Проектирование усилителя высокой частоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Факультет: телекоммуникаций

Кафедра: метрологии и стандартизации

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

на тему «Усилитель ВЧ»

Минск 2015



Введение

Усилителем называется устройство, позволяющее преобразовывать входные электрические сигналы в сигналы большей мощности на выходе без существенного искажения их формы. Эффект увеличения мощности возможен при наличии в устройстве некоторого внешнего источника, энергия которого используется для создания повышенной мощности на выходе. Этот источник энергии, преобразуемой усилителем в энергию усиленных сигналов, называется источником питания.

Усилительные устройства находят очень широкое применение. Они являются основными узлами различной электронной аппаратуры, широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, в следящих, управляющих и регулирующих системах, счетно-решающих и вычислительных машинах, контрольно-измерительных приборах и т.п.

Усилители делятся на ряд типов по различным признакам. По роду усиливаемых электрических сигналов усилители можно разделить на две группы:

* усилители гармонических сигналов, предназначенные для усиления периодических сигналов различной величины и формы, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее длительности устанавливающихся процессов в цепях усилителя.

* усилители импульсных сигналов, предназначенные для усиления непериодических сигналов, например непериодической последовательности электрических импульсов различной величины и формы.

По ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых частот усилители делятся на ряд следующих типов:

* усилители постоянного тока или усилители медленно меняющихся напряжений и токов, усиливающие электрические колебания любой частоты в пределах от низшей нулевой рабочей частоты до высшей рабочей частоты.

* усилители переменного тока, усиливающие колебания частоты от низшей границы до высшей, но неспособные усиливать постоянную составляющую сигнала.

* усилители высокой частоты (УВЧ), предназначенные для усиления электрических колебаний несущей частоты, например принимаемых приемной антенной радиоприемного устройства.

* усилители низкой частоты (УНЧ), предназначенные для усиления гармонических составляющих не преобразованного передаваемого или принимаемого сообщения.

Избирательные усилители усиливают электрические сигналы в очень узкой полосе частот.

Усилители высокой частоты предназначены для усиления напряжения колебаний высокой частоты и обеспечения необходимых избирательных свойств приемника [1].

Целью данного курсового проекта является разработка усилителя высокой частоты. Необходимо выполнить проектирование и расчет усилителя со следующими характеристиками:

Uвх = 2 мВ, Uвых = 0,5 В, Rн = 50 Ом.

Полоса пропускания:

МГц.

Неравномерность АЧХ:

.



1. Обзор методов решения аналогичных задач

Усилителем называется устройство, предназначенное для усиления входных электрических сигналов по напряжению, току или мощности за счет преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Усилитель включает в себя нелинейный элемент, управляемый входным электрическим сигналом Uвх, источник питания Uп и нагрузочное устройство с сопротивлением Zн.

В зависимости от величины смещения на базе транзистора Uсм различают следующие режимы работы усилителя: A, B, AB, C, D.

Режим A характеризуется выбором рабочей точки на линейном участке входной характеристики. В исходном состоянии транзистор открыт напряжением смещения Uсм и в цепи коллектора протекает ток Iко. При поступлении входного сигнала на выходе усилителя появляется выходной сигнал в противофазе по отношению к входному.

Режим А характерен тем, что форма выходного сигнала Uвых(t) повторяет форму входного сигнала Uвх(t) за счет работы транзистора в активной зоне без захода в область насыщения и отсечки. Режим характеризуется минимальными нелинейными искажениями.

В это же время работа усилителя в режиме А характеризуется низким КПД, который теоретически не может превышать 0,5, что объясняется постоянным током Iко вне зависимость от наличия или отсутствия входного сигнала. Поэтому такой режим используется только в маломощных каскадах, в которых необходимо иметь минимальные нелинейные искажения.

На основе характеристик на рисунке 1, можно пояснить графикоаналитический метод расчета усилителя. По графикам можно определить: коэффициент усиления по току, коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по мощности.

Режим В характеризуется тем, что напряжение смещения Uсм=0, а следовательно, рабочая точка выбирается в самом начале входной характеристики (рисунок 2). Особенностью режима В является то, что при отсутствии входного сигнала отсутствуют базовые и коллекторные токи.

