ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
(ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
Усилитель мощности системы
поиска нелинейностей
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
“Схемотехника аналоговых электронных устройств”
2001
Реферат
Курсовая работа 30 с., 16 рис., 1 табл., 13 источников, 2 прил.,
УСИЛИТЕЛЬ, ТРАНЗИСТОР, КАСКАД, ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ
В данной курсовой работе исследуется широкополосный усилитель мощности амплитудно и частотно модулированных сигналов, а также различные стабилизирующие и корректирующие цепи.
Цель работы - приобретение навыков расчета номиналов элементов усилительного каскада, подробное изучение существующих корректирующих и стабилизирующих цепей, умения выбрать необходимые схемные решения на основе требований технического задания.
В процессе работы были осуществлены инженерные решения (выбор транзисторов, схем стабилизации и коррекции) и расчет номиналов схем.
В результате работы получили готовую схему усилительного устройства с известной топологией и номиналами элементов, которую можно использовать для практического применения.
Полученные данные могут использоваться при создании реальных усилительных устройств.
Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 97 и представлена на дискете 3,5” (в конверте на обороте обложки).
Содержание
Введение ------------------------------------------------------------------------ 4
Техническое задание----------------------------------------------------------- 5
1 Расчеты ------------------------------------------------------------------------ 6
1.1 Определение числа каскадов-------------------------------------------- 6
1.1.1 Структурная схема усилителя----------------------------------------- 6
1.2 Распределение искажений амлитудно-частотной
характеристики (АЧХ). -------------------------------------------------------- 6
1.3 Расчет оконечного каскада ----------------------------------------------- 6
1.3.1 Расчет каскада со сложением напряжений ------------------------- 6
1.3.2 Расчет рабочей точки, выбор транзистора ------------------------- 7
1.3.3 Расчет эквивалентных схем транзистора КТ934В -------------- 11
1.3.4 Расчет схем термостабилизации транзистора КТ 934В -------- 13
1.3.5 Расчет выходной корректирующей цепи -------------------------- 16
1.3.6 Расчет элементов каскада со сложением напряжений --------- 17
1.4 Расчет предоконечного каскада.--------------------------------------- 18
1.4.1 Активная коллекторная термостабилизаця ----------------------- 18
1.4.2 Расчет межкаскадной корректирующей цепи -------------------- 18
1.5 Расчет входного каскада.------------------------------------------------ 21
1.5.1 Расчет эквивалентной схемы транзистора------------------------- 21
1.5.2 Активная коллекторная термостабилизаця ----------------------- 21
1.5.3 Входная корректирующая цепь ------------------------------------- 22
1.6 Расчет разделительных емкостей ------------------------------------- 24
1.7 Расчет коэффициента усиления---------------------------------------- 25
Заключение -------------------------------------------------------------------- 27
Список использованных источников ------------------------------------ 27
ПриложениеА Схема электрическая принципиальная ---------------- 28
ПриложениеБ Перечень элементов --------------------------------------- 30
Введение.
В теории усилителей нет достаточно обоснованных доказательств преимущества использования того либо иного схемного решения при разработке конкретного усилительного устройства. В этой связи проектирование широкополосных усилителей во многом основано на интуиции и опыте разработчика. При этом, разные разработчики, чаще всего, по-разному решают поставленные перед ними задачи, достигая требуемых результатов[1].
Основная цель работы - получение необходимых навыков практического расчета радиотехнического устройства (усилителя мощности), обобществление полученных теоретических навыков и формализация методов расчета отдельных компонентов электрических схем.
Усилители электрических сигналов применяются в широкой области современной техники: в радиоприемных и радиопередающих устройствах, телевидении, аппаратуре звукоусиления и звукозаписи, системах звукового вещания, радиолокации, ЭВМ. Как правило, усилители осуществляют усиление электрических колебаний с сохранением их формы. Усиление происходит за счет электрической энергии источника питания. Усилительные элементы обладают управляющими свойствами.
