ИМПУЛЬСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
Министерство образования Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
ИМПУЛЬСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
Схемотехника и АЭУ
Студент гр. 180
__________Курманов Б.А.
______________
Руководитель
Доцент кафедры РЗИ
_____________Титов А.А.
_____________
2003
Реферат
Курсовая работа 29с., 12 рис., 3 табл., 2 источника.
УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД, ТРАНЗИСТОР, КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ, ЧАСТОТНЫЕ
ИСКАЖЕНИЯ, НАПРЯЖЕНИЕ, МОЩНОСТЬ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, СКВАЖНОСТЬ,
КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ.
Целью данной работы является приобретение навыков аналитического
расчёта усилителя по заданным требованиям.
В процессе работы производился расчёт параметров усилителя, анализ
различных схем термостабилизации, были рассчитаны эквивалентные модели
транзистора, рассмотрены варианты коллекторной цепи транзистора.
В результате работы получили принципиальную готовую схему усилителя с
известной топологией и известными номиналами элементов.
Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word
2002.
СОДЕРЖАНИЕ
|1.Введение |5 |
|2.Предварительный расчет усилителя |6 |
|2.1 Расчет рабочей точки |6 |
|3. Выбор транзистора |8 |
|4. Расчет схемы термостабилизации |9 |
|4.1 Эмиттерная термостабилизация |9 |
|4.2 Пассивная коллекторная термостабилизация |11 |
|4.3 Активная коллекторная термостабилизация |12 |
|5. Расчёт параметров схемы Джиаколетто |13 |
|6. Расчет высокочастотной индуктивной коррекции |15 |
|7. Промежуточный каскад |17 |
|7.1 Расчет рабочей точки. Транзистор VT2 |17 |
|7.1.1 Расчет высокочастотной индуктивной коррекции |20 |
|7.1.2 Расчет схемы термостабилизации |21 |
|7.2 Транзистор VT1 |22 |
|7.2.1 Расчет схемы термостабилизации |24 |
|8. Искажения вносимые входной цепью |25 |
|9. Расчет Сф, Rф, Ср |26 |
|10. Заключение |28 |
|Литература |29 |
| | |
| | |
Министерство образования Российской Федерации
Томский Университет Систем Управления и Радиоэлектроники (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
Утверждаю
Зав. кафедрой РЗИ
_____В.И.Ильюшенко
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ № 2
на курсовое проектирование по дисциплине “Схемотехника АЭУ”
студенту гр.180 Курманову Б.А.
1. Тема проекта Импульсный усилитель
2. Сопротивление генератора Rг = 75 Ом.
3. Коэффициент усиления K = 25 дБ.
4. Длительность импульса 0,5 мкс.
5. Полярность "положительная".
6. Скважность 2.
7. Время установления 25 нс.
8. Выброс 5%.
9. Искажения плоской вершины импульса 5%.
10. Амплитуда 4В.
11. Полярность "отрицательная".
12. Сопротивление нагрузки Rн = 75 Ом.
13. Условия эксплуатации и требования к стабильности показателей усилителя
20 - 45 °С.
14. Срок сдачи проекта на кафедру РЗИ 10.05.2003.
15. Дата выдачи Задания 22.02.2003.
Руководитель проектирования _____________
Исполнитель ______________
1.Введение
Импульсные усилители нашли широкое применение. Особенно широко они
применяются в радиотехнических устройства, в системах автоматики, в
приборах экспериментальной физики, в измерительных приборах.
В зависимости от задач на импульсные усилители накладываются различные
требования, которым они должны отвечать. Поэтому усилители могут
различаться между собой как по элементной базе, особенностям схемы, так и
по конструкции. Однако существует общая методика, которой следует
придерживаться при проектировании усилителей.
Задачей представленного проекта является отыскание наиболее простого и
надежного решения.
Для импульсного усилителя применяют специальные транзисторы, имеющие
высокую граничную частоту. Такие транзисторы называются высокочастотными.
Итогом курсового проекта стали параметры и характеристики готового
импульсного усилителя.
2.Предварительный расчет усилителя
2.1 Расчет рабочей точки
Исходные данные для курсового проектирования находятся в техническом
задании.
Средне статистический транзистор даёт усиление в 20 дБ, по заданию у
нас 25 дБ, отсюда получим, что наш усилитель будет иметь как минимум [pic]2
каскада. Однако исходя из условия разной полярности входного и выходного
сигнала число каскадов должно быть нечетным, следовательно число каскадов
составит 3.