При поступлении входного сигнала ток в коллекторе имеет пульсирующий характер и протекает в течении половины периода. Режим В характеризуется высоким КПД, который может достигать 70%, однако выходной сигнал сильно искажается. Поэтому такой режим применяется только в двухтактных усилителях.

Режим АВ занимает промежуточное положение между режимом А и В. Он характеризуется небольшим напряжением смещения Uсм меньшими нелинейными искажениями по сравнению с режимом А. Режим АВ используется в высококачественных двухтактных усилителях мощности.

Режим С характеризуется тем, что рабочая точка на входной характеристике сдвинута влево от начала координат. Следовательно, более половины периода транзистор находится в закрытом состоянии. Режим С характеризуется высоким КПД, большими нелинейными искажениями и применяется в генераторах частоты.

Рисунок - Входная (а) и выходная (б) характеристики усилителя в режиме работы В

Режим работы D, который называют еще ключевым режимом, применяется в импульсных схемах.

Классификация усилителей производится по многим признакам:

- по виду усиливаемого сигнала они делятся на усилители гармонических и импульсных сигналов;

- по типу усиливаемого сигнала усилители подразделяют на усилители напряжения, тока и мощности;

- по диапазону усиливаемых частот различают усилители постоянного тока и усилители переменного тока. В свою очередь усилители переменного тока в зависимости от диапазона усиливаемых частот делятся на усилители низкой частоты (УНЧ), высокой частоты (УВЧ), широкополосные и избирательные усилители. Последние обеспечивают усиление в узком диапазоне частот;

- по виду нагрузки различают усилители с активной, с активно-индуктивной и емкостной нагрузкой.

Усилители могут быть однокаскадными и многокаскадными с гальванической, емкостной и индуктивной связью.

В зависимости от режима работы можно выделить два класса усилителей: усилители с линейным режимом работы и усилители с нелинейным режимом работы.

Усилители мощности обычно являются выходными каскадами многокаскадных усилителей и предназначены для получения в нагрузке большой мощности. В связи с этим такие усилители должны иметь высокий КПД и минимальные нелинейные искажения. Усилители мощности выполняются на мощных биполярных и полевых транзисторах, включенных по схеме с ОЭ или с ОК.

По способу включения нагрузки усилители мощности могут быть трансформаторными и бестрансформаторными, а также однотактными и двухтактными. Однотактные усилители работают обычно в режиме А, а двухтактные - в режиме В или АВ. Схема однотактного усилителя мощности с трансформаторным выходом, работающего в режиме А, приведена на рисунке 4.

Рисунок - Усилитель мощности однотактный с трансформаторным выходом

Однотактный усилитель имеет низкий КПД и используется редко. Расчет такого каскада производят графоаналитическим методом с использованием динамических характеристик.

Схема двухтактного трансформаторного усилителя мощности приведена на рисунке 5. Усилитель выполнен на двух транзисторах: VT1 и VT2. В коллекторные цепи транзисторов подключен выходной трансформатор Тр2. Трансформатор Тр1 обеспечивает подачу входного сигнала Uвх на базы транзисторов. Каскад работает в режиме В. Следовательно, при отсутствии сигнала токи в транзисторах отсутствуют, и к коллекторам транзисторов прикладывается напряжение Un.

При поступлении на вход усилителя сигнала Uвх каждая полуволна открывает поочередно один из транзисторов, и через первичную обмотку трансформатора Тр2 протекает ток полуволны. Таким образом, процесс усиления входного сигнала происходит в два такта. КПД двухтактного трансформаторного усилителя по сравнению с однотактным увеличивается примерно в 1,5 раза и достигает максимального значения 0,785.

Из-за нелинейности начального участка входной характеристики возникают нелинейные искажения (рис. 5, б). Если подать на базу транзисторов небольшое напряжение смещения Uсм, то нелинейные искажения можно свести к минимуму (рис. 5, в). Бестрансформаторные усилители мощности позволяют упростить схемы усилителей мощности за счет исключения крупногабаритных трансформаторов.