Система поиска нелинейностей состоит из блока формирования сложного сканирующего по частоте сигнала, широкополосного усилителя мощности (ШУМ), и широкополосной приемо-передающей антенны. ШУМ необходим для создания на разыскиваемой нелинейности такого уровня напряженности электромагнитного поля облучения, который позволил бы приемной аппаратурой осуществить прием продуктов нелинейного преобразования.[2]
Основными требованиями, предъявляемыми к ШУМ, являются: обеспечение заданной мощности излучения в широкой полосе частот; малый уровень нелинейных искажений; высокий коэффициент полезного действия; стабильность характеристик в диапазоне температур.
Устройство, рассматриваемое в данной работе, может широко применяться на практике в различных системах поиска нелинейноатей.
Техническое задание
Усилитель должен отвечать следующим требованиям:
Рабочая полоса частот: 10-250 МГц
Линейные искажения
в области нижних частот не более 1.5 дБ
в области верхних частот не более 1.5 дБ
Коэффициент усиления 15 дБ
Выходная мощность 10 Вт
Диапазон рабочих температур: от +10 до +50 градусов Цельсия
Сопротивление источника сигнала и нагрузки Rг=Rн=50 Ом
1 Расчетная часть
1.1. Определение числа каскадов.
Число каскадов определяется исходя из технического задания. Данное устройство должно обеспечивать коэффициент усиления 15 дБ, поэтому целесообразно использовать три каскада, отведя на каждый по 5-6дБ, оставив запас по усилению мощности примерно вполовину.[3]
1.1.1Структурная схема усилителя.
Структурная схема, представленная на рисунке 1.1, содержит кроме усилительных каскадов корректирующие цепи, источник сигнала и нагрузку.
EMBED PBrush
Рисунок 1.1 Структурная схема
1.2. Распределение искажений амлитудно-частотной
характеристики (АЧХ).
Исходя из технического задания, устройство должно обеспечивать искажения не более 3дБ. Так как используется три каскада, то каждый может вносить не более 1дБ искажений в общую АЧХ. Эти требования накладывают ограничения на номиналы элементов, вносящих искажения.[4]
1.3. Расчет оконечного каскада.
1.3.1 Расчет каскада со сложением напряжений
Целесообразней использовать схему каскада со сложением напряжений, так как значительно снижаются потребляемая мощность и величина питающего напряжения. Так же выбор каскада со сложением напряжений обусловлен большой полосой пропускания, по заданию от 10МГц до 250МГц, и достаточно большой выходной мощностью – 10 Вт. При выборе другого каскада, резестивного или дроссельного, возникают проблемы с выбором транзистора, тогда как каскад со сложением напряжений позволяет достичь заданные требования.
Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 1.1 [4].
EMBED Word.Picture.8
Рисунок 1.2 Схема каскада со сложением напряжений
При условии:
EMBED Equation.3 (1.1)
Напряжение, отдаваемое транзистором каскада, равно входному, ток же, отдаваемый предыдущим каскадом, практически равен току нагрузки. Поэтому ощущаемое сопротивление нагрузки каскада равно половине сопротивления EMBED Equation.3, его входное сопротивление также равно половине сопротивленияEMBED Equation.3, вплоть до частот соответствующих EMBED Equation.3=0,7. Это следует учитывать при расчете рабочих точек рассматриваемого и предоконечного каскадов.
1.3.2. Расчет рабочей точки, выбор транзистора.
Зададимся вопросом: что лучше для данной схемы – включение сопротивления или дросселя в коллекторную цепь. Рассмотрим оба случая:
а) В цепи коллектора используется сопротивление
Схема каскада приведена на рис. 1.3.
EMBED Word.Picture.8
Рисунок 1.3 Схема оконечного каскада по переменному току.
В резистивной схеме наиболее эффективно использовать сопротивление в цепи коллектора равное сопротивлению нагрузки. Рассчитаем энергетические параметры схемы, приняв одинаковыми сопротивление нагрузки и коллектора:
Напряжение на выходе усилителя:
EMBED Equation.3, (1.1)
где P- мощность на выходе усилителя, Вт;
Rн – сопротивление нагрузки, Ом.
Тогда EMBED Equation.3.
Выходной ток на сопротивлении нагрузки:
EMBED Equation.3, (1.2)
В данной схеме появится эквивалентное нагрузочное сопротивление, представляющее собой параллельное включение сопротивлений EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3, в результате получится следующее:
EMBED Equation.3
Тогда выходной ток будет таким:
EMBED Equation.3
где Rэквив – сопротивление цепи коллектора по переменному току, Ом.
