Министерство образования Российской Федерации ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ТУСУР Кафедра радиоэлектроники и защиты информации РЗИ УСИЛИТЕЛЬ ПРИМНОГО БЛОКА ШИРОКОПОЛОСНОГО ЛОКАТОРА Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Схемотехника и АЭУ Студент гр. 148-3 Воронцов С.А. 01 Руководитель Доцент кафедры РЗИ Титов А.А. 2001 Реферат Курсовой проект 18 с 11 рис 1 табл. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ Кu, АМПЛИТУДНОЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЧХ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ МКОСТИ, ДРОССЕЛИ, КОМБИНИРОВАННЫЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ. Объектом проектирования является проектирование усилителя примного блока широкополосного локатора.
Цель работы приобретение навыков аналитического расчта усилителя по заданным к нему требованиям. В процессе работы производился аналитический расчт усилителя и вариантов его исполнения, при этом был произведн анализ различных схем термостабилизации, рассчитаны эквивалентные модели транзистора, рассмотрены варианты коллекторной цепи транзистора.
В результате расчета был разработан широкополосный усилитель с заданными требованиями. Полученный усилитель может быть использован как усилитель высокой частоты в примных устройствах. Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 0. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ на курсовое проектирование по курсу Аналоговые электронные устройства студент гр. 148-3
Коэффициент усиления 15 dB. Исходные данные для проектирования аналогового устройства. 3. Расчт полосы пропускания входного каскада 5 Расчт мкостей и дросселей ... Амплитуда напряжения на выходе 1 В.
Заключение 7 Список использованных источников 1 Введение Цель работы приобретение навыков аналитического расчта широкополосного усилителя по заданным к нему требованиям.
Вс более широкие сферы деятельности человека не могут обойтись без радиолокации.
Следовательно, к устройствам радиолокации предъявляются вс более жсткие требования. В первую очередь это хорошее согласование по входу и выходу, хорошая повторяемость характеристик усилителей при их производстве, без необходимости подстройки, миниатюризация.
Всеми перечисленными выше свойствами обладают усилители с отрицательными комбинированными обратными связями 1, что достигается благодаря совместному использованию последовательной местной и параллельной обратной связи по напряжению 2 Основная часть 2.1 Анализ исходных данных Исходя из условий технического задания, наиболее оптимальным вариантом решения моей задачи будет применение комбинированной обратной связи.2 Вследствие того, что у нас будут комбинированные обратные связи, которые нам дадут хорошее согласование по входу и выходу, в них будет теряться 12 выходного напряжения, то возьмм Uвых в 2 раза больше заданного, т.е. 2В. 2.2 Расчт оконечного каскада 2.1 Расчт рабочей точки Возьмм Uвых в 2 раза больше чем заданное, так как часть выходной мощности теряется на ООС.2 Uвых2Uвыхзаданного2 Iвых 0,04 А Расчитаем каскады с резистором и индуктивностью в цепи коллектора Расчт резистивного каскада при условии RнRк50 Ом рис1. Рисунок 2.2.1.1- Резистивный каскад Рисунок 2.2.1.2- Нагрузочные прямые. по переменному току. Расчитаем выходной ток для каскада с резистором в цепи коллектора Iвых 0,08 А Расчитаем ток и напряжение в рабочей точке Uкэ0UвыхUост, Uост примем равным 2В. 2.2.1 Iк0Iвых0,1Iвых 2.2.2 Uкэ03 В Iк00,088 А Расчитаем выходную мощность Pвых 0,04 Вт Напряжение питания тогда будет EпUкэ0URкUкэ0 Iк0Rк7,4 В Найдм потребляемую и рассеиваемую мощность PрассUкэ0Iк00,264 Вт Рпотр EпIк00,651Вт Для того чтобы больше мощности шло в нагрузку, в цепь коллектора включаем дроссель.2 Расчт каскада при условии что в цепь коллектора включен Lк рис3. Рисунок 2.2.1.3- Индуктивный каскад Рисунок 2.2.1.4- Нагрузочные прямые. по переменному току. Расчитаем выходной ток для каскада с индуктивностью в цепи коллектора Iвых 0,04 А По формулам 2.2.1 и 2.2.2 расчитаем рабочую точку.