При поступлении на вход усилителя сигнала Uвх каждая полуволна открывает поочередно один из транзисторов, и через первичную обмотку трансформатора Тр2 протекает ток полуволны. Таким образом, процесс усиления входного сигнала происходит в два такта. КПД двухтактного трансформаторного усилителя по сравнению с однотактным увеличивается примерно в 1,5 раза и достигает максимального значения 0,785.

Бестрансформаторные усилители мощности позволяют упростить схемы усилителей мощности за счет исключения крупногабаритных трансформаторов. Наибольшее распространение получили две схемы бестрансформаторных усилителей мощности: на транзисторах разного типа проводимости и на транзисторах одного типа проводимости (рисунок 6). [2,3]

Рисунок - Бестрансформаторный усилитель мощности на транзисторах разной проводимости (а) и одного типа проводимости (б)

В каждый полупериод входного напряжения ток формируется одним из транзисторов. Усилитель используется, как правило, в импульсных схемах.

Усилитель на транзисторе с ОК более часто называют эмиттерным повторителем. Он представляет собой каскад со 100%-й последовательной отрицательной обратной связью по току. В отличие от усилителя по схеме с ОЭ, схема с ОК (рисунок 7) не инвертирует входной сигнал.

На базе транзисторного усилителя с ОЭ можно построить источник постоянного тока. Для этого необходимо обеспечить постоянный базовый ток транзистора или ввести постоянную обратную связь по току.

Для повышения коэффициента усиления транзисторного каскада с ОЭ в качестве резистора Rк часто используется нелинейный элемент, статическое сопротивление которого значительно меньше его дифференциального сопротивления. В этом случае падение напряжения на этом элементе от протекания тока будет определяться его статистическим сопротивлением, а отклонение выходного напряжения - динамическим сопротивлением. Роль нелинейного элемента выполняет транзистор.

Для увеличения коэффициента h21э транзистора можно использовать каскадное включение нескольких транзисторов. Такие транзисторы называются составными транзисторами или схемами Дарлингтона.

В составном транзисторе суммарный коэффициент передачи тока равен произведению токов передачи отдельных транзисторов.

Дифференциальный усилитель представляет собой мостовые усилительные каскады параллельного типа. Они обладают высокой стабильностью параметров при воздействии различных дестабилизирующих высокой степенью подавления синфазных помех. Усилитель состоит из двух каскадов, у которых имеется общий эмиттерный резистор (рисунок 8) [2,3]

В отличие от полезного сигнала, который поступает на входы дифференциального усилителя в противофазе, на входы усилителя действуют сигналы, совпадающие по фазе. Такие сигналы называются синфазными.

Появление данных сигналов обусловлено действием различных дестабилизирующих факторов, например, изменением температуры окружающей среды, изменением питающих напряжений наводками внешних электромагнитных полей. Для идеального дифференциального усилителя синфазные сигналы полностью подавляются. В реальных усилителях из-за не идентичности каскадов подавление будет не полным и характеризуется коэффициентом подавления синфазных помех Кпсф.

Величина Кпсф в современных дифференциальных усилителях достигает 104ё106. Коэффициент Кпсф в значительной степени характеризует дрейф нуля усилителя, т.е. изменение выходного напряжения при постоянном входном сигнале. Для снижения дрейфа нуля производят подбор пар транзисторов с одинаковыми параметрами и увеличение Rэ. Для увеличения Rэ в эмиттерную цепь ставится не пассивный резистор, а нелинейный двухполюсник, например транзисторный источник тока на биполярном или полевом транзисторе. Эти схемы при небольшом статическом сопротивлении обладают большим дифференциальным сопротивлением.

Для увеличения коэффициента усиления в современных дифференциальных усилителях вместо резисторов Rк используют активную нагрузку, выполненную на транзисторах. Входное сопротивление дифференциального усилителя может быть существенно увеличено при использовании в каскадах полевых транзисторов.

Коэффициент усиления одиночных транзисторных каскадов не превышает нескольких десятков. Поэтому для усиления слабых сигналов применяются многокаскадные усилители. Многокаскадные усилители применяются в тех случаях, когда простейшие однокаскадные усилители не удовлетворяют по тем или иным параметрам:

? недостаток и нестабильность усиления;

? большие нелинейные искажения;

? низкая нагрузочная способность;

? минимум выходного напряжения шумов.

Кроме того, многокаскадные усилители предназначены для получения больших значений коэффициента усиления. Принцип построения многокаскадных усилителей заключается в последовательном соединении нескольких одиночных каскадов. При этом решается задача согласования входных и выходных сигналов различных каскадов как по постоянному, так и по переменному току.

По виду межкаскадных связей усилители классифицируются на две группы: усилители переменного тока; усилители постоянного тока. К первой группе относятся усилители с трансформаторными и RC-связями, а ко второй - усилители с гальваническими связями.

Особенностью усилителей первой группы является отсутствие между отдельными каскадами связи по постоянному току. Ввиду этого в каждом отдельном каскаде можно установить наиболее оптимальный режим работы по постоянному току, например, с точки зрения коэффициента усиления или вносимых искажений. Однако, если в этих усилителях входной сигнал кроме переменной содержит и постоянную составляющую, то после усилителя информация о постоянной составляющей будет потеряна.

В усилителях с гальваническими связями необходимо согласование сигналов как по постоянному, так и по переменному току. Это накладывает определенные ограничения на выбор режимов работы транзисторов и в большинстве случаев существенно затрудняет проектирование усилителя. Для проектирования выбран тип УВЧ с RC-связями, как наиболее совместимым с методами современной технологии.

2. Выбор, обоснование и предварительный расчет структурной схемы усилителя

Чтобы обеспечить амплитуду выходного сигнала, заданную в техническом задании, нужно использовать многокаскадный усилитель, так как одного усилительного элемента недостаточно.

Для получения высоких коэффициентов усиления в состав усилителя входит обычно несколько каскадов (рисунок 9). Первым каскадом, как правило, является предварительный усилитель, затем идут промежуточный усилитель и усилитель мощности. Предварительный усилитель обеспечивает связь источника сигнала с усилителем. Он должен иметь большое входное сопротивление для того, чтобы не ослаблять входной сигнал. Промежуточный усилитель обеспечивает основное усиление, а усилитель мощности обеспечивает заданную выходную мощность.



Рисунок 9 - Структурная схема многокаскадного усилителя

Разрабатываемый усилитель является устройством, усиливающим сигнал в широком диапазоне частот от 0,2 МГц до 10 МГц. Основным требованием, предъявляемым к таким усилителям, является равномерность усиления сигнала в заданном частотном диапазоне.

Общий коэффициент усиления:

,

где K - коэффициент усиления усилителя;

Uвых - напряжение на выходе усилителя;

Uвх - напряжение на входе.

Необходимо отметить, что входным напряжением является максимальное значение напряжения источника сигнала Ec. Тогда коэффициент усиления, согласно заданию:

;

Переведем в дБ:

КдБ = 20lg(250) = 47,96 дБ

Первый (входной) каскад усилителя в первую очередь предназначен для согласования источника сигнала и усилителя с целью максимальной передачи мощности усилителю, поэтому входное сопротивление первого каскада должно быть согласовано с выходным сопротивлением источника сигнала.

Выходной каскад должен обеспечить согласование усилителя с нагрузкой, поэтому сопротивление нагрузки должно быть больше выходного сопротивления каскада. усилительный каскад транзисторный конденсатор

Тогда общий коэффициент усиления складывается из коэффициентов усиления: входного, выходного и промежуточного каскадов:

Кобщ = Квх + Кпр + Квых = 47,96 дБ,

где Kобщ - общий коэффициент усиления, дБ;

Kвх - коэффициент усиления входного каскада, дБ;

Kпр - коэффициент усиления промежуточного каскада, дБ;

Kвых - коэффициент усиления выходного каскада, дБ.