Теперь можно определить рабочую точку:
EMBED Equation.3, где EMBED Equation.3 (1.3)
EMBED Equation.3
Напряжение источника питания будет следующим:
EMBED Equation.3 (1.4)
Видно, что оно достаточно высокое.
Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току приведены на рис.1.4.
I, А
2.81
2.1
R~
1.4
R_
18 35.6 53.2 U, В
Рисунок 1.4 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.
Расчет прямой по постоянному току производится по формуле:
EMBED Equation.3 (1.5)
Iк0=0: Uкэ0=Еп=53.2 В,
Uкэ0=0: Iк0= Еп/ Rк=53.2/25=2.1 А.
Расчет прямой по переменному току производится по формулам:
EMBED Equation.3, EMBED Equation.3,
EMBED Equation.3, EMBED Equation.3
Найдем так же расчетную мощность цепи и мощность потребления:
EMBED Equation.3 (1.6)
EMBED Equation.3 (1.7)
б) В цепи коллектора используется дроссель
Схема каскада приведена на рис.1.5.
EMBED PBrush
Рисунок 1.5 – Схема оконечного каскада по постоянному току.
Рассчитаем энергетические параметры. Значения EMBED Equation.3 не изменятся.
Эквивалентное нагрузочное сопротивление, возникшее в предыдущем пункте, здесь будет равно сопротивлению нагрузки, т.к. EMBED Equation.3 заменил дроссель. Тогда выходной ток будет следующим:
EMBED Equation.3
ток в рабочей точке изменится:
EMBED Equation.3
Запишем значения тока и напряжения в рабочей точке:
Uкэ0=18В
Iк0 =0.7А.
Напряжение источника питания:
Еп=Uкэ0 =18В.
Видно, что напряжение питания значительно уменьшилось. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току приведены на рис. 1.6.
I, А
1.4 R_
R~
0.7
18 34 U, В
Рисунок 1.6 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.
Расчет прямой по постоянному току:
EMBED Equation.3
Расчет прямой по переменному току:
EMBED Equation.3, EMBED Equation.3,
EMBED Equation.3, EMBED Equation.3.
Найдем так же расчетную мощность цепи и мощность потребления:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Сведем результаты расчетов в отдельную таблицу и проведем сравнительный анализ двух схем.
Таблица 1.1 - Сравнительный анализ схем
Из таблицы следует, что дроссельный каскад потребляет в несколько раз меньше, напряжение источника питания для него нужно небольшое, что выгодно отличает данную схему. В дальнейших расчетах она и будет использоваться.
Выбор транзистора осуществляется исходя из технического задания, по которому можно определить предельные электрические и частотные параметры требуемого транзистора. В данном случае они составляют (с учетом запаса 20%):[6]
Iк доп > 1.2*Iк0=0.84 А
Uк доп > 1.2*Uкэ0=21.6 В (1.8)
Рк доп > 1.2*Pрасс=15.2 Вт
fт= (3-10)*fв=(3-10)*250 МГц.
Этим требованиям с достаточным запасом отвечает широко распространенный транзистор КТ 934В, справочные данные которого приведены ниже [7]:
Iк=2 А
Uкэ=60 В
Pк=30 Вт
Fт= 960 МГц.
EMBED Equation.3 при EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
1.3.3. Расчет эквивалентных схем транзистора КТ934В.
а) Модель Джиаколетто.
Модель Джиаколетто представлена на рис.1.7.
Рисунок 1.7 - Эквивалентная схема Джиаколетто.
Необходимые для расчета справочные данные:
EMBED Equation.3, постоянная цепи обратной связи.
EMBED Equation.3, статический коэффициент передачи тока базы.
EMBED Equation.3, емкость коллекторного перехода.
Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода нашего транзистора:[5]
EMBED Equation.3 (1.9)
Из справочных данных мы знаем, что при EMBED Equation.3 EMBED Equation.3, а EMBED Equation.3 на 18В. Для того, чтобы свести параметры к одной системе воспользуемся формулой перехода:[1]
EMBED Equation.3 (1.10)
в нашем случае:
EMBED Equation.3
Теперь, зная все параметры, можно найти сопротивление:
EMBED Equation.3, тогда EMBED Equation.3
Найдем значение коллекторной емкости в рабочей точке по той же формуле перехода:
EMBED Equation.3
Найдем значения оставшихся элементов схемы:
EMBED Equation.3, где (1.11)
EMBED Equation.3 – паспортное значение статического коэффициента передачи,
EMBED Equation.3 – сопротивление эмиттеного перехода транзистора
Тогда EMBED Equation.3
Емкость эмиттерного перехода: EMBED Equation.3, где EMBED Equation.3 – типовое значение граничной частоты коэффициента передачи тока, взятое из паспортных данных транзистора.[7]
Найдем оставшиеся параметры схемы:
EMBED Equation.3 (1.12)
EMBED Equation.3 (1.13)
EMBED Equation.3 (1.14)
б) Однонаправленная модель.[4]
Однонаправленная модель представлена на рис.1.8.
Рисунок 1.8 - Однонаправленная модель.
При определении значений элементов высокочастотной модели воспользуемся паспортными данными транзистора:[7]
EMBED Equation.3 (1.15)
где EMBED Equation.3 – входное сопротивление, EMBED Equation.3 – выходная емкость, EMBED Equation.3 – выходное сопротивление.В паспортных данных значение индуктивности.[7]
EMBED Equation.3
где EMBED Equation.3 – индуктивности выводов базы и эмиттера.
В результате получим:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
1.3.4. Расчет схем термостабилизации транзистора КТ 934В.
Эмиттерная термостабилизация приведена на рис.1.9.[8]
EMBED PBrush
Рисунок 1.9 Схема эмитерной термостабилизации.
Расчет номиналов элементов осуществляется исходя из заданной рабочей точки. Напряжение на эмиттере должно быть не менее 3-5 В (в расчетах возьмем 3В), чтобы стабилизация была эффективной.
Рабочая точка:
Uкэ0= 18В,
Iк0=0.7А.
Учтя это, получим:
EMBED Equation.3, где EMBED Equation.3, а коллекторный ток – EMBED Equation.3, что было получено ранее, тогда: EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 1.16)
Видно, что рассеиваемая мощность довольно велика.
Базовый ток будет в EMBED Equation.3 раз меньше коллекторного тока:
EMBED Equation.3, (1.17)
а ток базового делителя на порядок больше базового:
EMBED Equation.3 (1.18)
Учтя то, что напряжение питания будет следующим:
EMBED Equation.3, (1.19)
найдем значения сопротивлений, составляющих базовый делитель:
EMBED Equation.3 (1.20)
EMBED Equation.3 (1.21)
Схема активной коллекторной термостабилизации усилительного каскада приведена на рис.1.10.
EMBED PBrush
Рисунок 1.10 – Схема активной коллекторной термостабилизации.
В качестве управляемого активного сопротивления выбран транзистор КТ361А со средним коэффициентом передачи тока базы 50.[9] Напряжение на
сопротивлении цепи коллектора по постоянному току должно быть больше 1 В или равным ему, что и применяется в данной схеме [4].
Энергетический расчет схемы:
EMBED Equation.3. (1.22)
Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:
EMBED Equation.3. (1.23)
Видно, что мощность рассеивания на отдельном резисторе уменьшилась в три раза по сравнению с предыдущей схемой. Рассчитаем номиналы схемы:
EMBED Equation.3 (1.24)
Номиналы реактивных элементов выбираются исходя из неравенств:
EMBED Equation.3 (1.25)
Этим требованиям удовлетворяют следующие номиналы:
L=30 мкГн (Rн=25 Ом) и Сбл=0.1 мкФ (fн=10 МГц).
Схема пассивной коллекторной термостабилизации приведена на рис. 1.11[8]
EMBED PBrush
Рисунок 1.11 – Схема пассивной коллекторной термостабилизации.
В данной схеме напряжение на коллекторе должно изменяться в пределах от 5 до 10 В. Возьмем среднее значение– 7В.
Произведем энергетический расчет схемы:
EMBED Equation.3. (1.26)
Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:
EMBED Equation.3. (1.27)
Видно, что при использовании данной схемы мощность будет максимальна.
