Усилитель систем контроля радиовещательных станций - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
Министерство образования
Российской Федерации
ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
(ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
Усилитель систем контроля радиовещательных станций
Пояснительная записка к курсовому
проекту по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств»
Выполнил
студент гр.148-3
______Ямщиков А.Ю.
Проверил
преподаватель каф. РЗИ
______Титов А.А.
2001
РЕФЕРАТ
Курсовая работа 32с., 13 рис., 1 табл., 6 источников, 2
приложения.
УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД, ТРАНЗИСТОР, КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ, ЧАСТОТНЫЕ
ИСКАЖЕНИЯ, ДИАПАЗОН ЧАСТОТ, НАПРЯЖЕНИЕ, МОЩНОСТЬ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ,
КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ.
Объектом исследования в данной курсовой работе являются методы расчета
усилительнх каскадов на основе транзисторов.
Цель работы - преобрести практические навыки в расчете усилительных
каскадов на примере решения конкретной задачи.
В процессе работы производился расчет различных элементов
широкополосного усилителя.
Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft
Word97.
Содержание
1.Введение..................................................................
...................…...5
2.Техническое
задание..........….........................................................
.6
3.Расчётная
часть…...............….....................................................
.....7
3.1 Определение числа
каскадов...................................….......…..…7
3.2 Распределение линейных искажений в области ВЧ ........….…7
3.3 Расчёт выходного каскада……………………………...........….7
3.3.1 Выбор рабочей
точки..…................................………..........….7
3.3.2 Выбор
транзистора........................................………...............11
3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора……………….....12
3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации……………………...........14
3.3.4.1 Эмиттерная термостабилизация.….………………............15
3.3.4.2 Коллекторная термостабилизация...………........………....16
3.3.4.3 Активная коллекторная термостабилизация…..…………17
3.3.5 Расчёт корректирующих цепей…………….……..………....18
3.3.5.1 Расчёт выходной корректирующей цепи……….…...........18
3.3.5.2 Расчёт межкаскадной КЦ ……………….………...............20
3.4 Расчет входного каскада…….………………...……………….22
3.4.1 Выбор рабочей точки……………………………….………..22
3.4.2 Расчёт эквивалентной схемы транзистора …..…..…………23
3.4.3 Расчёт цепи термостабилизации………...…………………..23
3.4.4 Рассчет входной КЦ……………………………….…………24
3.5 Расчет дополнительных элементов………………..………….26
3.5.1 Расчет разделительных емкостей……………….…………..26
3.5.2 Расчет блокировочных емкостей……………………………27
3.5.3 Расчет конденсаторов фильтра……...………………………28
3.5.4 Расчет дросселя………………………………………………28
4 Расчет коэффициента усиления всего усилителя……...………29
5 Заключение……………………………………………………….30
Приложение А……………………………………………………...31
Приложение Б………………………………………………………32
1.Введение
В данной курсовой работе требуется рассчитать усилитель систем контроля
радиовещательных станций. Этот усилитель предназначен для повышения
выходной мощности генераторов стандартных сигналов, входящих в комплект
аппаратуры технического контроля и обслуживания усилителей мощности
радиовещательных станций работающих в диапазоне средних волн.
Работа усилителя в составе средств контроля предъявляет к нему ряд
противоречивых требований. Это малый уровень нелинейных искажений,
реализация повышенного коэффициента полезного действия, по возможности
полное использование транзисторов усилителя по мощности [1].
Для наиболее эффективного достижения требуемой мощности воспользуемся
мощным ВЧ трансформатором, который задаёт такой режим работы транзистора,
при котором он выдаёт максимальную мощность. Для коррекции АЧХ усилителя
используются разные приёмы: введение отрицательных обратных связей,
применение межкаскадных корректирующих цепей. Так как проектируемый
усилитель является усилителем мощности то введение ОС влечёт за собой
потерю мощности в цепях ОС что снижает КПД и следовательно применять её в
данном усилителе не целесообразно. Применение межкаскадных корректирующих
цепей (МКЦ) значительно повышает КПД. В данном усилителе используется МКЦ 3-
го порядка, так как она обладает хорошими частотными свойствами.
