14)

е).

<img src="/cache/referats/4711/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1044"> (2.15)

ж). Всоответствии с формулой (2.8):

Элементысхемы Джиаколетто:

gб=0,934 Ом-1

gбэ=16,8×

10-3Ом-1

gi=13,3×

10-3Ом-1

Cэ=100 пФ

Ск=5,1 пФ

Рисунок 2.5 — Эквивалентная схема Джиаколетто

2).Однонаправленная модель[3]

Lвх=Lэ+Lб=0,2+1=1,2нГн

Rвх=rб=1,07 Ом

Rвых=Ri=gi–1=75,2

Свых=Ск=5,1 пФ

G12ном=(fmax/fтек)2=(3060/200)2=15,32=234,09

Рисунок 2.6 — Однонаправленная модель

2.3.4.Расчет цепей питания и термостабилизации

1).Эмиттерная термостабилизация[4]

Найдёммощность, рассеиваемую на Rэ:

Рабочая точка: Iк0=0,11 А

Uкэ0=7 В

Для эффективной термостабилизации падение напряжения на Rэдолжнобыть порядка 3-5В. Возьмём Uэ=3В. Тогдамощность, рассеиваемая на Rэопределяемаявыражением (2.16), равна:

PRэ=Iк0×

Uэ=0,11×3=0,33 Вт. (2.16)

Рисунок 2.7 — Схема оконечного каскада с эмиттернойтермостабилизацией

Найдёмнеобходимое Еп для даннойсхемы:

Еп=URэ+ Uкэ0+ URк=3+7+0=10В. (2.17)

Рассчитаем Rэ, Rб1, Rб2:

<img src="/cache/referats/4711/image050.gif" v:shapes="_x0000_i1049"> (2.18)

<img src="/cache/referats/4711/image052.gif" v:shapes="_x0000_i1050"> мА, (2.19)

токбазового делителя:

Iд=10×

Iб=9,73 мА, (2.20)

<img src="/cache/referats/4711/image054.gif" v:shapes="_x0000_i1051"> Ом, (2.21)

<img src="/cache/referats/4711/image056.gif" v:shapes="_x0000_i1052"> Ом. (2.22)

Найдём Lк, исходя изусловий, что на нижней частоте полосы пропускания её сопротивление много большесопротивления нагрузки. В нашем случае:

<img src="/cache/referats/4711/image058.gif" v:shapes="_x0000_i1053"> (2.23)

2).Активная коллекторная термостабилизация [4]

Рисунок 2.8 – Схема активной коллекторной стабилизации

Напряжение UR4выбираетсяиз условия: <img src="/cache/referats/4711/image062.gif" v:shapes="_x0000_i1055"><img src="/cache/referats/4711/image064.gif" v:shapes="_x0000_i1056">

Возьмём UR4=1,5 В.

Рассчитаеммощность, рассеиваемую на R4:

PR4=UR4×

IК02=1,5×0,11=0,165 Вт. (2.24)

Найдём ЕП:

ЕП=Uкэ 02+UR4=7+1,5=8,5 В, (2.25)

где Uкэ 02–напряжение в рабочей точке второго транзистора.

<img src="/cache/referats/4711/image066.gif" v:shapes="_x0000_i1057"> Ом (2.26)

Первыйтранзистор выбирается исходя из условия, что статический коэффициент передачитока базы b

01=50¸100.

Примем b

01=75.

Ток базывторого транзистора находится по формуле (2.19):

<img src="/cache/referats/4711/image068.gif" v:shapes="_x0000_i1058"> мА.

<img src="/cache/referats/4711/image070.gif" v:shapes="_x0000_i1059"> В. (2.27)

<img src="/cache/referats/4711/image072.gif" v:shapes="_x0000_i1060"> кОм. (2.28)

Всоответствии с формулой (2.19):

Токбазового делителя первого транзистора рассчитывается поформуле (2.20):

Iд1=10×

Iб1=10×19,5×10-6=0,195мА.

<img src="/cache/referats/4711/image076.gif" v:shapes="_x0000_i1062"> кОм. (2.29)

<img src="/cache/referats/4711/image078.gif" v:shapes="_x0000_i1063"> кОм. (2.30)

Так какусилитель маломощный, то возьмём эмиттерную термостабилизацию.

2.3.5.Расчёт выходной корректирующей цепи

Рисунок 2.9 — Выходная корректирующая цепь

Нормировкаэлементов производится по формулам (2.31):

<img src="/cache/referats/4711/image082.gif" v:shapes="_x0000_i1065"> (2.31)

где Rнори wнор–сопротивление и частота, относительно которых производится нормировка,

L, C, R– значениянормируемых элементов

Lн, Cн, Rн–нормированные значения.