Структурная схема многокаскадного усилителя представлена на рис.2.1
[pic]
Рисунок 2.1 - Структурная схема усилителя
По заданному напряжению на выходе усилителя рассчитаем напряжение
коллектор эмиттер и ток коллектора (рабочую точку).
Iко=[pic]
Uкэо=[pic]
Рассмотрим два варианта реализации схемы питания транзисторного
усилителя: первая схема реостатный каскад, вторая схема дроссельный каскад.
Дроссельный каскад:
Схема дроссельного каскада по переменному току представлена на рисунке
2.2.
[pic]
Рисунок 2.2 - Схема дроссельного каскада
Rн=75 (Ом).
Расчетные формулы:
[pic] (2.1)
[pic] (2.2)
[pic] (2.3)
[pic] (2.4)
Исходя из формул 2.1 - 2.4 вычислим напряжение Uкэо и ток Iко.
[pic]
[pic]
Eп = Uкэо = 4В
Pвых = [pic] Вт
Pпотр = [pic] Вт
? = [pic]
Резистивный каскад:
Схема резистивного каскада по переменному току представлена на рисунке
2.3.
[pic]
Рисунок 2.3 - Схема резистивного каскада
Rк=75(Ом), Rн=75 (Ом), Rн~=37,5 (Ом).
Исходя из формул 2.1 - 2.4 вычислим напряжение Uкэо и ток Iко.
[pic]
[pic]
Eп = Iко*Rк+Uкэо = 8,4В
Pвых = [pic] Вт
Pпотр = [pic] Вт
? = [pic]
Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в таблице
2.1.
Таблица 2.1.
| |Eп, |Iко, (А)|Uко, (В)|Pвых.,(Вт|Pпотр.,(Вт|PRк,(Вт)|? |
| |(В) | | |) |) | | |
|Rк |8,4 |0,0587 |4 |0,107 |0,496 |0,255 |0,22 |
|Lк |4 |0,0293 |4 |0,107 |0,117 | |0,91 |
3. Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется с учётом следующих предельных
параметров:
1. PRк ? Pк доп*0,8
2. Iко ? 0,8*Iк max
3. fв(10-100) ? fт
4. Uкэо ? 0,8*Uкэ доп
Исходя из данных технического задания[pic]. Тогда верхняя граничная
частота оконечного каскада:
[pic] (3.1)
fТ>(10..100) fв,
fT=140МГц.
Этим требованиям полностью соответствует транзистор 2Т602А. Параметры
транзистора приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Параметры используемого транзистора
|Наимено-в|Обозначение |Значения |
|ание | | |
|Ск |Емкость коллекторного перехода |4 пФ |
|Сэ |Емкость эмиттерного перехода |25 пФ |
|Fт |Граничная частота транзистора |150 МГц |
|?о |Статический коэффициент передачи тока|20-80 |
| |в схеме с ОЭ | |
|Tо |Температура окружающей среды |25оС |
|Iкбо |Обратный ток коллектор-база |10 мкА |
|Iк |Постоянный ток коллектора |75 мА |
|Тперmax |Температура перехода |423 К |
|Pрас |Постоянная рассеиваемая мощность (без|0,85 Вт |
| |теплоотвода) | |
Далее рассчитаем выберем схему термостабилизации.
4. Расчет схемы термостабилизации
4.1 Эмиттерная термостабилизация
Эмиттерная стабилизация применяется в основном в маломощных каскадах,
и получила наиболее широкое распространение. Схема эмиттерной
термостабилизации приведена на рисунке 4.1.
[pic]
Рисунок 4.1 - Схема эмиттерной термостабилизации
Расчёт произведем поэтапно:
1. Выберем напряжение эмиттера [pic], ток делителя [pic] и напряжение
питания [pic];
2. Затем рассчитаем [pic].
Напряжение эмиттера [pic] выбирается равным порядка [pic]. Выберем
[pic].