Uкэ03 В Iк00,044 А Найдм напряжение питания, выходную, потребляемую и рассеиваемую мощность Pвых 0,04 Вт EпUкэ03 В Рк рассUкэ0Iк00,132 Вт Рпотр EпIк00,132 Вт Еп,ВРрасс,ВтРпотр,Вт Iк0,АС Rк 7,4 0,264 0,651 0,088 С Lк 3 0,132 0,132 0,044Таблица 2.2.1.1- Характеристики вариантов схем коллекторной цепи Из энергетического расчта усилителя видно, что целесообразнее использовать каскад с индуктивностью в цепи коллектора.
Выбор транзистора осуществляется с учтом следующих предельных параметров 1. граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ 2. предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер 3. предельно допустимого тока коллектора 4. предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе. Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ996А. Его основные технические характеристики приведены ниже. Электрические параметры 1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц 2. Постоянная времени цепи обратной связи пс 3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ 4. мкость коллекторного перехода при В пФ 5. Индуктивность вывода базы нГн 6. Индуктивность вывода эмиттера нГн. Предельные эксплуатационные данные 1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В 2. Постоянный ток коллектора мА 3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт 2.2.2 Расчт эквивалентных схем замещения транзистора. 2.2.2.1Расчт параметров схемы Джиаколетто.
Рисунок 2.2.2.1.1- Эквивалентная схема биполярного транзистора схема Джиаколетто. Найдм параметры всех элементов схемы2 Пересчитаем мкость коллектора из паспортной СктребСкпасп 1, 2,92 пФ Найдм gб, причм rб rб 2,875 Ом gб 0,347 Cм Для нахождения rэ воспользуемся формулой rэ, где Iк0 в мА rэ 1,043 Ом Найдм оставшиеся элементы схемы gбэ 0,017,где Я055 по справочнику Cэ 30,5 пФ,где fТ5000Мгц по справочнику Ri 100 Ом, gi0.01См, где Uкэдоп20В Iкодоп200мА. 2.2.2.2Расчт однонаправленной модели транзистора.
Данная модель применяется в области высоких частот.
Рисунок 2.2.2.2.1- Однонаправленная модель транзистора.
Параметры эквивалентной схемы расчитываются по приведнным ниже формулам.2 Входная индуктивность , 2.2.2.1 где индуктивности выводов базы и эмиттера. Входное сопротивление , 2.2.2.2 где, причм, и справочные данные.
Выходное сопротивление . 2.2.2.3 Выходная мкость . 2.2.2.4 В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы Lвх LбLэ10,1831,183 нГн Rвхrб2,875 Ом RвыхRi100 Ом СвыхСктреб2,92 пФ fmaxfт5 ГГц 2.2.3 Расчт и выбор схемы термостабилизации. 2.2.3.1 Эмитерная термостабилизация.
Эмитерная термостабилизация широко используется в маломощных каскадах, так как потери мощности в ней при этом не значительны и е простота исполнения вполне их компенсирует, а также она хорошо стабилизирует ток коллектора в широком диапазоне температур при напряжении на эмиттере более 3В.1 Рисунок 2.2.3.1.1- Каскад с эмитерной термостабилизацией.
Рассчитаем параметры элементов данной схемы.