Усилитель систем контроля радиовещательных станций разработанный с
использованием транзисторов 2Т947А и КТ903А, имеет следующие технические
характеристики: полоса рабочих частот (0.15-2) МГц; коэффициент усиления
48.6 дБ; неравномерность амплитудно-частотной характеристики + 1,4 дБ;
значение выходной мощности 40 Вт; сопротивление генератора и нагрузки 50
Ом; напряжение питания 24.5 В.
2. Техническое задание
Усилитель должен отвечать следующим требованиям:
1. Рабочая полоса частот: 0.15-2 МГц
2. Линейные искажения
в области нижних частот не более 3 дБ
в области верхних частот не более 3 дБ
3. Коэффициент усиления 35 дБ
4. Мощность выходного сигнала Pвых=40 Вт
5. Сопротивление источника сигнала и нагрузки Rг=Rн=50 Ом
3. Расчётная часть
3.1 Определение числа каскадов.
Число каскадов для любого усилителя выбирается исходя из того, какой
коэффициент усиления должно обеспечивать заданное устройство. Для того
чтобы обеспечить коэффициент усиления 35дБ необходимо соединить
последовательно два усилительных каскада, так как одним каскадом невозможно
достичь такого усиления.
3.2 Распределение линейных искажений в
области ВЧ
Расчёт усилителя будем проводить исходя из того, что искажения
распределены между каскадами равномерно, и так как используется всего 2
каскада, а общая неравномерность, должна быть не больше 3 дБ, то из этих
условий находим искажения приходящиеся на 1 каскад:
(3.1)
где Мобщ. – частотные искажения усилителя;
Мкас. – частотные искажения одного усилительного каскада;
N – число усилительных каскадов.
3. Расчёт выходного каскада
3.3.1 Выбор рабочей точки
Для расчета рабочей точки найдем выходное напряжение, которое должен
выдавать усилитель, воспользовавшись следующим соотношением:
[pic]
3.1
Выражая из формулы (4.1) Uвых и подставляя Rн=50(Ом), Рвых.=40(Вт)
получим:
[pic]
Зная выходное напряжение, найдем выходной ток:
[pic] 3.2
Так как значения выходного напряжения и тока высокие, то с целью
максимального использования выходного транзистора усилителя по мощности, на
выходе усилителя следует установить трансформатор импедансов 1/9 на длинных
линиях [2]. Который уменьшает выходное напряжение в 3 раза и нагрузку в 9
раз. Тогда исходные параметры примут следующие значения:
[pic]
[pic]
[pic]
При дальнейшем рассчёте, нужно выбрать по какой схеме будет выполнен
каскад: при использовании дросселя или активного сопротивления в цепи
коллектора. Рассмотрим обе схемы и выберем ту, которую наиболее
целесообразно применить.
А) Расчёт каскада при использовании активного сопротивления в цепи
коллектора:
Схема каскада представлена на рисунке 3.3.1
Рисунок 3.3.1 Схема каскада с активным сопротивлением в цепи
коллектора.
Так как нагрузкой каскада по переменному току является резистор,
включенный в цепь коллектора - Rк и Rн, при чём Rк выбирается равный Rн, то
эквивалентное сопротивление – Rэкв, на которое работает транзистор, будет
равным Rн/2. Тогда найдём выходной ток Iвых:
[pic]=7 (А) (3.3)
Ток в рабочей точке найдем по следующей формуле:
[pic] (3.4)
Напряжение в рабочей точке найдем по формуле:
[pic]
(3.5)
где [pic] – остаточное напряжение на коллекторе (при расчёте берут
равным [pic]). Тогда подставляя численные значения, получим:
[pic]
Напряжение питания выбирается равным [pic] плюс падение напряжения на
[pic]:
[pic] (3.6)
Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они
преведены на рисунке 3.3.2.
I, А
11
5.5
R~
7.7
R_
23.5 46.6 70 U, В
Рисунок 3.3.2. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.
