Расчет широкополосного усилителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Устройство, предназначенное для усиления сигналов, спектр которых находится в пределах от звуковых частот до нескольких МГц является видеоусилителем. Напряжение, получаемое на выходе широкополосного усилителя выходит за пределы максимальных и минимальных значений, задаваемых техническими устройствами. В видеоусилителе на биполярных транзисторах широкое применение получила частотная коррекция в области ВЧ и НЧ.

Оконечные каскады видеоусилителя работают в режиме большого сигнала и достигают десяток вольт. Нагрузка ОК представляет собой волновое сопротивление и зависит от частоты.

1. Задание на курсовую работу

Произвести расчет широкополосного усилителя по следующим основным исходным данным:

Таблица 1 Исходные данные для расчета

Uвых. Макс В	Сн, пФ	Rн Ом	Кг %	Fв МГц	Fн Гц	Мв	Мн	Ес макс мВ	Rc кОм	Диап. раб. темп.	Исполнение
12	-	150	5	2.5	25	1.5	2.2	6	0.3	-20…+50	Биполярые, полевые транзисторы и микросхемы

2. Предварительный расчет

2.1 Анализ параметров и определение элементов широкополосного усилителя

Анализ технического задания показывает:

Коэффициент усиления по напряжению составит:

;

Дб.

Сопротивление нагрузки, учитывающее составит:

на Гц, Мом;

на Гц, Ом

С целью согласования входа видеоусилителя с сопротивлением источника сигнала необходим каскад с низким входным сопротивлением:

(300 Ом)

Сопротивление нагрузки можно считать высокоомным, поэтому наиболее подходящим элементом выходного каскада может служить VT собранный по схеме с ОЭ, работающий в режиме большого сигнала.

Входным сигналом можно установить микросхему типа К175УВ1А, имеющую входное сопротивление на частоте f = 1 МГц около 400Ом и коэффициент усиления по напряжению по частоте f = 1 МГц или дБ. Учитывая, что коэффициент усиления по напряжению VT с ОЭ имеет значение около 20 дБ, то количество каскадов в видеоусилителе равно:

дБ;

23.5+n*20 = 57дБ;

.

По предварительному анализу необходимо установить в широкополосном усилителе первый каскад на ИМС, и два каскада на VT, обеспечивающих общий коэффициент усиления.

;

Для оценки линейных искажений, вносимых каскадами в АЧХ усилителя, необходимо выбрать VT, с учетом режима усиления большого сигнала в оконечном каскаде. Примем VT n-p-n типа КТ604 с граничной частотой

МГц в промежуточном каскаде;

VT КТ3117 с граничной частотой =600 МГц;

Определим коэффициент коррекции для транзисторных каскадов:

;

где - граничная частота VT

- коэффициент усиления по I при включении VT по схеме с ОЭ

Для оконечного каскада (КТ604) :

при ; ;

;

т.к. , то использование высокочастотной коррекции обязательно.

Для транзисторного каскада (КТ3117) ; при ; =200 мА;

корректирующая цепь не обязательна.

Выбрать источник напряжения следует из соображения (для гармонических сигналов):

;

В.

Выбираем В для оконечного и промежуточного каскадов и

В

для питания ИМС.

2.2 Составление структурной схемы широкополосного усилителя

С учетом выходных параметров составляется схема (рисунок 1). В качестве высокочастотной коррекции желательно применить эммитерную корректирующую емкость, которая уменьшает коэффициент усиления, позволяет уменьшить выходную емкость и нелинейные искажения в каскаде. Это дает возможность увеличить сопротивление нагрузки.

В схеме коэффициент усиления по напряжению ВКЦ- высокочастотная корректирующая цепь.

В цепи эмиттера VT О.К. Источник питания (ИП) имеет два питающих выходных напряжения.

Рисунок 1 Структурная схема видеоусилителя

3. Электрический расчет

3.1 Входные и выходные ВАХ активных элементов схемы VT промежуточного каскада КТ3117 структуры n-p-n имеет следующие электрические параметры

Емкость коллекторного перехода 10 нФ;

Емкость эмитерного перехода 80 нФ;

Предельное напряжение 60 В;

Предельное напряжение 60 В;

Предельное напряжение 4 В.

ВАХ транзистора изображена на рисунке 2.

Рисунок 2 Входные и выходные ВАХ VT КТ3117

Транзистор ОК структуры n-p-n КТ604 имеет следующие электрические параметры:

Емкость коллекторного перехода = 7нФ;

Емкость эммитерного перехода =50нФ;

Предельное напряжение =250 В;

Предельное напряжение =300 В;

Предельное напряжение = 5В.

Входные и выходные характеристики транзистора изображены на рисунке 3.

Рисунок 3 Входные и выходные характеристики ВАХ VT КТ604

3.2 Расчет электрических параметров фрагментов схемы широкополосного усилителя

Рисунок 4 Электрическая схема выходного каскада

Представляем оконечный каскад показанный на Рис.4

Определим напряжение в рабочей точке, по ВАХ транзистора и по соотношению:

, где =90 В;

= 0.45 *90 = 40 В.

Рассчитаем емкость нагружающую каскад:

, где = 4 нФ, = 33 нФ;

;

где - дифференциальное сопротивление базы:

при = 3

0.85 Ом;

- дифференциальное сопротивление эммитера:

;

где Т - абсолютная температура коллекторного перехода

Т = 423 К;

1.24 Ом

Общее сопротивление нагрузки равно:

11.6 нФ;

4+33+11.6 н 90;

Отсюда:

Сопротивление эммитера составит:



Ток транзистора определим по формуле:

Определим значение сопротивления в цепи стабилизации:

Определим сопротивление цепи стабилизации:

Блокировочный конденсатор имеет емкость:

допустимый коэффициент линейных искажений



где

Сопротивление предыдущего каскада примерно ровно:

, тогда

Выбираем

Емкость разделительного конденсатора:

где, на

Определим входное сопротивление ОК с учетом ООС

где, общее сопротивление делителя по переменному току;

входное сопротивление VT c ООС по току;

получаемую за счет включения в эннитерную цепь емкость сопротивления

В свою очередь сопротивление VT:

где

;

Тогда сопротивление в цепи высокочастотной коррекции составит:

;

Расчет промежуточного каскада (рис.5) ведется с учетом, что на входе имеется сигнал с максимальным уровнем.

Сопротивление нагрузки промежуточного каскада равно



Рисунок 5 Схема промежуточного усилительного каскада

Выбираем минимальное напряжения между коллектором и эммитером

.

Определим напряжение между коллектором и эммитером:

при

Ток базы ( рис.2 )

Выбираем напряжение на сопротивлении в цепи эммитера

Вычислим сопротивление в цепи коллектора



Ток коллектора определим по формуле:

;

Рассчитаем сопротивление в цепи эммитера:

Выбираем ок цепи смещения:

Определим сопротивление цепи стабилизации рабочей точки:

Вычислим коэффициент нестабильности рабочей точки:

должно быть

Вычислим емкость разделительного конденсатора:

Вычислим емкость блокировочного конденсатора

где - выходное сопротивление ИМС.



Емкость разделительного конденсатора определим по формуле:

Выходной каскад сформирован на ИМС К175 УВ1Л

Схематическое решение ИМС обеспечивает при подключении коэффициента усиление напряжения в полосе частот до при напряжении питания +7В

4. Расчет источника питания

Определим ток потребляемый от источника питания в режиме max нагрузки каскадов.

Входной каскад

Промежуточный каскад

Оконечный каскад

Суммарный ток составит:

Напряжение на входе фильтра выпрямителя рис.6

Максимальное обратное напряжение диодов:

Рисунок 6 Схема источника питания



Средний ток протекающий через диоды:

Общий ток протекающий через вторичную обмотку трансформатора равен:

Сопротивление вторичной обмотки тр-ра:

Поскольку можно говорить о двух обмотках соединенных последовательно, то для первой обмотки:

Напряжение на вторичных обмотках тр-ра:

где, - внутреннее сопротивление диодных мостов (в прямом направлении)

для VD KD105 составит

Ток во вторичной обмотке:

Ток в первичной обмотке подключенной к сети переменного тока с напряжением U:

Габаритная мощность трансформатора:

Емкость конденсатора на входе фильтра:

Рабочее напряжение конденсатора:

широкополосный усилитель каскад электрический

Заключение

В результате выполненной курсовой работы получена схема электрическая принципиальная широкополосного усилителя. Рассчитана топология элементов и их номиналы. Поставленная задача решена в полном объеме, однако для практического производства устройства данных недостаточно. Необходимая информация может быть получена в результате дополнительных исследований, необходимость которых в техническом задании настоящего курсового проекта не указывается.

Список использованных источников

1. Проектирование усилительных устройств /Под ред. Н.В.Терпугова. -М.: Высшая школа, 1985.

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

3. Варшавер Б.А. Расчет и проектирование импульсных усилителей. - М.: Высшая школа, 1973.

4. Александрова Т.С. Проектирование усилителей телевизионных сигналов. - М.: Связь, 1968.

5. Кожарский Г.В., Орехов В.И. Методы автоматизированного проектирования источников вторичного электропитания. -М.: Радио и связь, 1985

6. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник /Под ред. Б.Л.Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981.

7. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности Справочник /Под ред. А.В.Голомедава. - М.: Радио и связь, 1989.

Размещено на Allbest.ru

...