Реферат: Усилитель широкополосный

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТОМСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники изащиты информации

(РЗИ)

УСИЛИТЕЛЬШИРОКОПОЛОСНЫЙ

Пояснительная записка к курсовому проекту подисциплине

“Схемотехника аналоговых электронных устройств"

РТФ КП.468731.001 ПЗ

Выполнил

студентгр. 142-1:

_______Б. В. Храмцов

_______марта 2005г.

Проверил

Доктортехнических наук, профессор каф. РЗИ:

_______А.А. Титов

_______марта 2005г.

Томск 2005

РЕФЕРАТ

Курсовая работа 31 с., 21 рис, 1 табл., 4 источника.

УСИЛИТЕЛЬМОЩНОСТИ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, РАБОЧАЯ ТОЧКА, ВЫБОР ТРАНЗИСТОРА, СХЕМЫТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ ТРАНЗИСТОРА, ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМАДЖИАКОЛЕТТО, ДРОССЕЛЬНЫЙ КАСКАД.

Объектомисследования является широкополосный усилитель мощности.

В даннойкурсовой работе рассматриваются условия выбора транзистора, методы расчетаусилительных каскадов, корректирующих цепей, цепей термостабилизации.

Цель работы– приобрести навыки расчета транзисторных усилителей мощности.

В результатеработы был рассчитан широкополосный усилитель мощности, который можетиспользоваться в качестве усилителямощности стандартных сигналов, а также в качестве усилителя, применяющегося длякалибровки усилителей мощности телевизионных передатчиков.

Курсоваяработа выполнена в текстовом редакторе MicrosoftWorld2003, с использованием графического редактора PAINTи представлена на дискете <st1:metricconverter ProductID=«3,5”» w:st=«on»>3,5”</st1:metricconverter>.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

2. Расчет структурной схемы усилителя

2.1 Определение числа каскадов

2.2 Распределение искажений по каскадам

3. Расчет оконечного каскада

3.1 Расчет требуемого режима транзистора

3.1.1 Расчет параметров резистивного каскада

3.1.2 Расчет дроссельного каскада

3.2 Выбор транзистора

3.3 Расчет и выбор схемы термостабилизации

3.3.1 Эмиттерная термостабилизация

3.3.2 Пассивная коллекторная термостабилизация

3.3.3 Активная коллекторная термостабилизация

3.4 Расчет эквивалентной схемы замещения

3.5 Переход к однонаправленной модели транзистора

4. Расчет промежуточного каскада

4.1 Расчет рабочей точки для промежуточного каскада

4.2 Выбор транзистора для промежуточного каскада

4.3 Расчет эквивалентных схем замещения

4.4 Расчет эмиттерной термостабилизации

4.5 Переход к однонаправленной модели транзистора

4.6 Расчет промежуточного каскада с эмиттерной коррекцией

5. Искажения, вносимые входной цепью

6. Расчет результирующей характеристики

7. Заключение

Список использованных источников

РТФ КП.468.731.001.ПЗ Схема электрическая принципиальная

РТФ КП.468.731.001.ПЗ Перечень использованных элементов

РТФ КП 468731.001 П3

Изм.

Лист.

N0докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Храмцов Б.В.

Усилитель широкополсный

Пояснительная записка

Лит.

Лист

Листов

Провер.

Титов А.А.

4

31

ТУСУР РТФ гр.142-1

Н

. контр.

Утв

.

1ВведениеСейчасв электронной технике часто используются разнообразные усилительные устройства.В любом теле-радиоустройстве, в компьютере есть усилительные каскады.

В данном курсовом проекте решается задачапроектирования усилителя напряжения на основе операционных усилителей.

Операционныйусилитель (ОУ) – усилитель постоянного тока с полосой пропускания в несколькомегагерц с непосредственной связью между каскадами (т.е. без Ср), с большимкоэффициентом усиления, высоким входным и малым выходным сопротивлениями, атакже низким уровнем шума, при хорошей температурной стабильности, способныйустойчиво работать при замкнутой цепи обратной связи (ОС).

ОУ предназначен для выполнения различных операций наданалоговыми величинами, при работе в схеме с глубокими отрицательными обратнымисвязями (ООС). При этом под аналоговой величиной подразумевается непрерывноизменяющееся напряжение или ток

Основной целью данного курсового проектаявляется разработка широкополосного усилителя.

В задачувходит анализ исходных данных на предмет оптимального выбора структурной схемыи типа электронных компонентов, входящих в состав устройства, расчёт цепейусилителя.

По заданию усилитель долженусиливать сигнал в полосе частот от 4 до 40 МГц с частотными искажениями неболее 2 дБ на верхних и 3дБ нижних частотах. Нелинейные искажения усилителянеобходимо оценить.

