Реферат: Усилитель мощности для 1-12 каналов TV

Министерствообразования Российской Федерации

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ ИРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защитыинформации (РЗИ)

Усилитель мощности для 1-12каналов TV

Пояснительнаязаписка к курсовому

проектупо дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств»

Выполнил

студент гр.148-3

______Далматов В.Н.

Проверил

преподаватель каф. РЗИ

______Титов А.А.

2001

Содержание

1.Введение..........................................................................................3

2.Техническое задание......................................................................4

3.Расчётная часть…...........................................................................5

3.1 Определение числакаскадов ...........................................…..5

3.2 Распределение линейныхискажений в области ВЧ ........….5

3.3 Расчёт выходногокаскада……………………………............5

3.3.1 Выбор рабочейточки...................................................5

3.3.2 Выбор транзистора...................................................…9

3.3.3 Расчёт эквивалентнойсхемы транзистора…...........10

3.3.4 Расчёт цепейтермостабилизации…...………..........12

3.4 Расчёт входного каскадапо постоянному току………..…..16

3.4.1 Выбор рабочейточки……………………….............16

3.4.2 Выбортранзистора………………………….............16

3.4.3 Расчёт эквивалентнойсхемы транзистора…...........17

3.4.4 Расчёт цепейтермостабилизации.…………............17

3.5 Расчёт корректирующихцепей……………………..............18

3.5.1 Выходнаякорректирующая цепь………….............18

3.5.2 Расчёт межкаскаднойКЦ……………………..........19

3.5.3 Расчёт входной КЦ…………………………............22

3.6 Расчётразделительных и блокировочных ёмкостей………………………………………...…...............24

4 Заключение…………………………………………….…………26

5 Приложение А……………………………………………………27

6 Приложение Б…………………………………………………….29

Список использованных источников……………………………..30

1. Введение

В даннойкурсовой работе требуется рассчитать усилитель мощности для 1-12 каналов TV. Этот усилительпредназначен для усиления сигнала на передающей станции, что необходимо длянормальной работы TV-приёмника,которого обслуживает эта станция. Так как мощность у него средняя(5 Вт), топрименяется он соответственно на небольшие расстояния(в районе деревни,небольшого города).В качестве источника усиливаемого сигнала может служитьвидеомагнитофон, сигнал принятый антенной ДМВ и преобразованный в МВ диапазон.Так как усиливаемый сигнал несёт информацию об изображении, то для получения хорошего качестваизображения на TV-приёмникена усилитель налагаются следующие требования: равномерное усиление во всём диапазоне частот и при этом иметьдостаточную мощность и требуемый коэффициент усиления. С экономической точкизрения должен обладать максимальным КПД.

Достижениетребуемой мощности даёт использование схемы каскада со сложениемнапряжения. Для коррекции АЧХ усилителяиспользуются разные приёмы:введение отрицательных обратных связей, применение межкаскадных корректирующихцепей. Так как проектируемый усилитель является усилителем мощности то введениеОС влечёт за собой потерю мощности в цепях ОС что снижает КПД и следовательноприменять её в данном усилителе не целесообразно. Применение межкаскадныхкорректирующих цепей(МКЦ) значительно повышает КПД. В данном усилителеиспользуется МКЦ 3-го порядка, так как она обладает хорошими частотнымисвойствами.

2. Техническое задание

Усилительдолжен отвечать следующим требованиям:

1.

2.

в области нижних частот не более 2 дБ

в области верхних частот не более 2 дБ

3.

4.

Pвых=5 Вт

5.

Rг=Rн=75 Ом

3. Расчётная часть

3.1 Определение числа каскадов.

При выборечисла каскадов примем во внимание то, что у мощного усилителя один каскад собщим эмиттером позволяет получать усиление до 6 дБ, а так как нужно получить15 дБ оптимальное число каскадов данного усилителя равно трём, тогда, в общем,усилитель будет иметь коэффициент усилния 18 дБ (запас 3 дБ).

