Усилитель корректор

Министерство образования Российской Федерации ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ТУСУР Кафедра радиоэлектроники и защиты информации РЗИ Усилитель корректор.Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Схемотехника аналоговых электронных устройств Выполнил студент гр.148-3 КузнецовА.В. Проверил Преподаватель каф.РЗИ ТитовА.А. 2001 ОЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АЧХ. Целью данной работы является усвоение методики расчета аналоговых усилительных устройств.

В данной работе производился расчет широкополосного усилителя с наклоном АЧХ для корректирования входного сигнала. Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0, представлена на дискете.Техническое задание Тема проэкта широкополосный усилитель-корректор 1.Диапазон частот от 20МГц до 400МГц 2.Допустимые частотные искажения в области НЧ 3дБ, в ВЧ 3 дБ 3.Источник входного сигнала 50 Ом 4.Амплитуда напряжения на выходе 3В 5.Характер и величина нагрузки 50 Ом 6.Условия эксплуатации 10-60 С 7. Дополнительные требования С ростом частоты коэфициент усиления должен возрастать с подъемом с 30дБ до 33дБ Содержание 1.Введение 2.Определение числа каскадов 3.Распределение искажений в области высоких частот 4 Расчет оконечного каскада 4.1 Расчет рабочей точки 4.2 Выбор транзистора 4.3 Расчт эквивалентной схемы транзистора 8 4.4 Расчет цепей питания и термостабилизации 9 4.5 расчет элементов высокочастотной коррекции 5 Расчт предоконечного каскада 6 Расчт входного каскада 7 Расчет блокировочных и разделительных емкостей 8 Техническая документация.9 Заключение 10 Литература 1.Введение В данной курсовой работе требуется рассчитать корректирующий усилитель с подъмом амплитудно-частотной характеристики.

Необходимость усиливать сигнал, возникает из-за того, что достаточно велики потери в кабеле.

К тому же потери значительно возрастают с ростом частоты.

Для того, чтобы компенсировать эти потери сигнал после прима предварительно усиливают, а затем направляют далее по кабелю. При этом усилитель должен иметь подъм АЧХ в области высоких частот.В данной работе требовалось обеспечить подъм равный 3дБ на октаву. При проектировании усилителя основной трудностью является обеспечение заданного усиления в рабочей полосе частот.

В данном случае полоса частот составляет 20-400 МГц Для реализации широкополосных усилительных каскадов с заданным подъмом амплитудно-частотной характеристики АЧХ предпочтительным является использование диссипативной корректирующей цепи четвертого порядка 2 Определение числа каскадов Для обеспечения заданного коэффициента усиления равного 30 дБ при коэффициенте усиления транзистора около 10дБ, примем число каскадов усилителя равное 3 Распределение искажений в области высоких частот Рассчитывая усилитель будем исходить из того, что искажения вносимые корректирующими цепями каскадов не превышают 1,5 дБ, а искажения вносимые выходной корректирующей цепью не превышают 1 дБ, тогда искажения вносимые усилителем не превысят 2,5 дБ. 4 Расчет оконечного каскада 4.1 Расчет рабочей точки Рассчитаем рабочую точку транзистора для резистивного и дроссельного каскада используя формулы , 4.1 где амплитуда напряжения на выходе усилителя, сопротивление нагрузки.

Вт 4.2 А , 4.3 где ток рабочей точки А для резистивного каскада А А для дроссельного каскада А , 4.4 где напряжение рабочей точки, а . В 4.5 - Вт рассеиваемая мощность для резистивного каскада - Вт рассеиваемая мощность для дроссельного каскада , 4.6 где напряжение питания каскада В - для резистивного каскада В - для дроссельного каскада 4.7 Вт - для резистивного каскада Вт - для дроссельного каскада.