Нормируем Свых (относительно Rни wв) всоответствии с (2.31)

СвыхН=Свых×

Rн×wв=5,1×10-12×50×2p×200×106=0,32

В таблице7.1 [4] находим нормированные значения L1и С1,соответствующие найденному СвыхН.Ближайшее значение СвыхН=0,285,ему соответствуют:

С1Н=0,3

L1Н=0,547

n

=1,002.

Денормированиеэлементов производится по следующим формулам:

<img src="/cache/referats/4711/image084.gif" v:shapes="_x0000_i1066"> (2.32)

По (2.32)разнормируем С1Н и L1Н:

<img src="/cache/referats/4711/image086.gif" v:shapes="_x0000_i1067"> нГн,

Найдёмощущаемое сопротивление транзистора:

Rощ=Rн/n

=50/1,002=49,9Ом (2.33)

2.3.6.Расчёт межкаскадной корректирующей цепи

Чтобыобеспечить подъём АЧХ, воспользуемся межкаскадной корректирующей цепьючетвертого порядка [5].

Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 3.9.

Рисунок 2.10 — Каскад с межкаскадной корректирующейцепью четвёртого порядка.

По заданиюнеобходимо осуществить подъём АЧХ на 5 дБ.

Так какнеравномерность АЧХ всего устройства составляет ±

1,5дБ, а число каскадовравно трём, то на каждый каскад приходится неравномерность АЧХ=±0,5дБ.

Нормированныезначения элементов корректирующей цепи взяты из таблицы 9.1, исходя из заданныхчастотных искажений [5].

Так кактранзистор биполярный, то его входная ёмкость Свх=¥

Рассчитаемнормированное значение выходной ёмкости первого транзистора (Свых1) по формуле (2.31).

Здесьнормируем относительно выходного сопротивления промежуточного (первого)транзистора и верхней частоты.

Свых1Н=Свых1×

Rвых1×2pfв=5,1×10-12×75,2×2p×200×106=0,482

Найдёмэлементы коррекции с учетом Свых1Н:

<img src="/cache/referats/4711/image102.gif" v:shapes="_x0000_i1075"> (2.34)

<img src="/cache/referats/4711/image104.gif" v:shapes="_x0000_i1076"> (2.35)

<img src="/cache/referats/4711/image106.gif" v:shapes="_x0000_i1077"> (2.36)

<img src="/cache/referats/4711/image108.gif" v:shapes="_x0000_i1078"> (2.37)

<img src="/cache/referats/4711/image110.gif" v:shapes="_x0000_i1079"> (2.38)

<img src="/cache/referats/4711/image112.gif" v:shapes="_x0000_i1080"> (2.39)

Разнормируемэлементы коррекции в соответствии с (2.32):

<img src="/cache/referats/4711/image114.gif" v:shapes="_x0000_i1081"> нГн

<img src="/cache/referats/4711/image116.gif" v:shapes="_x0000_i1082"> Ом

<img src="/cache/referats/4711/image118.gif" v:shapes="_x0000_i1083"> пФ

<img src="/cache/referats/4711/image120.gif" v:shapes="_x0000_i1084"> пФ

<img src="/cache/referats/4711/image122.gif" v:shapes="_x0000_i1085"> нГн.

Найдёмкоэффициент усиления выходного каскада:

<img src="/cache/referats/4711/image124.gif" v:shapes="_x0000_i1086"> (2.40)

где Rвх.н– входноесопротивление оконечного транзистора, нормированное относительно выходногосопротивления предоконечного транзистора,

Gном12–коэффициент усиления транзистора, находится по формуле (2.41)

<img src="/cache/referats/4711/image126.gif" v:shapes="_x0000_i1087"> (2.41)

fмах–максимальная частота транзистора,

fв– верхняячастота заданной полосы пропускания.

Подставим вформулу (2.40), и получим:

2.4. Выборвходного транзистора

Транзисторвходного каскада должен иметь такую же полосу частот, но, так как выходнойкаскад даёт достаточно высокий коэффициент усиления, то коэффициент усилениявходного транзистора можно взять поменьше, чем у транзистора выходного ипредоконечного каскадов [1].

Электрические параметры транзистора 2Т911А:

Коэффициентусиления по мощности при Uкэ=28В, Тк£

40°С, на частоте f=1,8ГГц приРвых=0,8Вт:

Gном1,2=2

Статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОЭ при Uкэ=5В, Iэ=200мА(типовое значение):

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Sym

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Усилитель генератора с емкостным выходом

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике