Широкополосный усилитель с подъемом АЧХ (стр. 1 из 4)
Министерство образования Российской Федерации.
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
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
Курсовая работа 35 с., 13 рис., 1 табл., 5 источников.
УСИЛИТЕЛЬ, ТРАНЗИСТОР, КАСКАД, ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, ПОЛОСА РАБОЧИХ ЧАСТОТ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ
В данной курсовой работе исследуется широкополосный усилитель с подъёмом АЧХ, а также корректирующие и стабилизирующие цепи.
Цель работы - приобретение навыков расчета номиналов элементов усилительного каскада, подробное изучение существующих корректирующих и стабилизирующих цепей, умения выбрать необходимые схемные решения на основе требований технического задания.
В процессе работы были осуществлены инженерные решения (выбор транзисторов, схем коррекции и стабилизации), расчет номиналов схем.
В результате работы получили принципиальную готовую схему усилительного устройства с известной топологией и номиналами элементов, готовую для практического применения.
Полученные данные могут использоваться при создании реальных усилительных устройств.
Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе MicrosoftWord 2000 и представлена на дискете 3,5. (в конверте на обороте обложки).
Задание
Диапазон частот от 10 МГц, до 200 МГц
Допустимые частотные искажения Мн 3 дБ, Мв 3 дБ
Коэффициент усиления 30 дБ
Источник входного сигнала Rг=50 Ом
Амплитуда напряжения на выходе Uвых=5 В
Величина нагрузки Rн=50 Ом
Условия эксплуатации t°= +10 ¸ +60°C
Линейный подъём АЧХ на 5дБ
Содержание
1. Введение 4
2. Основная часть 5
2.1. Определение числа каскадов 5
2.2. Распределение искажений на ВЧ 5
2.3. Расчёт оконечного 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. Выбор входного транзистора 18
2.5. Расчёт предоконечного 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. Расчёт входного 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 и коэффициента усиления 24
2.7. Расчёт разделительных и блокировочных конденсаторов 25
3. Заключение 30
Список использованной литературы 31
Схема принципиальная 32
Спецификация 33
1. Введение
Основная цель работы - получение необходимых навыков практического расчета радиотехнического устройства (усилителя-корректора), обобществление полученных теоретических навыков и формализация методов расчета отдельных компонентов электрических схем.
Усилители электрических сигналов применяются во всех областях современной техники и народного хозяйства: в радиоприемных и радиопередающих устройствах, телевидении, системах звукового вещания, аппаратуре звукоусиления и звукозаписи, радиолокации, ЭВМ. Также они нашли широкое применение в автоматических и телемеханических устройствах, используемых на современных заводах. Как правило, усилители осуществляют усиление электрических колебаний, сохраняя их форму. Усиление происходит за счет электрической энергии источника питания. Т. о., усилительные элементы обладают управляющими свойствами.
Устройство, рассматриваемое в данной работе, может широко применяться на практике.
Устройство имеет немалое научное и техническое значение благодаря своей универсальности и широкой области применения.
2. Основная часть
2.1. Определение числа каскадов
Так как на одном каскаде невозможно реализовать усиление 30дБ, то для того, чтобы обеспечить такой коэффициент усиления, используем сложение каскадов. Считаем, что каждый каскад в среднем даёт 10дБ, и так как необходимо получить 30дБ, то:
Таким образом, число каскадов равно трём.
2.2. Распределение искажений на ВЧ
По заданию, допустимые искажения АЧХ, вносимые данным устройством, равны 3дБ. Так как используем 3 каскада, то допустимые искажения АЧХ, вносимые одним каскадом, равны 1дБ.
2.3. Расчёт оконечного каскада
2.3.1. Расчет рабочей точки
1). Возьмём сопротивление коллектора равное сопротивлению нагрузки (Rк=Rн).
Согласно закону Ома:
Uвых=IвыхRн (2.1)
Отсюда найдём ток на выходе каскада:
Iвых= Uвых /Rн=5/50=0,1. (2.2)
Выходная мощность:
Рисунок 2.1. - Схема оконечного некорректированного каскада.
Ток на коллекторе транзистора определяется из выражения:
(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:
.Найдём напряжение питания:
Еп=Uкэ0 +Rк×Iк0=7+50×0,22=18 В. (2.4)
Построим нагрузочные прямые:
Рисунок 2.2. – Нагрузочные прямые
На рисунке 3.2. i(u) - нагрузочная прямая по постоянному току (красная)
y(u) - нагрузочная прямая по переменному току (синяя)
Сопротивление по переменному току:
Ом. (2.5)Амплитуда выходного напряжения:
DUвых=Iк0×Rн/2=0,22×25=5,5 В. (2.6)
Рассчитаем мощность:
Pпотр=Iк0×Eп=0,22×18=3,96 Вт (2.7а)
Pрас=Iк0×Uкэ0=0,22×7=1,54 Вт. (2.7б)
2). Вместо сопротивления коллектора поставим дроссель (Rк – дроссель Lк).
Рисунок 2.3. - Схема оконечного дроссельного каскада.
В данном случае Еп=Uкэ0=7 В, так как на коллекторе нет активного сопротивления.
Построим нагрузочные прямые для этого случая.
Iк0×Rн=0,11×50=5,5В.
Рисунок 2.4. – Нагрузочные прямые
На рисунке 3.4. z(u) - нагрузочная прямая по постоянному 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 эти каскады:
Таблица 2.1 – сравнение каскадов
| Еп, В | Ррасс,Вт | Рпотр , Вт | Iк0 , А | Uкэ0 , В | |
| Rк=Rн | 18 | 1,54 | 3,96 | 0,22 | 7 |
| Rк – Др. | 7 | 0,77 | 0,77 | 0,11 | 7 |
Так как напряжение питания и мощности дроссельного каскада меньше, чем у каскада с Rк = Rн , то возьмём каскад с дросселем на коллекторе.
2.3.2. Выбор транзистора
Выбор транзистора 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 – ток коллектора,
Uкэ – напряжение между коллектором и эмиттером,
Pк – мощность, рассеиваемая на коллекторе,
fв – верхняя частота.
Подставим численные значения:
Iк.доп >0,132 А
Uкэ.доп >8,4 В
Pк.доп >0,924 Вт
fт»600¼2000 МГц
Исходя из этих требований, выберем в качестве выходного транзистора транзистор КТ939А. Электрические параметры транзистора КТ939А [1]:
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ (типовое значение):
b=113
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ при Uкэ=12В, Iк=200мА:
fТ=3060МГц
Ёмкость коллекторного перехода при Uкб=12В:
СUкэ=3,9пФ
Постоянная времени цепи ОС на ВЧ при Uк=10В, Iэ=50мА, f=30МГц:
tс=4,6пФ
Предельные эксплуатационные данные транзистора КТ939:
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора
Рк=4Вт
Рабочая точка:
Iк0=0,11 А
Uкэ0=7 В
Eп=7 В
2.3.3. Расчёт эквивалентных схем транзистора
В данном пункте рассчитываются эквивалентные схемы транзистора, низкочастотная - схема Джиаколетто и высокочастотная – однонаправленная модель.