Усилитель широкополосный - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
(ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации
(РЗИ)
УСИЛИТЕЛЬ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
“Схемотехника аналоговых электронных устройств"
РТФ КП.468731.001 ПЗ
Выполнил
студент гр. 142-1:
_______ Б. В. Храмцов
_______ марта 2005г.
Проверил
Доктор технических наук, профессор
каф. РЗИ:
_______ А.А. Титов
_______ марта 2005г.
Томск 2005
РЕФЕРАТ
Курсовая работа 31 с., 21 рис, 1 табл., 4 источника.
УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, РАБОЧАЯ ТОЧКА, ВЫБОР
ТРАНЗИСТОРА, СХЕМЫ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ ТРАНЗИСТОРА,
ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ДЖИАКОЛЕТТО, ДРОССЕЛЬНЫЙ КАСКАД.
Объектом исследования является широкополосный усилитель мощности.
В данной курсовой работе рассматриваются условия выбора транзистора,
методы расчета усилительных каскадов, корректирующих цепей, цепей
термостабилизации.
Цель работы – приобрести навыки расчета транзисторных усилителей
мощности.
В результате работы был рассчитан широкополосный усилитель мощности,
который может использоваться в качестве усилителя мощности стандартных
сигналов, а также в качестве усилителя, применяющегося для калибровки
усилителей мощности телевизионных передатчиков.
Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft World
2003, с использованием графического редактора PAINT и представлена на
дискете 3,5”.
| | |
| | |
|СОДЕРЖАНИЕ | |
| | |
|1. Введение |5 |
|2. Расчет структурной схемы усилителя |6 |
|2.1 Определение числа каскадов |6 |
|2.2 Распределение искажений по каскадам |6 |
|3. Расчет оконечного каскада |7 |
|3.1 Расчет требуемого режима транзистора |7 |
|3.1.1 Расчет параметров резистивного каскада |7 |
|3.1.2 Расчет дроссельного каскада |8 |
|3.2 Выбор транзистора |10 |
|3.3 Расчет и выбор схемы термостабилизации |11 |
|3.3.1 Эмиттерная термостабилизация |11 |
|3.3.2 Пассивная коллекторная термостабилизация |12 |
|3.3.3 Активная коллекторная термостабилизация |13 |
|3.4 Расчет эквивалентной схемы замещения |14 |
|3.5 Переход к однонаправленной модели транзистора |16 |
|4. Расчет промежуточного каскада |18 |
|4.1 Расчет рабочей точки для промежуточного каскада |18 |
|4.2 Выбор транзистора для промежуточного каскада |19 |
|4.3 Расчет эквивалентных схем замещения |20 |
|4.4 Расчет эмиттерной термостабилизации |21 |
|4.5 Переход к однонаправленной модели транзистора |22 |
|4.6 Расчет промежуточного каскада с эмиттерной коррекцией |24 |
|5. Искажения, вносимые входной цепью |26 |
|6. Расчет результирующей характеристики |27 |
|7. Заключение |28 |
|Список использованных источников |29 |
|РТФ КП.468.731.001.ПЗ Схема электрическая принципиальная |30 |
|РТФ КП.468.731.001.ПЗ Перечень использованных элементов |31 |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | |
| | | | | |РТФ КП 468731.001 П3 |
| | | | | | |
|Из|Лис|N0 |Подп.|Дат| |
|м.|т. |докум. | |а | |
|Разраб|Храмцов | | |Усилитель широкополсный |Лит. |Лист|Лис|
|. |Б.В. | | |Пояснительная записка | | |тов|
|Н. | | | | | |
|контр.| | | | | |
|Утв. | | | | | |
1 Введение
Сейчас в электронной технике часто используются разнообразные
усилительные устройства. В любом теле-радиоустройстве, в компьютере есть
усилительные каскады.
В данном курсовом проекте решается задача проектирования усилителя
напряжения на основе операционных усилителей.
Операционный усилитель (ОУ) – усилитель постоянного тока с полосой
пропускания в несколько мегагерц с непосредственной связью между каскадами
(т.е. без Ср), с большим коэффициентом усиления, высоким входным и малым
выходным сопротивлениями, а также низким уровнем шума, при хорошей
температурной стабильности, способный устойчиво работать при замкнутой цепи
обратной связи (ОС).