3.2 Распределение линейных искажений в

области ВЧ

Расчётусилителя будем проводить исходя из того, что искажения распределены междукаскадами равномерно, а так как всего три каскада и общая неравномерностьдолжна быть не больше 2 дБ, то на каждый каскад приходится по 0,7 дБ.

3.3

Расчёт выходного каскада

3.3.1 Выбор рабочей точки

Для расчётарабочей точки следует найти исходные параметры Iвых иUвых, которые определяются по формулам:

Для каскадасо сложением напряжений будут справедливы те же формулы , но нагрузка ощущаемая каждымтранзистором будет составлять половину Rн и мощность каждого транзистора будет равна половинеисходной мощности. Тогда исходные параметры примут следующие значения:

Выберем, покакой схеме будет выполнен каскад: с дроссельной нагрузкой, резистивной нагрузкой илипо схеме со сложением напряжений. Рассмотрим эти схемы и выберем ту, которуюнаиболее целесообразно применить.

А) Расчёткаскада с резистивной нагрузкой:

Схема каскадапредставлена на рисунке 3.3.1

Рисунок3.3.1 Схема каскада с резистивной нагрузкой

где Uост – остаточноенапряжение на коллекторе и при расчёте берут равнымUост=(1~3)В. Тогда:

Напряжениепитания выбирается равным <img src="/cache/referats/9566/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> на <img src="/cache/referats/9566/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1034">:

UК

IК

0.4

0.8

1.2

<img src="/cache/referats/9566/image025.gif" v:shapes="_x0000_s1171 _x0000_s1099 _x0000_s1100 _x0000_s1103 _x0000_s1104 _x0000_s1105 _x0000_s1106 _x0000_s1108 _x0000_s1111 _x0000_s1112 _x0000_s1113 _x0000_s1114 _x0000_s1115 _x0000_s1116">
Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они приведены нарисунке 3.3.2.

<img src="/cache/referats/9566/image026.gif" v:shapes="_x0000_s1151"> <img src="/cache/referats/9566/image027.gif" v:shapes="_x0000_s1150">
<img src="/cache/referats/9566/image028.gif" v:shapes="_x0000_s1037"><img src="/cache/referats/9566/image028.gif" v:shapes="_x0000_s1036">Рисунок3.3.2. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току

Произведёмрасчет мощностей:потребляемой и рассеиваемой на коллекторе, используя следующие формулы:

Б) Расчётдроссельного каскада:

Схема дросеельного каскадапредставлена на рисунке 3.3.3.

Рисунок 3.3.3. Схема дроссельногокаскада.

IК

0.8

0.4

UКЭ

<img src="/cache/referats/9566/image040.gif" v:shapes="_x0000_s1173 _x0000_s1125 _x0000_s1126 _x0000_s1127 _x0000_s1172 _x0000_s1119 _x0000_s1120 _x0000_s1121 _x0000_s1122 _x0000_s1123 _x0000_s1124 _x0000_s1128 _x0000_s1129">
Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они представленына рисунке 3.3.4.

<img src="/cache/referats/9566/image041.gif" v:shapes="_x0000_s1130"> <img src="/cache/referats/9566/image042.gif" v:shapes="_x0000_s1131">
Рисунок3.3.4 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Произведём расчёт мощности :

Каскад сдроссельной нагрузкой имеет лучшие параметры по сравнению с каскадом срезистивной нагрузкой. Это и меньшее напряжение питания, и меньшая рассеиваемаятранзистором мощность, однако, не удается найти транзистор который бы выдавалнеобходимую на нагрузку мощность (по заданию 5 Вт) в заданной полосе частот(49-230 МГц).Поэтому рассчитаем каскад со сложением напряжений. В схеме сосложением напряжений, мощности, выдаваемые двумя транзисторами, складываются нанагрузке. То есть каждый транзистор должен отдавать лишь половину необходимойна нагрузке мощности.