2 Расчет структурной схемы усилителя

2.1 Определение числакаскадов

Чтобы обеспечить амплитуду выходного сигнала, заданнуюв техническом задании, нужно выбрать многокаскадный усилитель, так как одногоусилительного элемента недостаточно. Поэтому определим число каскадов дляобеспечения выходного сигнала.

Структурную схему многокаскадного усилителя можнопредставить как

<img src="/cache/referats/19382/image002.jpg" v:shapes="_x0000_s1026">
Рисунок 2.1 — Структурная схема усилителя

K — коэффициент усиления, дБ;

Ki — коэффициент усиления i-го каскада, дБ;i= 1,...,n; n — числокаскадов.

Для ШУ диапазона ВЧ с временем установления порядка десятков наносекунд ориентировочночисло каскадов можно определить, полагая, что все каскады с одинаковым Kiравным 10 децибел, то есть:

<img src="/cache/referats/19382/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> (2.1)

2.2 Распределение искажений по каскадам

Для многокаскадного ШУ результирующий коэффициентчастотных искажений в области верхних частот (ВЧ) определяется как:

<img src="/cache/referats/19382/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1026">, (2.2)

где Yв — результирующий коэффициент частотных искажений в области ВЧ, дБ.

Yвi — коэффициентчастотных искажений I-го каскада, дБ.

Суммирование в формуле (2.2) производится n+1 раз из-за необходимости учета влияния входной цепи,образованной Rг, Rвх, Cвх (рисунок 2.1).

Распределять искажения можно равномерно, при этом:

Yвi = Yв/(n+1) = 2/(2+1)дБ = 0,66 дБ = 0,926119 раз (2.3)

3 Расчет оконечного каскада

Выходной каскад работает в режиме большогосигнала, поэтому расчет его ведем так, чтобы обеспечить заданную амплитудувыходного напряжения при допустимых линейных (в области верхних частот илималых времен) и нелинейных искажениях.

Расчет начнем с выбора транзистора и режима егоработы.

3.1 Расчет требуемого режима транзистора

Задание определённого режима транзистора попостоянному току необходимо для обеспечения требуемых характеристик всегокаскада.

Для расчета требуемого режима транзистора необходимоопределиться с типом каскада, для этого рассчитаем оба: и резистивный идроссельный каскады и сравним их.

Затем выберем наиболее оптимальный тип каскада.

3.1.1 Расчёт параметров резистивного каскада

Для расчета используем параметры из задания: Rн=50 Ом, <img src="/cache/referats/19382/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1027">Rк = Rн = 50 Ом.

Принципиальная схема каскадаприведена на рис. 3.1, а, эквивалентная схема по переменному току на рис. 3.1, б.

<img src="/cache/referats/19382/image010.jpg" v:shapes="_x0000_i1028"> а) б)

Рисунок 3.1 – Принципиальная и эквивалентная схемырезистивного каскада

1) Найдем ток и напряжение в рабочей точке:

<img src="/cache/referats/19382/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1029"> (3.1)

где <img src="/cache/referats/19382/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> — напряжение рабочейточки или постоянное напряжение на переходе коллектор эмиттер;

<img src="/cache/referats/19382/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> — напряжение на выходеусилителя;

<img src="/cache/referats/19382/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> — остаточноенапряжение на транзисторе.

2) Найдем сопротивление нагрузки по сигналу:

<img src="/cache/referats/19382/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> (3.2)

3) Постоянный ток коллектора:

<img src="/cache/referats/19382/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> (3.3)

где <img src="/cache/referats/19382/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> — постояннаясоставляющая тока коллектора;

<img src="/cache/referats/19382/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> — сопротивлениенагрузки по сигналу.

4) Выходная мощность усилителя равна:

<img src="/cache/referats/19382/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> (3.4)

5) Напряжение источника питания равно:

<img src="/cache/referats/19382/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1038"> (3.5)

6) Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистораравна:

<img src="/cache/referats/19382/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> (3.6)

7) Мощность, потребляемая от источника питания:

<img src="/cache/referats/19382/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> (3.7)

8) КПД:<img src="/cache/referats/19382/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1041"> (3.8)

3.1.2 Расчёт дроссельного каскада

В дроссельном каскаде в цепи коллектора вместосопротивления используется индуктивность, которая не рассеивает мощность итребует меньшее напряжение питания, поэтому у этого каскада выше КПД.

Используем требуемые параметры задания: Rн=50 Ом, <img src="/cache/referats/19382/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1042">

<img src="/cache/referats/19382/image039.jpg" v:shapes="_x0000_s1027">
Принципиальная схема дроссельного каскада попеременному току изображена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2-Схема дроссельного каскада по переменномутоку.