Uэ4 В EпUкэ0Uэ7 В Rэ 90,91 Ом Rб1 , Iд10Iб, Iб , Iд 0,008 А Rб1 264,1 Ом Rб2 534,1 Ом. Наряду с эмитерной термостабилизацией используются пассивная и активная коллекторная термостабилизации.1 2.2.3.2Пассивная коллекторная термостабилизация Ток базы определяется Rб. При увеличении тока коллектора напряжение в точке А падает и следовательно уменьшается ток базы, а это не дат увеличиваться дальше току коллектора. Но чтобы стал изменяться ток базы, напряжение в точке А должно измениться на 10-20, то есть Rк должно быть очень велико, что оправдывается только в маломощных каскадах1. Рисунок 2.2.3.2.1- Схема пассивной коллекторной термостабилизации Rк 159.1Ом URк7 В EпUкэ0URк10 В Iб 0.0008А Rб 2875 Ом. 2.2.3.3 Активная коллекторная термостабилизация. Можно сделать чтобы Rб зависило от напряжения в точке А см. рис.2.2.3.2.1. Получим что при незначительном уменьшении увеличении тока коллектора значительно увеличится уменьшится ток базы. И вместо большого Rк можно поставить меньшее на котором бы падало порядка 1В см. рис.2.2.3.3.1.1 100 Rк 22,73 Ом EпUкэ0UR4 В Iд210Iб2 0.00008 A R3 28,75 кОм R1 21,25 кОм R2 4.75 кОм. Рисунок 2.2.3.3.1- Активная коллекторная термостабилизация.
Данная схема требует значительное количество дополнительных элементов, в том числе и активных.
Если Сф утратит свои свойства, то каскад самовозбудится и будет не усиливать, а генерировать. Основываясь на проведнном выше анализе схем термостабилизации выберем эмитерную. 3 Расчт входного каскада по постоянному току 3.1 Выбор рабочей точки При расчте требуемого режима транзистора промежуточных и входного каскадов по постоянному току следует ориентироваться на соотношения, приведнные в пункте 2.2.1 с учтом того, что заменяется на входное сопротивление последующего каскада.
Но, при малосигнальном режиме, за основу можно брать типовой режим транзистора обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов мА и В. Поэтому координаты рабочей точки выберем следующие мА, В. Мощность, рассеиваемая на коллекторе мВт. 3.2 Выбор транзистора Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 2.2.1. Этим требованиям отвечает транзистор КТ3115А-2. Его основные технические характеристики приведены ниже. Электрические параметры 1. граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ГГц 2. Постоянная времени цепи обратной связи пс 3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ 4. мкость коллекторного перехода при В пФ 5. Индуктивность вывода базы нГн 6. Индуктивность вывода эмиттера нГн. 7. мкость эмиттерного перехода пФ Предельные эксплуатационные данные 1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В 2. Постоянный ток коллектора мА 3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт 3.3 Расчт эквивалентной схемы транзистора Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 2.2.2.2.1 Расчт е элементов производится по формулам, приведнным в пункте 2.2.2.1 нГн пФ Ом Ом Ом пФ. 3.3 Расчт цепи термостабилизации Для входного каскада также выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.3.1. Рисунок 3.3.1 Метод расчта схемы идентичен приведнному в пункте 2.2.3.1 с той лишь особенностью что присутствует, как видно из рисунка, сопротивление в цепи коллектора. Эта схема термостабильна при В и мА. Напряжение питания рассчитывается по формуле В. Расчитывая элементы получим Ом кОм кОм 4.1 Расчет полосы пропускания выходного каскада Поскольку мы будем использовать комбинированные обратные 1, то все соответствующие элементы схемы будут одинаковы, т.е. по сути дела расчт всего усилителя сводится к расчту одного каскада.
Рисунок 2.3.1 - Схема каскада с комбинированной ООС Достоинством схемы является то, что при условиях и 4.1.1 схема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие ,7. Поэтому практически отсутствует взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании 6. При выполнении условия 1.53, коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением , 4.1.2 где 4.1.3 . Из 2.3.1, 2.3.3 не трудно получить, что при заданном значении . 4.1.4 При заданном значении, каскада равна , 4.1.5 где. Нагружающие ООС уменьшают максимальную амплитуду выходного сигнала каскада, в котором они используются на величину. При выборе и из 4.1.3, ощущаемое сопротивление нагрузки транзистора каскада с комбинированной ООС равно. Расчт Kо Для реализации усилителя используем четыре каскада.
В этом случае коэффициент усиления на один каскад будет составлять Ко 4.5дБ или 1.6 раза Ом Rэ Ом Общий уровень частотных искажений равен 3 дБ, то Yв для одного каскада примем равным Подставляя все данные в 4.1.5 находим fв Рисунок 4.1.1- Усилитель примного блока широкополосного локатора на четырх каскадах. 4.2. Расчт полосы пропускания входного каскада Все расчты ведутся таким же образом, как и в пункте 4.1 с той лишь разницей что берутся данные для транзистора КТ3115А-2.Этот транзистор является маломощным, тем самым, применив его в первых трх каскадах, где уровень выходного сигнала небольшой, мы добьемся меньших потерь мощности.