Ток делителя [pic] выбирается равным [pic], где [pic]- базовый ток
транзистора и вычисляется по формуле:
[pic](мА); (4.1.1)
Тогда:
[pic] (мА) (4.1.2)
Напряжение питания рассчитывается по формуле: [pic](В)
Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:
[pic] Ом; (4.1.3)
[pic] (4.1.4)
[pic] (Ом); (4.1.5)
[pic] (Ом); (4.1.6)
Данная методика расчёта не учитывает напрямую заданный диапазон
температур окружающей среды, однако, в диапазоне температур от 0 до 50
градусов для рассчитанной подобным образом схемы, результирующий уход тока
покоя транзистора, как правило, не превышает (10-15)%, то есть схема имеет
вполне приемлемую стабилизацию.
4.2 Пассивная коллекторная термостабилизация
[pic]
Рисунок 4.2 - Схема пассивной коллекторной термостабилизации.
Пусть URк=10В
Rк=[pic] (Ом); (4.2.1)
Еп=Uкэо+URк=10+10=20В (4.2.2)
Rб=[pic] =5,36 (кОм) (4.2.3)
Ток базы определяется Rб. При увеличении тока коллектора напряжение
на Uкэо падает и следовательно уменьшается ток базы, а это не даёт
увеличиваться дальше току коллектора. Но чтобы стал изменяться ток базы,
напряжение Uкэо должно измениться на 10-20%, то есть Rк должно быть очень
велико, что оправдывается только в маломощных каскадах.
4.3 Активная коллекторная термостабилизация
[pic]
Рисунок 4.3 - Схема активной коллекторной термостабилизации
Сделаем так чтобы Rб зависело от напряжения Ut. Получим что при
незначительном изменении тока коллектора значительно изменится ток базы. И
вместо большого Rк можно поставить меньшее на котором бы падало небольшое
(порядка 1В) напряжение.
Статический коэффициент передачи по току первого транзистора (о1=30.
UR4=5В.
R4=[pic]=[pic]=85 (Ом) (4.3.1)
[pic] (4.3.2)
Iко1 = Iбо2 = [pic]
Pрас1 = Uкэо1*Iко1 = 5*1,68*10-3 = 8,4 мВт
[pic]
R2=[pic]=[pic]=2,38 (кОм) (4.3.3)
R1=[pic]=[pic]=672 (Ом) (4.3.4)
R3 = [pic](Ом) (4.3.5)
Еп = Uкэо2+UR4 = 10+5 = 15В (4.3.6)
Данная схема требует значительное количество дополнительных элементов,
в том числе и активных. При повреждении емкости С1 каскад самовозбудится и
будет не усиливать, а генерировать, т.е. данный вариант не желателен,
поскольку параметры усилителя должны как можно меньше зависеть от изменения
параметров его элементов. Наиболее приемлема эмиттерная термостабилизация.
5. Расчёт параметров схемы Джиаколетто
[pic]
Рисунок 5.1 - Эквивалентная схема биполярного транзистора (схема
Джиаколетто)
Ск(треб)=Ск(пасп)*[pic]=4([pic]=8,9 (пФ), где
Ск(треб)-ёмкость коллекторного перехода при заданном Uкэ0,
Ск(пасп)-справочное значение ёмкости коллектора при Uкэ(пасп).
rб= [pic]=33,5 (Ом); gб=[pic]=0,03 (Cм), где (5.1)
rб-сопротивление базы,
[pic]-справочное значение постоянной цепи обратной связи.
rэ=[pic] =[pic]=0,835 (Ом), где (5.2)
Iк0 в мА,
rэ-сопротивление эмиттера.
gбэ=[pic]=[pic]=0,039, где (5.3)
gбэ-проводимость база-эмиттер,
[pic]-справочное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с
общим эмиттером.
Cэ=[pic]=[pic]=41 (пФ), где (5.4)
Cэ-ёмкость эмиттера,
fт-справочное значение граничной частоты транзистора при которой [pic]=1
Ri= [pic]=1333 (Ом), где (5.5)
Ri-выходное сопротивление транзистора,
Uкэ0(доп), Iк0(доп)-соответственно паспортные значения допустимого
напряжения на коллекторе и постоянной составляющей тока коллектора.
gi=0.75(мСм).
[pic] (5.6)
где К0 - коэффициент усиления резисторного каскада
[pic] (5.7)
где ?в - постоянная времени верхних частот резисторного каскада
[pic] (5.8)
где ? - постоянная времени верхних частот
[pic] (5.9)
где S0 - крутизна проходной характеристики
[pic] (5.10)
где Свх - входная динамическая емкость каскада
[pic] (5.11)
[pic] (5.12)
[pic][pic] (5.13)
где fв - верхняя
|