1) Найдем напряжение в рабочей точке:

<img src="/cache/referats/19382/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> (3.9)

2) Постоянный ток коллектора:

<img src="/cache/referats/19382/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1044"> (3.10)

3) Выходная мощность усилителя:

<img src="/cache/referats/19382/image045.gif" v:shapes="_x0000_i1045"> (3.11)

4) Напряжение источника питания равно:

<img src="/cache/referats/19382/image047.gif" v:shapes="_x0000_i1046"> (3.12)

5) Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:u^2/2R

<img src="/cache/referats/19382/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1047"> (3.13)

6) Мощность, потребляемая от источника питания:

<img src="/cache/referats/19382/image051.gif" v:shapes="_x0000_i1048"> (3.14)

7) КПД:<img src="/cache/referats/19382/image053.gif" v:shapes="_x0000_i1049"> (3.15)

Таблица 3.1 — Характеристики вариантов схемколлекторной цепи.

Еп, В

Iко, А

Uкэо, В

Резистивный каскад

0,22

3,74

0,25

1,32

6,685

Дроссельный каскад

11,5

0,11

1,265

0,25

0,66

19,763

Из рассмотренных вариантовсхем питания усилителя видно, что лучше выбрать дроссельный каскад.

3.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора для оконечного каскадаосуществляется с учетом следующих предельных параметров:

1) Граничной частоты усиления транзистора потоку в схеме с ОЭ:

<img src="/cache/referats/19382/image063.gif" v:shapes="_x0000_i1054"> (3.16)

где<img src="/cache/referats/19382/image065.gif" v:shapes="_x0000_i1055"> из технического задания.

Найдем граничную частоту усиления транзисторапо току в схеме с ОЭ:

<img src="/cache/referats/19382/image067.gif" v:shapes="_x0000_i1056"> (3.17)

2) Предельно допустимого напряженияколлектор-эмиттер:

<img src="/cache/referats/19382/image069.gif" v:shapes="_x0000_i1057"> (3.18)

3) Предельно допустимого тока коллектора:

<img src="/cache/referats/19382/image071.gif" v:shapes="_x0000_i1058"> (3.19)

4) Допустимая мощность, рассеиваемая наколлекторе:

<img src="/cache/referats/19382/image073.gif" v:shapes="_x0000_i1059"> (3.20)

Тип проводимости транзистора может быть любой для ШУ.

Анализируя требуемые параметры, выбираем транзистор КТ913А.

Это кремниевый эпитаксиально-планарный n-p-nгенераторныйсверхвысокочастотный.

Предназначенный для работы в схемах усиления мощности,генерирования, умножения частоты в диапазоне 200 – 1000 МГц в режимах сотсечкой коллекторного тока.

Выпускается в герметичном металлокерамическом корпусес полосковыми выводами.

Основные параметры транзистора:

1) Граничная частота коэффициента передачи по току всхеме с ОЭ:

fГ =900 МГц;

2) Постоянная времени цепи обратной связи:

τс=18пс;

3) Емкость коллекторного перехода при Uкб=28В:

Ск=7пФ;

4) Емкость эмиттерного перехода:

Cэ=40пФ;

5) Максимально допустимое напряжение на переходе К-Э:

Uкэ max= 55В;

6) Максимально допустимый ток коллектора:

Iк max= 0,5А;

Выберем следующие параметрырабочей точки:

Т.к. транзистор хорошо работает только начиная с 6В топримем <img src="/cache/referats/19382/image075.gif" v:shapes="_x0000_i1060">

3.3 Расчёт и выбор схемы термостабилизации

Существует несколько вариантов схемтермостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того,насколько жёсткие требования предъявляются к температурной стабильности каскада.В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: эмиттерная, пассивнаяколлекторная, и активная коллекторная. Рассчитаем все три схемы, а затемопределимся с выбором конкретной схемы стабилизации.

3.3.1 Эмиттерная термостабилизация

Эмиттерная термостабилизацияшироко используется в маломощных каскадах, так как потери мощности в ней приэтом не значительны и её простота исполнения вполне их компенсирует, а такжеона хорошо стабилизирует ток коллектора в широком диапазоне температур принапряжении на эмиттере более 5В.

Рисунок 3.3-Схема каскада с эмиттернойтермостабилизацией.