Обеспечить такой коэффициент усиления, используя один каскад усиления невозможно, поэтому используется несколько каскадов. Наибольший коэффициент усиления по напряжению имеет предварительный трансформаторный каскад с общим эмиттером (30…40) дБ, однако при применении в составе схемы индуктивностей возникают сложности при их изготовлении (малый частотный диапазон, большие размеры и высокая стоимость). Следующий по усилительным свойствам является предварительный резисторный каскад с общим эмиттером (20…30) дБ. В качестве промежуточного каскада был выбран резисторный каскад с общим эмиттером. В качестве усилительных приборов во всех каскадах используем биполярные транзисторы, т.к. они обладают более высокими усилительными способностями и т.д.

Число каскадов промежуточного усиления исходя из полученного общего коэффициента усиления:



,

где n - необходимое количество каскадов;

KпрдБ - коэффициент передачи усилителя, дБ;

Kпр1дБ - коэффициент передачи одного каскада, дБ.

Исходя из технического задания, устройство должно обеспечивать искажения в области верхних частот не более 3дБ. Так как используется три каскада, то получаем, что каждый может вносить не более 1дБ искажений в общую АЧХ. Так как наибольшие искажения в АЧХ усилителя обычно вносит входная цепь, то распределим их с запасом, т.е. искажения для каждого каскада возьмем по 0,5дБ а на входную цепь оставим 1,5дБ.

3. Описание принципа работы структурной схемы

Принцип работы транзисторного усилителя основан на том, что с помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи транзистора можно получить значительно большие изменения напряжения или тока в его выходной цепи. Изменение напряжения эмиттерного перехода вызывает изменение токов транзистора. Это свойство транзистора используется для усиления электрических сигналов.

Данный усилитель состоит из нескольких каскадов, соединенных так что выходной сигнал предыдущего каскада подводится ко входу последующего. Усилительный каскад конструктивно представляет собой часть усилителя, удобную для теоретического анализа. В простейшем случае усилитель имеет один каскад. На практике требуемое усиление обычно не удается обеспечить с помощью одного усилительного каскада. Реальный усилитель состоит из нескольких последовательно включенных усилительных каскадов, количество которых определяется необходимым усилением. Для нормального согласования усилителя с нагрузкой будем использовать эмиттерный повторитель. Питание каскадов усилителя производится от одного источника. Каскады по цепям питания разделяются RC-звеньями фильтра, устраняющего самовозбуждение усилителя через цепи питания и уменьшающими пульсации напряжения.

Согласно заданию нам нужно использовать входной, промежуточный и выходной каскады.

Первый (входной) каскад усилителя в первую очередь предназначен для согласования источника сигнала и усилителя с целью максимальной передачи мощности усилителю, поэтому входное сопротивление первого каскада должно быть согласовано с выходным сопротивлением источника сигнала.

Выходной каскад должен обеспечить согласование усилителя с нагрузкой, поэтому сопротивление нагрузки должно быть больше выходного сопротивления каскада. Выходной каскад представляет собой эмиттерный повторитель, так как нагрузка 50 Ом.

Схема усилителя выполнена на биполярных транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером. Выбираю эту схему, так как у нее сравнительно большие коэффициенты усиления по напряжению, а также большое входное сопротивление. Недостаток этой схемы - сдвиг фаз между входным и выходным сигналом равен 180°, но в поставленной задаче не указывается обязательное сохранение фазы на выходе, так что этим недостатком можно пренебречь.

Название схемы «с общим эмиттером» означает, что вывод эмиттера транзистора по переменному току является общим для входной и выходной цепи каскада.

Входной каскад необходим для согласования генератора обладающего внутренним сопротивлением с промежуточным каскадом. Во входной каскад введена местная отрицательная обратная связь (ООС) по переменному току, изменением коэффициента которой достигается заданный коэффициент усиления всего усилителя. Сигнал с выхода промежуточного каскада поступает на фильтр верхних частот, который определяет заданную верхнюю граничную частоту усилителя, нижняя же граничная частота определяется величинами разделительных емкостей.

После фильтра сигнал поступает на промежуточный каскад усилителя, который из всех трех каскадов обладает наибольшим усилением. Далее усиленный сигнал через выходной каскад передается в нагрузку. Выходной каскад имеет ООС по току, что позволяет существенно уменьшить нелинейные искажения.