Принципиальная схема резистивного каскада представлена на рисунке 4.1.1,а эквивалентная схема по переменному току на рисунке 4.1.1,б, дроссельного каскада на рисунке 4.1.2,а и его эквивалентная схема по переменному току на рисунке 4.1.2,б. а б Рисунок 4.1.1 а б Рисунок 1.2 Здесь сопротивление нагрузки, разделительная емкость. Результаты вычислений ,В ,В ,мВт ,мВт ,мА с ,656601531132 с 4.2 Выбор транзистора. Нагрузочные прямые При выборе транзистора нужно учесть предельные значения транзистора В А для резистивного каскада А для дроссельного каскада Вт для резистивного каскада Вт для дроссельного каскада Ггц. ,В ,мВт ,ГГц ,мА с ,7-4158 с 63301,7-479 Свой выбор остановим на транзисторе КТ939А предельные допустимые значения которого полностью отвечают вышеуказанным требованиям. Необходимые справочные данные транзистора КТ939А 2. 18 В , 0,4 А , 4 Вт , 3060 МГц, 4,6 пс , 6,04 пФ при 5 В , 113, нГн, нГн. Построим нагрузочные прямые для двух описанных выше каскадов. а б Рисунок 4.2 Исходя из вышеуказанных результатов вычислений, целесообразней всего применять дроссельный каскад, так как при использовании дроссельного каскада меньше напряжение питания, рассеиваемая мощность, а также потребляемая мощность что очень существенно. 4.3 Расчет эквивалентной схемы транзистора Расчет каскада основан на применении эквивалентной схемы замещения транзистора 3 рисунок 4.3.1,а ,а также однонаправленной схемы замещения4 рисунок 4.3.1,б. а б Рисунок 3.1 Здесь проводимость базы , 4.8 где постоянная времени цепи обратной связи табличное значение, мкость коллекторного перехода табличное значение, проводимость база-эмиттер См , 4.9 где сопротивление эмиттера , 4.10 где ток рабочей точки, статический коэффициент передачи тока с общим эмиттером.

Ом См , 4.11 где граничная частота транзистора. пФ входная индуктивность, где индуктивность базового и эмиттерного выводов соответственно нГн выходное сопротивление транзистора , 4.12 где и допустимые параметры транзистора.

Ом . В расчете также используется параметр , 4.13 где верхняя частота усилителя . 4.4 Расчет цепей питания и выбор схемы термостабилизации Рассмотрим три варианта схем термостабилизации эмиттерную, пассивную коллекторную и активную коллекторную и произведем для них расчет.

Схема эмиттерной термостабилизации представлена на рисунке 4.4.1. Рисунок 4.4.1 Здесь , задают смещение напряжения на базе транзистора, элемент термостабилизации, шунтирует по переменному току 4.14 где падение напряжения на резисторе примем 4 В. Ом 4.15 В, 4.16 4.17 где ток базового делителя . А Ом Ом 4.18 мкГн. Схема пассивной коллекторной термостабилизации представлена на рисунке 4.4.2. Рисунок 4.4.2 Здесь осуществляет смещение напряжения, а также используется в качестве элемента термостабилизации.

Примем , 4.19 где 4.20 А КОм 4.21 ,3 В. Рассмотрим схему активной коллекторной термостабилизации 5. Рисунок 4.4.3 В данной схеме транзистор VT2 используется в качестве элемента термостабилизации.

Ток коллектора VT2 является базовым током смещения.

Здесь , -базовый делитель для транзистора VT2, предотвращает генерацию в каскаде. 1 В, примем 1 В 4.22 Ом 4.23 В , 4.24 где ток коллектора транзистора VT1, статический коэффициент передачи тока с общим эмиттером транзистора VT1 -ток базового смещения транзистора VT1. А , 4.25 где - ток коллектора транзистора VT2 4.26 где , -напряжения рабочей точки транзистора VT1 и VT2. В 4.27 Ом 4.28 4.29 где Ом Ом Ом. Для данного каскада схема эмиттерной термостабилизации более приемлема, чем остальные.

Во-первых, она обеспечивает высокую стабильность, во-вторых, она легко реализуема, так как содержит малое количества элементов, в-третьих, эта схема применяется для маломощных каскадов. 4.5 Расчет элементов высокочастотной коррекции Так как нужно реализовать усилитель с подъемом АЧХ, то необходимо применение диссипативной межкаскадной корректирующей цепи четвртого порядка 1. Принципиальная схема усилителя с межкаскадной корректирующей цепью четвертого порядка приведена на рисунке 4.5.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 4.5.1,б. а б Рисунок 4.5.1 Коэффициент усиления каскада на транзисторе VT2 в области верхних частот можно описать выражением , 4.30 где ,коэффициент усиления каскада 4.31 RВХН нормированное входное сопротивление транзистора VT2 нормированные относительно и значения элементов L1, R2, C3, C4, L5, соответствующие преобразованной схеме КЦ, в которой значение СВХ2 равно бесконечности СВЫХ1 выходная емкость транзистора T1 нормированная частота текущая круговая частота высшая круговая частота полосы пропускания разрабатываемого усилителя.