Рассчитаем номиналы схемы:
EMBED Equation.3. (1.28)
Сравнив эти схемы видно, что и с энергетической, и с практической точки зрения более эффективно использовать активную коллекторную термостабилизацию, которая и будет использоваться далее.
1.3.5. Расчет выходной корректирующей цепи.
В рассматриваемом выше усилительном каскаде расширение полосы пропускания было связано по принципу последовательного соединения корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов [10].
Пример построения такой схемы усилителя по переменному току приведен на рисунке 1.12.
Рисунок 1.12 Схема усилителя с корректирующими цепями
При этом расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 1.8. Из теории усилителей известно [11], что для получения максимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки, для внутреннего генератора транзистора, равное постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Это можно реализовать, включив выходную емкость транзистора (см. рисунок 1.8) в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 1.13.
EMBED Word.Picture.8
Рисунок 1.13Схема выходной корректирующей цепи
От выходного каскада усилителя требуется получение максимально возможной выходной мощности в заданной полосе частот [12]. Это достигается путем реализации ощущаемого сопротивления нагрузки для внутреннего генератора транзистора равным постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Одна из возможных реализаций - включение выходной емкости транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Расчет элементов КЦ проводится по методике Фано, обеспечивающей максимальное согласование в требуемой полосе частот.
По имеющейся выходной емкости каскада (вычисленной в пункте 1.3.3) найдем параметр b3, чтобы применить таблицу коэффициентов [13]:
EMBED Equation.3. (1.29)
Из таблицы получим следующие значения параметров с учетом величины b3 (произведя округление ее):
C1н=b1=1.9, L1н=b2=0.783, C1н=b3=1.292, S=0.292, EMBED Equation.31.605.
Разнормируем параметры и найдем номиналы элементов схемы:
EMBED Equation.3. (1.30)
1.3.6 Расчет элементов каскада со сложением напряжений
При выполнении условия (1.1) коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением.
EMBED Equation.3,
где EMBED Equation.3
EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3.
Оптимальная по Брауде АЧХ каскада реализуется при расчете EMBED Equation.3, EMBED Equation.3 по формулам [4]:
EMBED Equation.3; (1.31)
EMBED Equation.3, (1.32)
а значение EMBED Equation.3 определяется из соотношения:
EMBED Equation.3. (1.33)
Рассчитать EMBED Equation.3, EMBED Equation.3, EMBED Equation.3 каскада со сложением напряжений приведенного на рисунке 1.1, при использовании транзистора КТ934В и условий: EMBED Equation.3=25 Ом; EMBED Equation.3=0,9.
По формулам (1.31), (1.32) получим
EMBED Equation.3;EMBED Equation.3)
EMBED Equation.3,
EMBED Equation.3=625 Ом; EMBED Equation.3=370 пФ. Теперь по (1.33) найдем EMBED Equation.3
EMBED Equation.3EMBED Equation.3=320 МГц.
Расчет оконечного каскада закончен.
1.4 Расчет предоконечного каскада.
1.4.1 Активная коллекторная термостабилизация.
Схема активной коллекторной термостабилизации предоконечного каскада аналогична активной коллекторной термостабилизации выходного каскада.
1.4.2 Расчет межкаскадной корректирующей цепи.
Межкаскадная корректирующая цепь (МКЦ) третьего порядка представлена на рис.1.14.[13]
EMBED PBrush
Рисунок 1.14 - Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка.
Цепь такого вида обеспечивает реализацию усилительного каскада с АЧХ, лежащим в пределах необходимых отклонений с заданными частотными искажениями [1]. АЧХ в данном случае представляет собой полином. В теории фильтров известны табулированные значения коэффициентов EMBED Equation.3, EMBED Equation.3, EMBED Equation.3 соответствующие требуемой форме АЧХ цепи описываемой функцией данного типа. Учтя заданную неравномерность АЧХ (EMBED Equation.3) запишем эти коэффициенты:
EMBED Equation.3
Во входном каскаде будем использовать менее мощный транзистор КТ934Б[12], а не КТ934В, это диктуется требованиями к коэффициенту усиления и обеспечивает нормальное согласование каскадов и работу всего усилителя. параметры транзистора КТ934В таковы:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 при EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Начиная с данного момента целесообразно воспользоваться помощью ЭВМ. Все расчеты, показанные ниже
Расчет заключается в нахождении ряда нормированных значений и коэффициентов, сперва находим нормированные значения EMBED Equation.3:
EMBED Equation.3, (1.34)
EMBED Equation.3= EMBED Equation.3 - нормированные значения EMBED Equation.3, EMBED Equation.3, EMBED Equation.3.