В)Расчёт каскада со сложением напряжений:

Схема каскада со сложениемнапряжений представлена на рисунке 3.3.5.

Рисунок 3.3.5. Схема каскада со сложениемнапряжений.

Uкэ

Iк

0.8

0.4

<img src="/cache/referats/9566/image053.gif" v:shapes="_x0000_s1176 _x0000_s1141 _x0000_s1175 _x0000_s1164 _x0000_s1174 _x0000_s1140 _x0000_s1142 _x0000_s1144 _x0000_s1145 _x0000_s1147 _x0000_s1162 _x0000_s1163 _x0000_s1165 _x0000_s1167 _x0000_s1169 _x0000_s1170">
Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они представленына рисунке 3.3.6.

Рисунок 3.3.6 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменномутоку.

Произведёмрасчёт мощности :

Для удобствасравнения каскадов составим таблицу в которую занесем напряжение питаниякаскадов, потребляемую и рассеиваемую ими мощности, а так же напряжениеколлектор-эммитер и ток коллектора.

Табл.3.3.1 характеристики каскадов

каскад

резистивный

дроссельный

со сложением напряжений

EП

PРАС

Вт

PПОТ

Вт

IK0

UK0

0.4

Анализируяполученные результаты представленные в таблице 3.3.1 можно прийти к выводу, чтоцелесообразней использовать схему каскада со сложением напряжений, так какзначительно снижаются потребляемая мощность и величина питающего напряжения.Так же выбор каскада со сложениемнапряжений обусловлен большой полосой пропускания, по заданию от 49МГц до230МГц, и достаточно большой выходной мощностью – 5 Вт. При выборе другогокаскада, резестивного или дроссельного, возникают проблемы с выборомтранзистора, тогда как каскад со сложением напряжений позволяет достич заданныетребования.

3.3.2 Выбортранзистора

Выбортранзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров:

1.

<img src="/cache/referats/9566/image060.gif" v:shapes="_x0000_i1050">;

2.

3.

4.

Этимтребованиям полностью соответствует транзистор КТ934Б. Его основные техническиехарактеристики приведены ниже.[1]

Электрическиепараметры:

1.

2.

при <img src="/cache/referats/9566/image070.gif" v:shapes="_x0000_i1055"> В <img src="/cache/referats/9566/image072.gif" v:shapes="_x0000_i1056">

3.

4.

5.

6.

Предельныеэксплуатационные данные:

1.

2.

3.

<img src="/cache/referats/9566/image088.gif" v:shapes="_x0000_i1064"> Вт;

3.3.3 Расчёт эквивалентнойсхемы транзистора

Существуетмного разных моделей транзистора. В данной работе произведён расчёт моделей: схемы Джиаколетто иоднонаправленной модели на ВЧ.

В соответствии с [2, 3,], приведенные ниже соотношения длярасчета усилительных каскадов основаны на использовании эквивалентной схемызамещения транзистора приведенной на рисунке 3.3.7, либо на использовании егооднонаправленной модели [2, 3] приведеннойна рисунке 3.3.8

А) Расчёт схемы Джиаколетто:

СхемаДжиаколетто представлена на рисунке 3.3.7.

Рисунок3.3.7 Схема Джиаколетто.

Найдем при помощипостоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода поформуле:

<img src="/cache/referats/9566/image092.gif" v:shapes="_x0000_i1066"><img src="/cache/referats/9566/image094.gif" v:shapes="_x0000_i1067"> (2.9)

При чём <img src="/cache/referats/9566/image096.gif" v:shapes="_x0000_i1068"> и <img src="/cache/referats/9566/image098.gif" v:shapes="_x0000_i1069"> доложны быть измереныпри одном напряжении Uкэ. А так как справочныеданные приведены при разных напряжниях, необходимо воспользоваться формулойперехода, котоая позволяет вычислить <img src="/cache/referats/9566/image098.gif" v:shapes="_x0000_i1070"> при любом значениинапряжения Uкэ:

<img src="/cache/referats/9566/image100.gif" v:shapes="_x0000_i1071"> (2.10)

в нашем случае:

Подставимполученное значение в формулу :

Найдем значения остальных элементов схемы:

<img src="/cache/referats/9566/image108.gif" v:shapes="_x0000_i1075"> (2.11)

<img src="/cache/referats/9566/image110.gif" v:shapes="_x0000_i1076"> – сопротивлениеэмиттеного перехода транзистора

Тогда <img src="/cache/referats/9566/image112.gif" v:shapes="_x0000_i1077">

Емкость эмиттерногоперехода: <img src="/cache/referats/9566/image114.gif" v:shapes="_x0000_i1078">

Выходноесопртивление транзистора:

<img src="/cache/referats/9566/image116.gif" v:shapes="_x0000_i1079"> (2.12)

<img src="/cache/referats/9566/image118.gif" v:shapes="_x0000_i1080"> (2.13)

Б) Расчётоднонаправленной модели на ВЧ:

Схемаоднонаправленной модели на ВЧ представлена на рисунке 3.3.8 Описание такоймодели можно найти в [3].

Рисунок 3.3.8однонаправленная модель транзистора

Параметры эквивалентной схемырассчитываются по приведённым ниже формулам.

Входная индуктивность:

<img src="/cache/referats/9566/image124.gif" v:shapes="_x0000_i1083">,

где <img src="/cache/referats/9566/image126.gif" v:shapes="_x0000_i1084">

Входное сопротивление:

<img src="/cache/referats/9566/image128.gif" v:shapes="_x0000_i1085"> (3.3.4)

Выходное сопротивление имееттакое же значение, как и в схеме Джиаколетто:

<img src="/cache/referats/9566/image130.gif" v:shapes="_x0000_i1086">.

Выходная ёмкость- это значениеёмкости <img src="/cache/referats/9566/image132.gif" v:shapes="_x0000_i1087"> вычисленное в рабочейточке:

3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации

При расчётецепей термостабилизации нужно для начала выбрать вариант схемы. Существуетнесколько вариантов схем термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная. Ихиспользование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требованияк термостабильности. Рассмотрим эти схемы.

3.3.4.1 Эмиттернаятермостабилизация

Эмитернаястабилизация применяется в основном в маломощных каскадах и является достачнопростой в расчёте и при этом эффективной. Схема эмиттерной термостабилизацииприведена на рисунке 3.3.9. Метод расчёта и анализа эмиттернойтермостабилизации подробно описан в [4].

Рисунок 3.3.9 эммитерная термостабилизация

Расчётпроизводится по следующей схеме:

1.Выбираютсянапряжение эмиттера <img src="/cache/referats/9566/image138.gif" v:shapes="_x0000_i1090"> и ток делителя <img src="/cache/referats/9566/image140.gif" v:shapes="_x0000_i1091"><img src="/cache/referats/9566/image142.gif" v:shapes="_x0000_i1092">

2. Затемрассчитываются <img src="/cache/referats/9566/image144.gif" v:shapes="_x0000_i1093">

Напряжениеэмиттера <img src="/cache/referats/9566/image138.gif" v:shapes="_x0000_i1094"> выбирается равным <img src="/cache/referats/9566/image146.gif" v:shapes="_x0000_i1095"><img src="/cache/referats/9566/image140.gif" v:shapes="_x0000_i1096"> выбирается равным <img src="/cache/referats/9566/image148.gif" v:shapes="_x0000_i1097"><img src="/cache/referats/9566/image150.gif" v:shapes="_x0000_i1098">:

<img src="/cache/referats/9566/image154.gif" v:shapes="_x0000_i1100"> А

Учитывая то,что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питаниярассчитывается по формуле <img src="/cache/referats/9566/image156.gif" v:shapes="_x0000_i1101">

<img src="/cache/referats/9566/image158.gif" v:shapes="_x0000_i1102"> Ом;

<img src="/cache/referats/9566/image160.gif" v:shapes="_x0000_i1103"> Ом;

<img src="/cache/referats/9566/image162.gif" v:shapes="_x0000_i1104"> Ом;

3.3.4.2 Активнаяколлекторная термостабилизация

Активнаяколлекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и являетсядостаточно эффективной, её схема представлена на рисунке 3.3.10. Её описание ирасчёт можно найти в [5].