Для расчета элементов корректирующей цепи нужно воспользоваться таблицей 9.1 приведенной в 5. Оконечный каскад реализуем с подъмом в 3дБ, а предоконечный и выходной с подъмом в 0 дБ искажения каждого дБ. Так как для расчета требуется знать транзистора VT2 то нужно сделать выбор транзистора предоконечного каскада.

Свой выбор остановим на транзисторе КТ939А. Сопротивление выхода этого транзистора нам известно Для расчета элементов воспользуемся формулами 4.32 С помощью таблицы получены следующие нормированные значения элементов. 1,68, 0,842, ,4,99, 4,62, 0,234 4.33 Денормируя полученные значения, определим 57 нГн 71,5 Ом 18 пФ 8,3 пФ 13 нГн. В усилительных каскадах расширение полосы пропускания связано с потерей части выходной мощности в резисторах корректирующих цепей КЦ либо цепей обратной связи.

От выходных каскадов усилителей требуется, как правило, получение максимально возможной выходной мощности в заданной полосе частот. Из теории усилителей известно, что для выполнения указанного требования необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора равным постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот.

Этого можно достигнуть, включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 4.5.2. а б Рисунок 4.5.2 Использование фильтра нижних частот в качестве выходной КЦ при одновременном расчете элементов L1, C1 по методике Фано позволяет обеспечить минимально возможное, соответствующее заданным CВЫХ и fB, значение максимальной величины модуля коэффициента отражения в полосе частот от нуля до fB. Находим коэффициент по формуле 4.34 Далее находим по таблице 7.1 приведнной в 1 значения соответствующие коэффициенту Истинные значения элементов рассчитываются по формулам 4.35 . 5 Расчет предоконечного каскада Расчет рабочей точки предоконечного каскада производится по тем же формулам что и оконечный, только ток рабочей точки вычисляется по формуле , 5.1 где -ток рабочей точки выходного каскада, а -коэффициент усиления выходного каскада, А В мВт. Произведем расчет схем замещения по формулам 4.8-4.13. См Ом См пФ Ом. Произведем расчет схемы термостабилизации и цепи питания. В этом каскаде также применена эмиттерная термостабилизация.

Для расчета используем формулы 4.14-4.18. 4 В Ом В А Ом Ом. Для расчета межкаскадной корректирующей цепи четвертого порядка выберем транзистор входного каскада.

В входном каскаде используется транзистор КТ939А. Данные из таблицы для каскада с подъемом в 0 дБ с искажением дБ. Для расчета используем формулы 4.30-4.33. 2,22, 1,11, ,5,23, 3,69, 0,291 Денормируя полученные значения, определим 75нГн 94,3 Ом 18 пФ 6,1 пФ 16,1 нГн мкГн. На рисунке 5.1 представлена электрическая схема каскада.

Рисунок 5.1 6 Расчет входного каскада.

Расчет выходного каскада производится по тем же формулам что и оконечный.

А В мВт. В данном каскаде используется транзистор КТ939А. Расчет эквивалентных схем замещения произведем по формулам 4.8-4.13 См Ом См пФ Ом. Произведем расчет схемы термостабилизации и цепи питания.

В этом каскаде применена эмиттерная термостабилизация. Для расчета используем формулы 4.14-4.18. 4 В Ом В А Ом Ом. Расчет входной корректирующей цепи четвертого порядка. Данный расчет отличается отсутствием выходной емкости источника сигнала поэтому расчет упрощается.Для расчета используем формулы 4.30-4.33. Данные из таблицы для каскада с подъемом в 0 дБ с искажением дБ 2,22, 1,11, ,5,23, 3,69, 0,291 Денормируя полученные значения, определим 44нГн 55,5 Ом 41,6 пФ 29 пФ 5,8 нГн мкГн. На рисунке 6.1 представлена электрическая схема каскада.