Здесь EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 - выходное сопротивление и емкость транзистора КТ934В, а EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 - входное сопротивление и индуктивность транзистора КТ934В.
В результате получим:
EMBED Equation.3
Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты:
EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3; (1.35)
EMBED Equation.3;
получим:
EMBED Equation.3
Отсюда найдем нормированные значения EMBED Equation.3, EMBED Equation.3, и EMBED Equation.3:
EMBED Equation.3
где EMBED Equation.3; (1.36)
EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3.
При расчете получим:
EMBED Equation.3
и в результате:
EMBED Equation.3 (1.37)
Рассчитаем дополнительные параметры:
EMBED Equation.3 (1.38)
EMBED Mathcad где S210- коэффициент передачи оконечного каскада.
Для выравнивания АЧХ в области нижних частот используется резистор EMBED Equation.3, рассчитываемый по формуле:[4]
EMBED Equation.3 (1.39)
Найдем истинные значения остальных элементов по формулам:
EMBED Equation.3, EMBED Equation.3, EMBED Equation.3, (1.40)
EMBED Word.Picture.8
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Расчет предоконечного каскада окончен.
1.5 Расчет входного каскада.
Транзистор изменился, вместо КТ934В поставили КТ934Б. Принципы построения схемы не изменились.
1.5.1 Расчет эквивалентной схемы транзистора
В качестве эквивалентной схемы расчитаем однонаправленную модель транзистора.[4]
Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и формулами приведенными в пункте 1.3.2.
параметры транзистора КТ934Б таковы:[7]
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 при EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
1.5.2 Активная коллекторная термостабилизация.
Схема активной коллекторной термостабилизации приведена на рис.1.15. Расчет схемы производится по той же методике, что и для оконечного каскада.
EMBED PBrush
Рисунок 1.15 – Схема активной коллекторной термостабилизации.
Все параметры для входного каскада остались прежними, но изменилась рабочая точка:
Uкэ0= 17В,
Iк0= Iк0предоконечного/S210Vt предоконечного=0.7/1.85=0.37 А.
Энергетический расчет:
EMBED Equation.3
Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:
EMBED Equation.3.
Рассчитаем номиналы схемы:
EMBED Equation.3
Номиналы реактивных элементов цепи выбираются исходя из неравенств:
EMBED Equation.3.
Этому удовлетворяют номиналы
L=30 мкГн и Сбл=0.1 мкФ (fн=10 МГц).
1.5.3 Входная корректирующая цепь.
EMBED PBrush Входная корректирующая цепь третьего порядка входного каскада приведена на рис.1.16.
Рисунок 1.16 – Входная корректирующая цепь третьего порядка.
Методика расчета та же самая, коэффициенты EMBED Equation.3 те же, изменяются только нормированные значения EMBED Equation.3, а именно значение EMBED Equation.3, в связи с тем, что теперь на выходе стоит транзистор КТ934Б.
Произведем расчет:
EMBED Equation.3,
EMBED Equation.3,
EMBED Equation.3= EMBED Equation.3
Здесь значения входного и выходного сопротивления, выходной емкости и входной индуктивности соответствуют параметрам транзистора КТ934Б.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3
Произведем расчет:
Получим:
EMBED Equation.3
Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты:
EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3;
получим:
EMBED Equation.3
Отсюда найдем нормированные значения EMBED Equation.3, EMBED Equation.3, и EMBED Equation.3:
EMBED Equation.3
где EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3;
EMBED Equation.3.
При расчете получим:
EMBED Equation.3
и в результате:
EMBED Equation.3
Рассчитаем дополнительные параметры:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
где S210- коэффициент передачи входного каскада.
Найдем истинные значения элементов по формулам:
EMBED Equation.3 - эквивалентное нагрузочное сопротивление, принцип его получения описан выше.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3, EMBED Equation.3, EMBED Equation.3,
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Расчет входного каскада окончен.
