Скачать

Усилитель широкополосный

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 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									5 6 6 6 7 7 7 8 10 11 11 12 13 14 16 18 18 19 20 21 22 24 26 27 28 29 30 31
					РТФ КП 468731.001 П3
Изм.	Лист.	N0 докум.	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.

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:

(2.1)

2.2 Распределение искажений по каскадам

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

, (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, , 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.

а) б)

Рисунок 3.1 – Принципиальная и эквивалентная схемы резистивного каскада

1) Найдем ток и напряжение в рабочей точке:

, (3.1)

где - напряжение рабочей точки или постоянное напряжение на переходе коллектор эмиттер;

- напряжение на выходе усилителя;

- остаточное напряжение на транзисторе.

2) Найдем сопротивление нагрузки по сигналу:

(3.2)

3) Постоянный ток коллектора:

, (3.3)

где - постоянная составляющая тока коллектора;

- сопротивление нагрузки по сигналу.

4) Выходная мощность усилителя равна:

(3.4)

5) Напряжение источника питания равно:

(3.5)

6) Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора равна:

(3.6)

7) Мощность, потребляемая от источника питания:

(3.7)

8) КПД: (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, .

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:

(3.9)

2) Постоянный ток коллектора:

(3.10)

3) Выходная мощность усилителя:

(3.11)

4) Напряжение источника питания равно:

(3.12)

5) Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

(3.13)

6) Мощность, потребляемая от источника питания:

(3.14)

7) КПД: (3.15)

Таблица 3.1 - Характеристики вариантов схем коллекторной цепи.