Рисунок 6.1 7 Расчет разделительных и блокировочных мкостей Рассчитаем максимальные искажения, вносимые разделительными и блокировочными мкостями в области низких частот.Так как значение искажений задано 1,5 дБ то на разделительные и блокировочные мкости должно приходится искажений по 0,75 дБ. Рассчитаем искажения приходящуюся на каждую мкость и переведм эти значения в разы. Рассчитаем разделительные мкости по формуле 3 , 7.1 где нижняя граничная круговая частота, выходное сопротивление источника сигнала, входное сопротивление приемника. пФ пФ пФ Произведем расчет блокировочных емкостей по формуле 3 , 7.2 где крутизна транзистора, сопротивление термостабилизации где мАв мАв мАв мАв нФ нФ нФ. Для уменьшения искажений последовательно с разделительной емкостью включим дополнительное сопротивление параллельно емкости корректирующей цепи каскада.

Дополнительное сопротивление высчитывается по формуле , 7.3 где сопротивление нагрузки для оконечного каскада и сопротивление для остальных каскадов. Ом Ом Ом. Так же включим последовательно с сопротивлением цепи коррекции со стороны земли.

Дополнительную емкость включим только к оконечному и предоконечному каскаду 7.4 пФ. нФ 468730.001.ЛистN C 148-3Позиционные ОбозначенияКонденсаторы ОЖ0.460.203 ТУС1КД-2-750пФ51С2КД-2-39пФ51С3КД-2-30пФ 51С4КД-2-2нФ51C5,С13,С16КД-2-8,2пФ53С6,С 11КД-2-470пФ52С7,с12КД-2-18пФ52С8КД-2-6, 2пФ51С9КД-2-15нФ51С10КД-2-1,1нФ51С14КД-2 -30нФ51С15КД-2-290пФ51ИндуктивностиL1Инд уктивность 44нГн101L2Индуктивность 5,8нГн101L3Индуктивность 2,21мкГн101L4Индуктивность 75нГн101L5Индуктивность 16нГн101L6Индуктивность 3,75мкГн10 10101L7Индуктивность 57нГн10L8Индуктивность 13нГн10L9Индуктивность 2мкГн10L10Индуктивность 19нГн10Резисторы ГОСТ 7113-77R1МЛТ 0,125-56Ом101R2,R8МЛТ 0,125-2,4кОм102R3МЛТ 0,125-7,5кОм101R4МЛТ 0,125-6,2кОм101R5МЛТ 0,125-470Ом101R6МЛТ 0,125-91Ом101R7МЛТ 0,125-6,8кОм101R9МЛТ 0,125-2кОм101R10МЛТ 0,125-150Ом101R11МЛТ 0,125-68Ом101R12МЛТ 0,125-430Ом101R13МЛТ 0,125-1кОм101R14МЛТ 0,125-820Ом101R15МЛТ 0,125-60Ом101Транзисторы V1,V2,V3КТ939А3 468730.001 N . 148-3 9 Заключение Рассчитанный усилитель имеет следующие технические характеристики 1. Рабочая полоса частот 20-400 МГц 2. Линейные искажения в области НЧ не более 3 дБ в области ВЧ не более 3 дБ 3. Коэффициент усиления 32дБ с подъмом АЧХ 3 дБ 4. Амплитуда выходного напряжения Uвых3 В 5. Питание однополярное, Eп9 В 6. Диапазон рабочих температур от 10 до 60 градусов Цельсия Усилитель рассчитан на нагрузку Rн50 Ом Усилитель имеет запас по усилению 2дБ, это нужно для того, чтобы в случае ухудшения, параметров отдельных элементов коэффициент передачи усилителя не опускался ниже заданного уровня, определнного техническим заданием. 10 Литература 1. Титов А.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на полевых транзисторах httpreferat.rudownloadref-2770.zip 2. Полупроводниковые приборы.

Транзисторы средней и большой мощности СправочникА.А. Зайцев и др. Под ред. А.В.Голомедова М. Радио и Связь, 1989 640 с.Ил. 3. Мамонкин И.П. Усилительные устройстваУчебное пособие для вузов М.Связь,1977 4. Титов А.А. Расчет межкаскадной согласующей цепи транзисторного полосового усилителя мощности.Электронная техника.

Сер. СВЧ-техника.

Вып. 1475 2000 г. 5. Титов А.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах httpreferat.rudownloadref-2764.zip.