Ðàñ÷åò ïàðàìåòðîâ ñõåìû ÔÍ× êàñêàäíîãî òèïà ñ ìîùíûì âûõîäîì

Ðàçìåùåíî íà http://www.allbest.ru/

Ìîñêîâñêèé Ãîñóäàðñòâåííûé Èíñòèòóò Ýëåêòðîííîé Òåõíèêè

(ÒÓ)

Êóðñîâàÿ ðàáîòà ïî êóðñó ÊÝÑÀ

òåìà:

«Ðàñ÷åò ïàðàìåòðîâ ñõåìû ÔÍ× êàñêàäíîãî òèïà ñ ìîùíûì âûõîäîì»

Âûïîëíèë: Ìîñèí À.Â., ãð. ÀèÝÌ-41

Ïðîâåðèë: Íèêîëàåâ Â.Ò.

Ìîñêâà, 2002ã.

Òåõíè÷åñêîå çàäàíèå

÷àñòîòà ñðåçà Fñð=3000 Ãö

çàòóõàíèå À×Õ íà ÷àñòîòå 2Fñð, äá 35

íåðàâíîìåðíîñòü À×Õ â ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ, äá 3

Uâõ m=1,5 Â

Êuo=6

Rã=100 êÎì

Rí=20 Îì

T=(-10…+50) C

Ðàññ÷åò ïàðìåòðîâ ÔÍ× êàñêàäíîãî òèïà ñ ìîùíûì âûõîäîì áóäåì ïðîèçâîäèòü â äâà ýòàïà. Ñíà÷àëà ðàññ÷èòàåì ïàðàìåòðû ñàìîãî ôèëüòðà, à çàòåì ñõåìó óñèëèòåëÿ ìîùíîñòè íà âûõîäå.

1. Ðàñ÷åò ÔÍ×

1.1 Îïðåäåëåíèå ïîðÿäêà ôèëüòðà è êîëè÷åñòâà çâåíüåâ

Ò. ê. äîïóñòèìàÿ íåðàâíîìåðíîñòü À×Õ â ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ íå ðàâíà íóëþ , òî òèï ôèëüòðà - ôèëüòð ×åáûøåâà.

Òåïåðü âîñïîëüçóåìñÿ ôîðìóëîé äëÿ ðàñ÷åòà ïîðÿäêà ôèëüòðà ×åáûøåâà:

(1)

Ïîäñòàâëÿÿ èñõîäíûå äàííûå â ýòó ôîðìóëó, ïîëó÷àåì:

Ïîñëå îêðóãëåíèÿ ïîëó÷àåì n = 4.

Òåïåðü îïðåäåëÿåì êîëè÷åñòâî çâåíüåâ:

(2)

Ò. å. äàëüøå ìû áóäåì ðàññìàòðèâàòü êàñêàäíóþ ðåàëèçàöèþ ôèëüòðà 4-îãî ïîðÿäêà â âèäå ñîåäèíåíèÿ 2-õ âçàèìîíåçàâèñèìûõ çâåíüåâ âòîðîãî ïîðÿäêà.

1.2 Îïðåäåëåíèå êîýôôèöèåíòîâ à_i è â_i ïîëèíîìà, àïïðîêñèìèðóþùåãî ïåðåäàòî÷íóþ ôóíêöèþ ôèëüòðà, è äîáðîòíîñòè ïîëþñîâ ÏÕ çâåíüåâ ôèëüòðà

Õàðàêòåðèñòèêà çâåíà âòîðîãî ïîðÿäêà â îáùåì âèäå èìååò âèä:

(3)

Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà çâåíà ïðèâåäåííîãî íà ðèñóíêå èìååò âèä:

(4)

Ñðàâíèâàÿ (3) è (4), ïîëó÷àåì:

(5)

Êîýôôèöèåíòû è ïîëó÷èì èç ôîðìóë:

(6)

Çäåñü:

(7)

Ïîäñòàâëÿÿ èñõîäíûå äàííûå â ñèñòåìó (7) ïîëó÷àåì:

Ïîäñòàâèì â ñèñòåìó (6), è èçìåíÿÿ i îò 1 äî 3, ïîëó÷àåì êîýôôèöèåíòû:

Ïîñ÷èòàåì äîáðîòíîñòü ïî ôîðìóëå . Q₁=0,76 , Q₂ =1,95.

1.3 Ðàñ÷åò çâåíüåâ ôèëüòðà

Âûáèðàåì çâåíüÿ âòîðîãî ïîðÿäêà c ìíîãîïåòëåâîé ÎÎÑ. Ðàçáèâàåì êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ: Ê₁ = -4, Ê₂ = -1,5. Èõ âèä:

Ïîäáèðàåì íîìèíàëû ýëåìåíòîâ äëÿ ïåðâîãî çâåíà:

Âûáèðàåì íîìèíàëüíîå çíà÷åíèå åìêîñòè Ñ₁ , áëèçêîå ê çíà÷åíèþ 10/f_â [ìêÔ] è íîìèíàëüíîå çíà÷åíèå Ñ₂ , óäîâëåòâîðÿþùåå óñëîâèþ

Ñ₂ < a_i² C₁/ [4b_i(1-k_0i)].

C₁=8,25íÔ (ðÿä Å192)

Ñ₂=1 íÔ (ðÿä Å192)

Âåëè÷èíû R1, R2, R3 ðàññ÷èòûâàåì ïî ñëåäóþùèì ôîðìóëàì:

êÎì (ðÿä Å192)

(ðÿä Å192)

(ðÿä Å192)

Ïîäáèðàåì íîìèíàëû ýëåìåíòîâ äëÿ âòîðîãî çâåíà:

Âûáèðàåì íîìèíàëüíîå çíà÷åíèå åìêîñòè Ñ₁, áëèçêîå ê çíà÷åíèþ 10/f_â [ìêÔ] è íîìèíàëüíîå çíà÷åíèå Ñ₂ , óäîâëåòâîðÿþùåå óñëîâèþ

Ñ₂ < a_i² C₁/ [4b_i(1-k_0i)].

C₁=38,3 íÔ (ðÿä Å192)

Ñ₂=1 íÔ (ðÿä Å192)

Âåëè÷èíû R1, R2, R3 ðàññ÷èòûâàåì ïî ñëåäóþùèì ôîðìóëàì:

êÎì (ðÿä Å192)

(ðÿä Å192)

(ðÿä Å192)

Âûáåðåì ÎÓ:

Äëÿ òîãî, ÷òîá òèïîíîìèíàëîâ áûëî ìåíüøå, ïîñòàðàåìñÿ âûáðàòü îäèíàêîâûå ÎÓ. Ïðè÷åì äîëæíû âûïîëíÿòüñÿ ñëåäóþùèå óñëîâèÿ:

è

Òàê êàê ìàêñèìàëüíàÿ àìïëèòóäà âûõîäíîãî ñèãíàëà íå ïðåâûøàåò 1,5*6=12Â, òî íà âûõîäàõ ÎÓ îíà áóäåò åùå ìåíüøå, ñëåäîâàòåëüíî åñëè

(Ó âòîðîãî ÎÓ çíà÷åíèå Ê₀ åùå íèæå)

Òàê êàê â ÎÑ íàõîäÿòñÿ ðåçèñòðû ñ âûñîêèìè ñîïðîòèâëåíèÿìè, òî âûáèðàåì ÎÓ 574ÓÄ1Á, êîòîðûé óäîâëåòâîðÿåò äàííûì óñëîâèÿì.

2. Ðàñ÷åò ÓÌ

2.1 Ýíåðãåòè÷åñêèé ðàñ÷åò ðåæèìà âûõîäíîãî êàñêàäà è âûáîð òðàíçèñòîðîâ VT5 è VT6

Íåîáõîäèìàÿ àìïëèòóäà ñèíóñîèäàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå ÓÌ:

Ñîãëàñíî ÒÇ ðàâíà U_{âûõ ìàõ} = U _{âõ ìàõ} ^.Ê_U0 = 9 Â. Òîãäà ìîùíîñòü P_N íà âûõîäå ÓÌ: ôèëüòð ÷àñòîòà óñèëèòåëü ñòàáèëèçàöèÿ

Àìïëèòóäà òîêà:

À

Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ðàâíî: U_ï = | U_ï2 | = U_ï1; U_ï = U_mí + U_{ÊÝ min} = U_mí + (2÷5) Â = 12Â.