4. Описание схемы электрической и ее расчет

Проектируемый усилитель высокой частоты состоит из двух усилительных каскадов и эмиттерного повторителя. Его электрическая схема изображена на рисунке 11. В приведенной схеме многокаскадного усилителя переменного тока первый и второй каскады усиления выполнены по схеме с общим эмиттером. Третий каскад усиления выполнен по схеме эмиттерного повторителя, что позволяет уменьшить выходное сопротивление усилителя. Расчет многокаскадного усилителя произведем, начиная с оконечного каскада к первому. Оконечный каскад рассчитывается по обеспечению требуемого напряжения. Количество каскадов определяется общим коэффициентом усиления. В многокаскадных усилителях широко используются обратные связи, с помощью которых достигаются требуемые технические параметры.

Рисунок 11 - Принципиальная схема усилителя



Расчет многокаскадного усилителя производят, начиная с оконечного каскада к первому. Оконечный каскад рассчитывается по обеспечению требуемой мощности или тока (напряжения). Количество каскадов определяется общим коэффициентом усиления. В многокаскадных усилителях широко используются обратные связи, с помощью которых достигаются требуемые технические параметры.

Произведем расчет первого и второго каскадов. Исходные данные для расчета усилителя высокой частоты:

Rн=50 Ом, fн=0,2 МГц, fв=10 МГц, Uвых=0,5В, Uвх=0,002В.

Выполним расчет второго каскада на биполярном транзисторе, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Изображенные на схеме элементы выполняют следующие функции. Резисторы Rб1 и Rб2 - базовые делители напряжения, предназначенные для установки рабочей точки путем создания напряжения смещения на базе транзистора от общего источника питания Eк, а резистор RE - для температурной стабилизации рабочей точки по постоянному току. Cр1 и Cр2 - разделительные конденсаторы, которые разделяют источник сигнала Е0p и базовую цепь транзистора, а также сопротивление нагрузки Rl и коллекторную цепь транзистора по постоянному току. Резистор Rc является коллекторной нагрузкой усилительного каскада.

Выполним расчет каскада. Транзистор VT2 должен отвечать следующим требованиям:

По полученным данным по справочнику выбираем транзистор КТ 503Б (таблица 1).



Таблица 1

Uкэ, В	Iкmax, А	Pк , Вт	h21э	fгр, МГц
25	150	0,35	80-120	350

Статические характеристики транзистора КТ 503Б представлены на рисунках 13, 14.

Линию нагрузки на семействе выходных характеристик (рисунок 13) строим по двум точкам:

первая точка C - UП / RВХ3= 20/120=167 мА

Выберем рабочую точку на середине линейного участка.

Для обеспечения стабилизации рабочей точки падение напряжения на резисторе Rэ можно выбрать из условия:

Находим сопротивление коллектора

Находим ток базы

Находим ток делителя

Вычисляем сопротивления R5 и R6:

Рассчитаем С3 и С4:

Для расчета С3 определим Rвх:

Определим h11э с помощью характеристик транзистора



Определим емкость конденсатора

Коэффициент усиления по напряжению:

На схеме резисторы имеют следующие номинальные сопротивления согласно ряду E24 номинальных сопротивлений резисторов:

R5= 33кОм, R6= 5,6 кОм, R7=1500 Ом, R8=390 Ом.

Принимаем С3 с запасом и согласно ряду Е12 номинальных значений емкостей получаем С3=1,8 нФ, С4 = 2,7 нФ.

Выполним расчет первого каскада на биполярном транзисторе, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Изображенные на схеме элементы выполняют следующие функции. Резисторы Rб1 и Rб2 - базовые делители напряжения, предназначенные для установки рабочей точки путем создания напряжения смещения на базе транзистора от общего источника питания Eк, а резистор RE - для температурной стабилизации рабочей точки по постоянному току. Cр1 и Cр2 - разделительные конденсаторы, которые разделяют источник сигнала Е0p и базовую цепь транзистора, а также сопротивление нагрузки Rl и коллекторную цепь транзистора по постоянному току. Резистор Rc является коллекторной нагрузкой усилительного каскада.

Выполним расчет каскада. Транзистор VT2 должен отвечать следующим требованиям:

По полученным данным по справочнику выбираем транзистор КТ 503Б (таблица 2).