Рисунок 3.3.10 Схема активной коллекторнойтермостабилизации.

В качестве VT1 возьмём КТ814А. Выбираемпадение напряжения на резисторе <img src="/cache/referats/9566/image166.gif" v:shapes="_x0000_i1106"> из условия <img src="/cache/referats/9566/image168.gif" v:shapes="_x0000_i1107"><img src="/cache/referats/9566/image170.gif" v:shapes="_x0000_i1108"><img src="/cache/referats/9566/image172.gif" v:shapes="_x0000_i1109">

<img src="/cache/referats/9566/image174.gif" v:shapes="_x0000_i1110">; (3.3.11)

<img src="/cache/referats/9566/image176.gif" v:shapes="_x0000_i1111">; (3.3.12)

<img src="/cache/referats/9566/image178.gif" v:shapes="_x0000_i1112">; (3.3.13)

<img src="/cache/referats/9566/image180.gif" v:shapes="_x0000_i1113">; (3.3.14)

<img src="/cache/referats/9566/image182.gif" v:shapes="_x0000_i1114">, (3.3.15)

где <img src="/cache/referats/9566/image184.gif" v:shapes="_x0000_i1115"> – статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ814;

<img src="/cache/referats/9566/image186.gif" v:shapes="_x0000_i1116"> (3.3.16)

<img src="/cache/referats/9566/image188.gif" v:shapes="_x0000_i1117">; (3.3.17)

<img src="/cache/referats/9566/image190.gif" v:shapes="_x0000_i1118">. (3.3.18)

Получаемследующие значения:

<img src="/cache/referats/9566/image192.gif" v:shapes="_x0000_i1119">Ом;

<img src="/cache/referats/9566/image194.gif" v:shapes="_x0000_i1120">мА;

<img src="/cache/referats/9566/image196.gif" v:shapes="_x0000_i1121">В;

<img src="/cache/referats/9566/image198.gif" v:shapes="_x0000_i1122">А;

<img src="/cache/referats/9566/image202.gif" v:shapes="_x0000_i1124">Ом;

<img src="/cache/referats/9566/image204.gif" v:shapes="_x0000_i1125">Ом.

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

3.3.4.3 Пассивнаяколлекторная термостабилизация

Наиболее экономичной и простейшейиз всех схем термостабилизации является коллекторная стабилизация. Стабилизацияположения точки покоя осуществляется отрицательной параллельной обратной связьюпо напряжению, снимаемой с коллектора транзистора. Схема коллекторнойстабилизации представлена на рисунке 3.3.11.

Рисунок 3.3.11 Схема пассивной коллекторнойтермостабилизации

Рассчитаем основные элементы схемы по следующимформулам:

Выберем напряжение URк=5Ви рассчитаем значениесопротивления Rк.

<img src="/cache/referats/9566/image214.gif" v:shapes="_x0000_s1086 _x0000_s1087 _x0000_s1088">
Зная базовый ток рассчитаем сопротивление Rб

Определимрассеиваемую мощность на резисторе Rк

<img src="/cache/referats/9566/image216.gif" v:shapes="_x0000_s1089">
Как было сказано выше, эмиттерную термостабилизацию в мощных каскадахприменять “невыгодно” так как на резисторе, включённом вцепь эмиттера, расходуется большая мощность. В нашем случае лучше выбратьактивную коллекторную стабилизацию.