Òîê ïîòðåáëÿåìûé â ðåæèìå ìàêñèìàëüíîé îòäàâàåìîé ìîùíîñòè:

Ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ íà êàæäîì òðàíçèñòîðå ïðè ìàêñèìàëüíîé îòäàâàåìîé ìîùíîñòè:

 Âò

Âûáîð òðàíçèñòîðîâ âûõîäíîãî êàñêàäà VT5, VT6 ïðîèçâîäèì ñ ó÷åòîì ñëåäóþùèõ óñëîâèé:

U_{ÊÝ max} > 1,2 (U_ï1 + | U_ï1 | ) = 28,8 Â;

I_{Ê max} > I_mí ( ïðè U_ÊÝ = U_{ÊÝ min} ) = 0,45 À;

P_{Ê max} > P_p ( ïðè T_{c max} = 70^oC = 343 Ê ) = 0,68 Âò;

Âûøåïåðå÷èñëåííûì òðåáîâàíèÿì óäîâëåòâîðÿþò òðàíçèñòîðû:

VT5 - ÊÒ 816 Á; VT6 - ÊÒ 817 Á;

Èõ ïàðàìåòðû ( Ò_ê = -60^oC ÷100^oC ):

êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ òîêà â ñõåìå ÎÝ: h_{21ý min} = 25;

ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà ïåðåõîäà: T_{n max} = 150^oC = 423 K;

Òàê êàê ìîùíîñòü, ðàññååâàåìàÿ íà êîëëåêòîðå ìåíüøå 0,77 Âò, òî òðàíçèñòîð ìîæíî èñïîëüçîâàòü áåç òåïëîîòâîäà.

Ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû òðàíçèñòîðíîãî âûõîäíîãî êàñêàäà â ðåæèìå  (ÀÂ) íà âåðõíèõ ÷àñòîòàõ çàäàííîãî äèàïàçîíà (îòñóòñòâèå èëè îãðàíè÷åíèå âåëè÷èíû òàê íàçûâàåìîãî «ñêâîçíîãî òîêà») ìîæåò áûòü îáåñïå÷åíà òîëüêî ïðè âûïîëíåíèè óñëîâèÿ

,

ãäå h_21ý - êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ òîêà â ñõåìå ÎÝ; f_h21ý - ÷àñòîòà, íà êîòîðîé | h_21ý | = h_21ý/; f_T - ÷àñòîòà, íà êîòîðîé | h_21ý | = 1; f_B - çàäàííàÿ âåðõíÿÿ ãðàíè÷íàÿ ÷àñòîòà óñèëèòåëÿ.

Êðîìå òîãî, äëÿ óñòîé÷èâîé ðàáîòû óñèëèòåëÿ ñ ãëóáîêîé îáðàòíîé ñâÿçüþ, îõâàòûâàþùåé ÎÓ è ÓÌ, æåëàòåëüíî, ÷òîáû âûïîëíÿëîñü óñëîâèå

,

ãäå f₁ - ÷àñòîòà åäèíè÷íîãî óñèëåíèÿ ÎÓ (äëÿ ÎÓ 544ÓÄ1 - 1 ÌÃö) .

Äëÿ âûáðàííûõ òðàíçèñòîðîâ:

Ñîïðîòèâëåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè ïî òîêó ïðèíèìàåì ðàâíûìè:

R₁₃ = R₁₄ = ( 0,03 ÷ 0,1 ) R_í = ( 0,6 ÷ 2 ) Îì;

×àñòî ýòè ðåçèñòîðû èñïîëüçóþòñÿ êàê äàò÷èêè íàïðÿæåíèÿ äëÿ ñõåìû çàùèòû ïðè ïåðåãðóçêå ïî òîêó âûõîäíîãî êàñêàäà ÓÌ. Ïðèíèìàåì çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèé

R₁₃ = R₁₄ =1 Îì. (ðÿä Å24)

Íîìèíàëüíàÿ ìîùíîñòü:

Âò.

2.2 Ðàñ÷åò ïðåäêîíå÷íîãî êàñêàäà íà òðàíçèñòîðàõ VT3 è VT4

Ïðåäêîíå÷íûé êàñêàä îáû÷íî äîëæåí îáåñïå÷èâàòü óñèëåíèå ïî òîêó è íàïðÿæåíèþ, òàê êàê àìïëèòóäà âûõîäíîãî òîêà è íàïðÿæåíèÿ ðàñïðîñòðàíåííûõ òèïîâ ÎÓ îãðàíè÷åíà ( ïîðÿäêà 10 ÷ 20 ìÀ, 10 ÷ 12 Â). Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ îïðåäåëÿåòñÿ, â îñíîâíîì, äåëèòåëåì èç ðåçèñòîðîâ R₉, R₁₀. Àìïëèòóäà íàïðÿæåíèÿ íà ýìèòòåðàõ VT3 è VT4 ðàâíà ( R_í << R₁₀ )

.