Рассчитаем параметрыэлементов данной схемы:

1) Необходимое напряжениепитания:

Еп=URэ+Uкэ0+Iк0*Rк (3.21)

Значение источника питаниянеобходимо выбирать из стандартного ряда, поэтому выберем напряжение URэс учетом того, что Еп=10В, Rк=0Ом:

2)Напряжение на Rэ:

URэ=Eп-Uкэ0+Iк0*Rк=10В-6В=4В (3.22)

3) Сопротивление эмиттера:

<img src="/cache/referats/19382/image079.gif" v:shapes="_x0000_i1062"> (3.23)

4) Напряжение на базетранзистора:

Uб=URэ+0,7В = 4,7В (3.24)

5) Базовый ток транзистора:

Iб=<img src="/cache/referats/19382/image081.gif" v:shapes="_x0000_i1063"> (3.25)

6) Ток делителя:

Iд=5×

Iб=5,5мА, (3.26)

где Iд – ток, протекающий черезсопротивления Rб1 и Rб2.

Сопротивления делителейбазовой цепи:

7) Rб1=<img src="/cache/referats/19382/image083.gif" v:shapes="_x0000_i1064"> (3.27)

8) Rб2=<img src="/cache/referats/19382/image085.gif" v:shapes="_x0000_i1065"> (3.28)

Наряду с эмиттернойтермостабилизацией используются пассивная и активная коллекторныетермостабилизации.

3.3.2 Пассивная коллекторная термостабилизация

Данный вид термостабилизации (схемапредставлена на рисунке 3.4) используется на малых мощностях и менееэффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи,регулирующее ток через транзистор подаётся на базу через базовый делитель.

Рисунок 3.4 — Схема пассивной коллекторнойтермостабилизации

Расчетзаключается в выборе URки дальнейшем расчете элементов схем по формулам:

ВыберемURк=5В;

1) Еп = URк+ Uкэ0=5В+6В=11В, (3 29)

где URк — падение напряжения на Rк.

2) Сопротивление коллектора:

<img src="/cache/referats/19382/image089.gif" v:shapes="_x0000_i1067"> (3.30)

3) Сопротивление базы: Rб=<img src="/cache/referats/19382/image091.gif" v:shapes="_x0000_i1068"> (3.31)

4) Ток базы:

<img src="/cache/referats/19382/image093.gif" v:shapes="_x0000_i1069"> (3.32)

3.3.3 Активная коллекторная термостабилизация

Активная коллекторная термостабилизация используется вмощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 — Активная коллекторная термостабилизация

Для расчета схемы термостабилизации необходимосначала выбрать напряжение на резисторе Rк, а затем рассчитать токи инапряжения на втором транзисторе, и следующим шагом рассчитать значенияэлементов схемы:

1) <img src="/cache/referats/19382/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1071"> (3.33)

2) Uкэ0vt2=Uкэ0vt1/2= 6В/2 = 3В (3.34)

3) URб2=Uкэ0vt2-0,7В= 3В-0,7В = 2,3В (3.35)

4) Iк02=Iб01=110мА (3.36)

5) Iк01=Iб01*β01=110мА*100= 11А (3.37)

6) Rб2=URб2/Iк02=2,3В/110мА = 20,9Ом (3.38)

7) Uб2=Uкэ0vt1-0,7В=6В-0,7В= 5,3В (3.39)

8) Iдел=10Iбо2=110мА*10/100 = 11мА (3.40)

9) R1=Uб2/Iдел=5,3В/11мА = 481,818Ком (3.41)

10) R3= UR2/Iдел=(1+0,7)В/11мА =1 54,545Ом (3.42)

Из рассмотренных схем видно,что наиболее эффективной будет схема с эмиттерной термостабилизацией, т.к.каскад выходной и следовательно мощный, и диапазон усиливаемых частот не оченьбольшой, то нет необходимости в другом виде термостабилизации.

3.4 Расчёт эквивалентной схемы замещения

При использовании транзисторов до (0,2 — 0,3)fт возможно применение упрощенных эквивалентных моделейтранзисторов, параметры элементов эквивалентных схем которых легко определяютсяна основе справочных данных.

Эквивалентная схемабиполярного транзистора представлена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 — Эквивалентная схема биполярноготранзистора (схема Джиаколетто)

1) Найдем ёмкостьколлекторного перехода:

<img src="/cache/referats/19382/image101.gif" v:shapes="_x0000_i1073"> (3.43)

2) Рассчитаем сопротивлениебазы:

Rб =τс/Ск=18пс/11,465пФ= 1,57Ом (3.44)

gб=<img src="/cache/referats/19382/image103.gif" v:shapes="_x0000_i1074">Cм (3.45)

3) Рассчитаем сопротивлениеэмиттера:

rэ=<img src="/cache/referats/19382/image105.gif" v:shapes="_x0000_i1075"> =<img src="/cache/referats/19382/image107.gif" v:shapes="_x0000_i1076"> (3.46)

где Iк0в мА;

</spa

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Матричные фотоприемники

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Автоматизированный электропривод

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Разработка схемы радиоприемника

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Программируемый генератор синусоидальных колебаний

29 Августа 2013