Таблица 2

Uкэ, В	Iкmax, А	Pк , Вт	h21э	fгр, МГц
25	150	0,35	80-120	350

Статические характеристики транзистора КТ 503Б представлены на рисунках 14, 15.

Линию нагрузки на семействе выходных характеристик (рисунок 13) строим по двум точкам:

первая точка C - UП / RВХ3= 20/120=167 мА

вторая точка D - UП=20 В

Выберем рабочую точку на середине линейного участка.



Для обеспечения стабилизации рабочей точки падение напряжения на резисторе Rэ можно выбрать из условия:

Находим сопротивление коллектора

Находим ток базы

Находим ток делителя

Вычисляем сопротивления R1 и R2:



Рассчитаем С1 и С2

Для расчета С1 определим Rвх:

Определим h11э с помощью характеристик транзистора

Определим емкость конденсатора

Коэффициент усиления по напряжению:

На схеме резисторы имеют следующие номинальные сопротивления согласно ряду E24 номинальных сопротивлений резисторов:

R1= 33кОм, R2= 5,6 кОм, R3=1500 Ом, R4=390 Ом.

Принимаем С1 с запасом и согласно ряду Е12 номинальных значений емкостей получаем С1=7,8 нФ, С2 = 2,7 нФ.

Расчет на ЭВМ

Важной характеристикой многокаскадного усилителя является его амплитудно-частотная характеристика. Отдельные каскады могут иметь различные АЧХ. Общая АЧХ многокаскадного усилителя определяется всеми входящими в его состав каскадами.

Построим амплитудно-частотную характеристику усилителя (рисунок 16).

Для расчета будем использовать следующие данные:

МГц, fв = 10 МГц, мкФ, нФ, нФ,

нФ, Ом, Ом,

Частотные искажения, обусловленные фильтрами на НЧ:

Частотные искажения, обусловленные фильтрами на ВЧ:



Заключение

Целью настоящей работы являлось проектирование усилителя высокой частоты. Согласно расчету, число каскадов в усилителе равно 3. Оконечный каскад был в виде эмиттерного повторителя для согласования с низкоомной нагрузкой. В результате расчета получили усилитель, обеспечивающий работу со всеми заданными параметрами. Использование высокочастотных транзисторов позволило избежать больших амплитудно-частотных искажений. В результате расчетов получили значения общего коэффициента усиления по мощности, удовлетворяющий заданному.

В ходе выполнения курсового проекта решены следующие задачи:

- проведен обзор существующих схемотехнических решений современных усилителей высокой частоты;

- разработана структурная схема проектируемого устройства;

- предложена принципиальная схема усилителя;

- произведен расчет первого и второго каскадов усилителя высокой частоты;

- произведен расчет АЧХ проектируемого усилителя с помощью программы Maple.



Список используемой литературы

1 Войшвилло, Г. В. Проектирование усилительных устройств на транзисторах / Г. В. Войшвилло. - М.: Связь, 1972.

2 Цыкин, Г. С. Усилительные устройства / Г. С. Цыкин. - М. : Связь, 1971.

3 Ткаченко, Ф. А. Техническая электроника / Ф. А. Ткаченко. - Мн.: Дизайн ПРО, 2000.

4 Екимов, В. Д. Расчет и конструирование транзисторных радиоприемников / В. Д. Екимов. - М. : Связь, 1972.

5 Бочаров, Л. Н. Расчет электронных устройств на транзисторах / Л. Н. Бочаров, С. К. Жебряков, И. Ф. Колесников. - М.: Энергия, 1978.

6 Дробот, С.В. Практикум по курсу «Электронные приборы» для студентов всех специальностей БГУИР дневной и вечерней форм обучения /С.В. Дробот, В.А. Мельников, В.Н. Путилин. -- Мн: БГУИР, 2003.

7 Справочник транзисторов для аппаратур широкого применения. Под редакцией Перельмана. М.: Радио и связь, 1981. 656 с.

[8] Петухов, В. М. Полупроводниковые приборы. Транзисторы: справочник / В. М. Петухов. - М.: Радио и связь, 1995.

Размещено на Allbest.ru

...