Òîãäà, ïðèíÿâ R₁₀ = h_21Ý5min R_í, ïîëó÷èì U_mí = 0,5 (1 + R₁₀ / R₉) U_mý .

Òàê êàê îòíîñèòåëüíî òî÷êè ïîäñîåäèíåíèÿ ðåçèñòîðîâ R₁₀, R₉ òðàíçèñòîðû VT3 è VT4 ÿâëÿþòñÿ ïîâòîðèòåëÿìè ïðèðàùåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà èõ áàçàõ, àìïëèòóäà íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå ÎÓ ïðàêòè÷åñêè ïîâòîðÿåòñÿ íà ýìèòòåðàõ VT3, VT4 è ðàâíà U_Ý ? U_{m âûõ ÎÓ}, ò.å. êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ âñåãî âûõîäíîãî êàñêàäà ñ ó÷åòîì âûøåñêàçàííîãî ðàâåí

.

Îòñþäà îïðåäåëÿåòñÿ ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R₉. Äîïóñòèìóþ àìïëèòóäó íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå ÎÓ ñëåäóåò âûáðàòü íåñêîëüêî ìåíüøå ïî ñðàâíåíèþ ñ ìàêñèìàëüíîé âåëè÷èíîé, óêàçàííîé â ñïðàâî÷íèêå, òî åñòü U_{m âûõ ÎÓ} ˜ (0,7 ÷ 0,8) U_{m âûõ max ÎÓ} . Äëÿ ÎÓ 574ÓÄ1Á:

U_{m âûõ max ÎÓ} = 10 Â, => U_{m âûõ ÎÓ} = U_mý = 8 Â.

Ýòîò çàïàñ íåîáõîäèì èç-çà âîçìîæíîé íåñòàáèëüíîñòè íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ.

Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðîâ R₁₁, R₁₂ ðàññ÷èòûâàåòñÿ òàê, ÷òîáû òîê ÷åðåç íèõ ïðè ìàêñèìàëüíîì ñèãíàëå ñîîòâåòñòâóþùåé ïîëÿðíîñòè íå ïðåâûøàë (10 ÷ 20) % àìïëèòóäû òîêà áàçû âûõîäíûõ òðàíçèñòîðîâ

R₁₁ = R₁₂ = ( 0,1 ÷ 0,2 )^-1 = 360 Îì, (ðÿä Å24);

R₁₀ = h_21Ý5min R_í = 25 • 20 Îì = 500 Îì, (áåðåì R₁₀ =510 Îì - ðÿä Å24);

Îì, (áåðåì R ₉ =390 Îì - ðÿä Å24);

Âûáîð òðàíçèñòîðîâ VT3 è VT4:

Òðàíçèñòîðû ïðåäêîíå÷íîãî êàñêàäà VT3 è VT4 äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü óñëîâèÿì

U_{ÊÝ max} ? 1,2 (U_ï1 + | U_ï1 | ) = 28,8 Â;

I_{Ê max} > = 0,02 À;

P_{Ê max} > =

= = 0,066 Âò.

VT4 - ÊÒ816 Á; VT3 - ÊÒ817 Á

êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ òîêà â ñõåìå ÎÝ: h_{21ý min} = 25;

ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà ïåðåõîäà: T_{n max} = 150^oC = 423 K;

Òàê êàê ìîùíîñòü, ðàññååâàåìàÿ íà êîëëåêòîðå ìåíüøå 0,77 Âò, òî òðàíçèñòîð ìîæíî èñïîëüçîâàòü áåç òåïëîîòâîäà.

2.3 Ñõåìà îáåñïå÷åíèÿ ðåæèìà ïîêîÿ è åãî ñòàáèëèçàöèè (VT1, VT2, R5, R6, R7)

Ñõåìà îáåñïå÷åíèÿ è ñòàáèëèçàöèè òîêà ïîêîÿ âûõîäíûõ òðàíçèñòîðîâ ïî òåìïåðàòóðå è ïèòàíèþ âêëþ÷àåò òðàíçèñòîðû VT1 è VT2 è ðåçèñòîðû R5, R6, R7.