ОУ предназначен для выполнения различных операций над аналоговыми
величинами, при работе в схеме с глубокими отрицательными обратными связями
(ООС). При этом под аналоговой величиной подразумевается непрерывно
изменяющееся напряжение или ток
Основной целью данного курсового проекта является разработка
широкополосного усилителя.
В задачу входит анализ исходных данных на предмет оптимального
выбора структурной схемы и типа электронных компонентов, входящих в состав
устройства, расчёт цепей усилителя.
По заданию усилитель должен усиливать сигнал в полосе частот от 4 до
40 МГц с частотными искажениями не более 2 дБ на верхних и 3дБ нижних
частотах. Нелинейные искажения усилителя необходимо оценить.
2 Расчет структурной схемы усилителя
2.1 Определение числа каскадов
Чтобы обеспечить амплитуду выходного сигнала, заданную в техническом
задании, нужно выбрать многокаскадный усилитель, так как одного
усилительного элемента недостаточно. Поэтому определим число каскадов для
обеспечения выходного сигнала.
Структурную схему многокаскадного усилителя можно представить как
Рисунок 2.1 - Структурная схема усилителя
K - коэффициент усиления, дБ;
Ki - коэффициент усиления i-го каскада, дБ; i = 1,...,n; n - число
каскадов.
Для ШУ диапазона ВЧ с временем установления порядка десятков
наносекунд ориентировочно число каскадов можно определить, полагая, что все
каскады с одинаковым Ki равным 10 децибел, то есть:
[pic]
(2.1)
2.2 Распределение искажений по каскадам
Для многокаскадного ШУ результирующий коэффициент частотных
искажений в области верхних частот (ВЧ) определяется как:
[pic],
(2.2)
где Yв - результирующий коэффициент частотных искажений в области
ВЧ, дБ.
Yвi - коэффициент частотных 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 большого сигнала, поэтому расчет
его ведем так, чтобы обеспечить заданную амплитуду выходного напряжения при
допустимых линейных (в области верхних частот или малых времен) и
нелинейных искажениях.
Расчет начнем с выбора транзистора и режима его работы.
3.1 Расчет требуемого режима транзистора
Задание определённого режима транзистора по постоянному току
необходимо для обеспечения требуемых характеристик всего каскада.
Для расчета требуемого режима транзистора необходимо определиться с
типом каскада, для этого рассчитаем оба: и резистивный и дроссельный
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, [pic],
сопротивление коллекторной цепи возьмем равной Rк = Rн = 50 Ом.
Принципиальная схема каскада приведена на рис. 3.1,а, эквивалентная
схема по переменному току на рис. 3.1,б.
[pic] а) б)
Рисунок 3.1 – Принципиальная и эквивалентная схемы резистивного
каскада
1) Найдем ток и напряжение в рабочей точке:
[pic],
(3.1)
где [pic] - напряжение рабочей точки или постоянное напряжение на
переходе коллектор эмиттер;
[pic] - напряжение на выходе усилителя;
[pic] - остаточное напряжение на транзисторе.
2) Найдем сопротивление нагрузки по сигналу:
[pic] (3.2)
3) Постоянный ток коллектора:
[pic], (3.3)
где [pic] - постоянная составляющая тока коллектора;
[pic] - сопротивление нагрузки по сигналу.
4) Выходная мощность усилителя равна:
[pic] (3.4)
5) Напряжение источника питания равно:
[pic] (3.5)
6) Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора равна:
[pic] (3.6)
7) Мощность, потребляемая от источника питания:
[pic]
(3.7)
8) КПД:[pic] (3.8)
3.1.2 Расчёт дроссельного каскада
В дроссельном каскаде в цепи коллектора вместо сопротивления
используется индуктивность, которая не рассеивает мощность и требует
меньшее напряжение питания, поэтому у этого каскада выше КПД.
Используем требуемые параметры задания: Rн=50 Ом, [pic].
Принципиальная схема дроссельного каскада по переменному току
изображена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2-Схема дроссельного каскада по переменному току.
1) Найдем напряжение в рабочей точке:
[pic]
(3.9)
2) Постоянный ток коллектора:
[pic]
(3.10)
3) Выходная мощность усилителя:
[pic]
(3.11)
4) Напряжение источника питания равно:
[pic]
|