1.6 Расчет разделительных емкостей.
Устройство имеет 4 реактивных элемента, вносящих частотные искажения на низких частотах. Эти элементы – разделительные емкости. Каждая из этих емкостей по техническому заданию должна вносить не более 0.75 дБ частотных искажений. Номинал каждой емкости с учетом заданных искажений и обвязывающих сопротивлений рассчитывается по формуле [13]:
EMBED Equation.3 (1.41)
где Yн – заданные искажения;
R1 и R2 – обвязывающие сопротивления, Ом;
wн – нижняя частота, Гц.
Приведем искажения, заданные в децибелах:
EMBED Equation.3, (1.42)
где М – частотные искажения, приходящиеся на каскад, Дб. Тогда
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Номинал разделительной емкости оконечного каскада:
EMBED Equation.3
Номинал разделительной емкости предоконечного каскада:
EMBED Equation.3
Номинал разделительной емкости промежуточного каскада:
EMBED Equation.3
Номинал разделительной емкости входного каскада:
EMBED Equation.3
1.7 Расчет коэффициента усилителя
На общий коэффициент усиления влияют предоконечный оконечний и входной каскады:
EMBED Equation.3,
Переведем его в децибелы:
EMBED Equation.3
Заключение.
В результате выполненной курсовой работы получена схема электрическая принципиальная широкополосного усилителя мощности АМ, ЧМ сигналов. Найдена топология элементов и их номиналы
Основными требованиями, предъявляемыми к ШУМ, являются: обеспечение заданной мощности излучения в широкой полосе частот; малый уровень нелинейных искажений; высокий коэффициент полезного действия; стабильность характеристик в диапазоне температур.
В соответствии с указанными требованиями был разработан ШУМ на транзисторах КТ934В и КТ934Б, в котором использована схема выходного каскада со сложением напряжений [6], применена активная коллекторная термостабилизация, и четырехполюсные межкаскадные корректирующие цепи [4].
Технические характеристики ШУМ: полоса рабочих частот (10-250) МГц; номинальный уровень выходной мощности 10 Вт; коэффициент усиления 15 дБ; сопротивление генератора и нагрузки 50 Ом; напряжение питания 18 В.
Устройство, рассматриваемое в данной работе, может широко применяться на практике в различных системах поиска нелинейноатей.
Список использованных источников
1Титов А.А. Григорьев Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на полевых транзисторах. – Томск, 2000. - 27 с.
2Титов А.А. Расчет диссипативной межкаскадной корректирующей цепи широкополосного усилителя мощности. //Радиотехника. 1989. № 2.
3Мамонкин И.Г. Усилительные устройства: Учебное пособие для вузов. – М.: Связь, 1977.
4 Титов А.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах – http://referat.ru/download/ref-2764.zip
5 Титов А.А., Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Обихвостов В.Д. Широкополосный усилитель мощности для работы на несогласованную нагрузку. /Приборы и техника эксперимента. 1996. № 2.
6 Бабак Л.И. Анализ широкополосного усилителя по схеме со сложением напряжений. - Сб. статей. Наносекундные и субнаносекундные усилители. /Под ред. И.А. Суслова. - Томск: Изд-во Том. ун-та. 1976.
7 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.
8 Болтовский Ю.Г. Расчёт цепей термостабилизации электрического режима транзисторов, методические указания. Томск: Изд-во Том. ун-та. 1976
9 Зайцев А.А.,Миркин А.И., Мокряков В.В. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Cправочник-3-е изд. –М.: КубК-а,
1995.-360с.: ил.
10 Цыкин Г.С. Усилительные устройства.-М.: Связь, 1971.-367с.
11 Горбань Б.Г. Широкополосные усилители на транзисторах. – М.: Энергия, 1975.-248с.
12 Проектирование радиопередающих устройств./ Под ред. О.В. Алексеева. – М.: Радио и связь, 1987.- 392с.
13 Титов А.А., Бабан Л.И., Черкашин М.В. Расчет межкаскадной согласующей цепи транзисторного полосового усилителя мощности // Электронная техника СЕР, СВЧ – техника. – 2000. – вып. 1(475).