Произведём рассчёт потребляемой и рассеиваемой на коллекторе мощности,
используя следующие формулы:
[pic] 3.7
[pic] 3.8
Б) Расчёт каскада с дросселем в цепи коллектора:
Схема данного каскада представлена на рисунке 3.3.3.
[pic]
Рисунок 3.3.3. Схема каскада с дросселем в цепи коллектора.
В данном каскаде нагрузкой по переменному току является непосредственно
нагрузочное сопртивление Rн. Тогда выходной ток будет равен::
[pic]
Найдем ток и напряжение в рабочей точке:
[pic]
[pic]
Напряжение питания будет равно:
[pic]
Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они
представлены на рисунке 3.3.4.
I, А
R_
R~
3.85
23.5 46.6 U, В
Рисунок 3.3.4 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.
Определим потребляемую и рассеиваемую мощность транзистора по формулам
:
Анализируя полученные результаты можно прийти к выводу, что
целесообразней использовать каскад с дросселем в цепи коллектора, так как
значительно снижаются потребляемая мощность и величина питающего
напряжения. Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в
таблице 3.1.
Таблица 3.1.
| | | | | | |
| |Iко(А) |Uкэо(В) |Еп(В) |Ррасс.(Вт) |Рпотр(Вт). |
| | | | | | |
|с Rк |7.7 |23.5 |69.7 |180 |540 |
| | | | | | |
|без Rк |3.85 |23.5 |23.5 |90.5 |90.5 |
3.3.2 Выбор транзистора
Для выбора транзистора необходимо чтобы его параметры удовлетворяли
следующим условиям:
[pic][pic][pic] (3.9)
Из неравенства (3.9) определим значения допустимых параметров:
[pic]
[pic]
Исходя из полученных значений, выберем выходной транзистор 2Т947А.[3]
Транзистор имеет следующие допустимые параметры:
[pic]
Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
1. Постоянная времени цепи обратной связи при [pic] В [pic]пс;
2. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ
[pic];
3. Ёмкость коллекторного перехода при [pic] В [pic]пФ;
4. Индуктивность вывода базы [pic]нГн;
5. Индуктивность вывода эмиттера [pic]нГн.
Предельные эксплуатационные данные:
1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер [pic]В;
2. Постоянный ток коллектора [pic] А;
3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора
Как показывает практика, даже на умеренно высоких частотах транзистор
не является безынерционным прибором. Очень удобно анализировать свойства
транзистора при малом сигнале, в широком диапозоне частот, с помощью
физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе
длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными
параметрами. Существует много разных моделей транзистора. В данной работе
произведён расчёт моделей: схемы Джиаколетто, которая представлена на
рисунке 3.3.5 и однонаправленной модели цепи на ВЧ.
А) Расчёт схемы Джиаколетто:
Схема Джокалетто представлена на рисунке 3.3.5.
[pic]
Рисунок 3.3.5 Схема Джиаколетто.
Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и
приведенными ниже формулами.
Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление
базового перехода по формуле:
[pic][pic] (3.10)
При чём [pic] и [pic] доложны быть измерены при одном напряжении Uкэ. А
так как справочные данные приведены при разных значениях напряжний, то
необходимо воспользоваться формулой перехода, которая позволяет вычислить
[pic] при любом значении напряжения Uкэ:
[pic] (3.11)
В нашем случае получаем:
[pic]
Подставим полученное значение в формулу:
[pic], тогда [pic] (Сим) (3.12)
Проводимость база-эмиттер расчитаем по формуле:
[pic], (2.11)
где, [pic] – сопротивление эмиттеного перехода транзистора.
Тогда [pic]
Емкость эмиттерного перехода: [pic]
Выходное сопртивление транзистора:
[pic] (3.13)
Из формулы (3.13) найдем проводимость:
[pic] (3.14)
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:
[pic]
Крутизну транзистора определим по формуле:[pic] (3.15)
Подставляя численные значения получим:
[pic]
Б) Расчёт однонаправленной модели на ВЧ:
Однонаправленная модель является эквивалентной схемой
|