Ом Rэ Ом Так каr в усилителе 4 каскада и общий уровень частотных искажений равен 3 дБ, то Yв для одного каскада примем равным Подставляя все данные в 4.1.5 находим fв , Все требования к усилителю выполнены 5 Расчт мкостей и дросселей. Проводимый ниже расчт основан на 2. нФ мкГн На нижних частотах неравномерность АЧХ обусловлена мкостями Ср и Сэ, поэтому пусть 1,5 dB вносят Ср и столько же Сэ где 5.1 R1 и R2 сопротивления соответственно слева и справа от Ср Yн допустимые искажения вносимые одной мкостью. dB, раз, для Ср1 и раз, для Сэ. R1Rвыхкаскада, R2RвхкаскадаRн50 Ом, для Ср1 межкаскадной, R1RгRвых3-го каскада50 Ом, R2RвхкаскадаRн50 Ом, для Ср2 Ом, По формуле 2.4.1 рассчитаем Ср. пФ, пФ нс, нФ. РТФ КП 468730.001.ПЗусилитель примногоЛитМассаМасштабИзмЛистNдокум. Под п. Датаблока широкополосногоВыполнилВоронцовлокатораП роверилТитовЛистЛистовТУСУР РТФ ПринципиальнаяКафедра РЗИсхемагр. 148-3С1,С13КД-2-60 пФ102Позиция Обозн. НаименованиеКолПримечаниеКонденсат оры ОЖ0.460.203 ТУС2,С5, С8,С11КД-2-1200 пФ104С3,С6 С9,С12КД-2-0.3 нФ104С4,С7, С10КД-2-33 пФ103Катушки индуктивности L1Индуктивность 8 мкГн101Резисторы ГОСТ 7113-77R19МЛТ 0,125-264 Ом101R20МЛТ 0,125-535 Ом101R4,R10 R16,R21МЛТ 0,5-18 Ом104R22МЛТ 0,5-73 Ом101R6,R12, R18,R23МЛТ 0,25-142 Ом104R1,R7, R13МЛТ 0,125-2200 Ом103R2,R8, R14МЛТ 0,125-1700 Ом103 R5,R11, R17МЛТ 0,125-880 Ом103Транзисторы VT3КТ996А1VT1,VT2 VT3КТ3115А-23РТФ КП 468730.001 ПЗЛитМассаМасштабИзЛистNдокум. Подп. ДатаУ СИЛИТЕЛЬ ПРИМНОГО БЛОКАВыполнилВоронцовПроверилТитовШИРОКО ПОЛОСТНОГО ЛОКАТОРАЛистЛистовТУСУР РТФ Перечень элементовКафедра РЗИгр. 148-33 Заключение В данном курсовом проекте разработан усилитель примного блока широкополосного локатора с использованием транзисторов КТ996А и комбинированных обратных связей, имеет следующие технические характеристики полоса рабочих частот 100-1000 МГц коэффициент усиления 15 дБ неравномерность амплитудно-частотной характеристики 1,5 дБ максимальное значение выходного напряжения 2 В сопротивление генератора и нагрузки 50 Ом напряжение питания 7 В. Список использованных источников 1 Мамонкин И.Г. Усилительные устройства Учебное пособие для вузов.
М. Связь, 1977. 2 Титов А.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах httpreferat.rudownloadref-2764.zip 3 Горбань Б.Г. Широкополосные усилители на транзисторах.
М. Энергия, 1975 248с. 4 Проектирование радиопередающих устройств.
Под ред. О.В. Алексеева.
М. Радио и связь, 1987 392с. 5 Зайцев А.А Миркин А.И Мокряков В.В. Полупроводниковые приборы.
Транзисторы средней и большей мощности Cправочник-3-е изд. М. КубК-а, 1995 640с. ил.