3.4

Расчёт входного каскада

3.4.1 Выбор рабочей точки

При расчётережима предоконечного каскада условимся, что питание всех каскадовосуществляется от одного источника напряжения с номинальным значением Eп. Так как Eп=Uк0, тосоответственно Uк0во всех каскадах берётся одинаковое, тоесть Uк0(предоконечногок.)=Uк0(выходногок). Мощность, генерируемаяпредоконечным каскадом должна быть в коэффициент усиления выходного каскадавместе с МКЦ(S210)раз меньше, следовательно, и Iк0, будет во столько же раз меньше. Исходя извышесказанного координаты рабочей точки примут следующие значения: Uк0=15 В; Iко=0.4/2.058= 0.19 А. Мощность, рассеиваемая на коллектореPк=Uк0Iк0=2.85 Вт.

3.4.2 Выбор транзистора

Выбортранзистора был произведён в пункте 3.3.5.2 Выбор входного транзистораосуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этимтребованиям отвечает транзистор КТ913А. Его основные технические характеристикиприведены ниже.[1]

Электрическиепараметры:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Предельныеэксплуатационные данные:

1.

2.

3.4.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора

Эквивалентнаясхема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.3. Расчёт еёэлементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.

3.4.4 Расчёт цепи термостабилизации

Для входногокаскада также выбрана активная коллекторная термостабилизация.

В качестве VT1 возьмём КТ814А. Выбираемпадение напряжения на резисторе <img src="/cache/referats/9566/image166.gif" v:shapes="_x0000_i1142"> из условия <img src="/cache/referats/9566/image168.gif" v:shapes="_x0000_i1143"><img src="/cache/referats/9566/image170.gif" v:shapes="_x0000_i1144"><img src="/cache/referats/9566/image172.gif" v:shapes="_x0000_i1145">

<img src="/cache/referats/9566/image174.gif" v:shapes="_x0000_i1146">; (3.3.11)

<img src="/cache/referats/9566/image176.gif" v:shapes="_x0000_i1147">; (3.3.12)

<img src="/cache/referats/9566/image178.gif" v:shapes="_x0000_i1148">; (3.3.13)

<img src="/cache/referats/9566/image180.gif" v:shapes="_x0000_i1149">; (3.3.14)

<img src="/cache/referats/9566/image182.gif" v:shapes="_x0000_i1150">, (3.3.15)

где <img src="/cache/referats/9566/image184.gif" v:shapes="_x0000_i1151"> – статическийкоэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ814;

<img src="/cache/referats/9566/image186.gif" v:shapes="_x0000_i1152"> (3.3.16)

<img src="/cache/referats/9566/image246.gif" v:shapes="_x0000_i1153">; (3.3.17)

<img src="/cache/referats/9566/image248.gif" v:shapes="_x0000_i1154">. (3.3.18)

Получаемследующие значения:

<img src="/cache/referats/9566/image250.gif" v:shapes="_x0000_i1155">Ом;

<img src="/cache/referats/9566/image252.gif" v:shapes="_x0000_i1156">мА;

<img src="/cache/referats/9566/image196.gif" v:shapes="_x0000_i1157">В;

<img src="/cache/referats/9566/image254.gif" v:shapes="_x0000_i1158">А;

<img src="/cache/referats/9566/image258.gif" v:shapes="_x0000_i1160">Ом;

<img src="/cache/referats/9566/image260.gif" v:shapes="_x0000_i1161">кОм

3.5 Расчёт корректирующихцепей

3.5.1 Расчёт выходной корректирующей цепи

Расчёт всехКЦ производится в соответствии с методикой описанной в [2]. Схема выходнойкорректирующей цепи представлена на рисунке 3.12

Рисунок 3.3.12Схема выходной корректирующей цепи

Выходнуюкорректирующую цепь можно рассчитать с использованием методики Фано, котораяподробно описана в методическом пособии [2].Зная Свых и fв можно рассчитать элементы L1 и C1</span

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Туннелирование в микроэлектронике

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Теория электрических цепей

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Определение параметров p-n перехода

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Техническое обслуживание и эксплуатация электрического и электромеханического оборудования

29 Августа 2013