Òðàíçèñòîð VT1 ñ ðåçèñòîðîì ÎÎÑ ïî òîêó R7 îáðàçóåò ãåíåðàòîð ñòàáèëüíîãî òîêà (ÃÑÒ), êîòîðûé ïèòàåò ôèêñèðîâàííûì, ïî÷òè íåçàâèñèìûì îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, ñîáðàííûé íà òðàíçèñòîðå VT2 ñ ãëóáîêîé ÎÎÑ ïî íàïðÿæåíèþ ÷åðåç äåëèòåëü R5 è R6.

Íàïðÿæåíèå, ñíèìàåìîå ìåæäó êîëëåêòîðîì è ýìèòòåðîì VT2, èãðàåò ðîëü íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ ïåðåõîäîâ áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðîâ VT3, VT4 è äîëæíî ñîñòàâëÿòü 2U_ÁÝ . Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ýòî íàïðÿæåíèå ïîäàåòñÿ íà äåëèòåëü R5 è R6 è ïðè óñëîâèè, ÷òî òîê äåëèòåëÿ I_ä >> I_Á2, íàïðÿæåíèå äåëèòåëÿ ðàâíî

=> R₅ = R₆ .

Íàïðÿæåíèå U_ÁÝ2 èìååò îòðèöàòåëüíûé òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ïðèìåðíî -2ìÂ/Ê, êîìïåíñèðóþùèé òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü U_ÁÝ3 è U_ÁÝ4 , òàê êàê òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò íàïðÿæåíèÿ íà ñóììå ðåçèñòîðîâ R5 + R6 âäâîå áîëüøå è ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî -4ìÂ/Ê.

×òîáû óìåíüøèòü òåìïåðàòóðíûé äðåéô òîêà ïîêîÿ âûõîäíûõ òðàíçèñòîðîâ â ïðîöåññå èõ ïðîãðåâà ïðè ðàáîòå óñèëèòåëÿ, òðàíçèñòîð VT2 ïðèíÿòî çàêðåïëÿòü íà ðàäèàòîðå âáëèçè ìåñòà êðåïëåíèÿ VT5 è VT6. Òîãäà ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû òðàíçèñòîðîâ VT5 è VT6 ïðèâîäèò ê íàãðåâó VT2, óìåíüøàÿ U_ÁÝ2, ÷òî â ñâîþ î÷åðåäü ñíèæàåò ñìåùåíèå U_ÁÝ3, U_ÁÝ4, â ðåçóëüòàòå ïàäàåò òîê òðàíçèñòîðîâ VT3, VT4, VT5, VT6. Äðóãèìè ñëîâàìè, îáðàòíàÿ òåïëîâàÿ ñâÿçü ñòàáèëèçèðóåò íà÷àëüíûé òîê âûõîäíîãî êàñêàäà.

Òðåáîâàíèÿ ê òðàíçèñòîðó VT2 ìèíèìàëüíû. Çäåñü ïðèìåíèì ëþáîé ìàëîìîùíûé êðåìíèåâûé òðàíçèñòîð. Íàïðèìåð, ÊÒ306 À ( T_ñ = (-40^îÑ ÷ 85 ^îÑ); h_{21ý min} = 100).

Ðåæèì ðàáîòû è âûáîð ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà VT1, ðàáîòàþùåãî â ÃÑÒ, îïðåäåëÿåòñÿ òåì, ÷òî òîê ñòîêà VT1 äîëæåí ñ íåêîòîðûì çàïàñîì îáåñïå÷èâàòü àìïëèòóäíîå çíà÷åíèå òîêà áàçû òðàíçèñòîðà VT4 â ðåæèìå îòäà÷è ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè:

ìÀ

U_ñç íà VT1: U_ñç1 = U_{m âûõ ÎÓ} + | U_Ï2 | = 8 +12 = 20 Â.

Ó÷èòûâàÿ çàïàñ: U_{ñç1 max} = ( 1,2 ÷ 1,5 ) U_ñç1 = ( 24 ÷ 30 ) Â.

Ñðåäíÿÿ ðàññåèâàåìà ìîùíîñòü: ìÂò.

Íà÷àëüíûé òîê äîëæåí áûòü ìèíèìàëüíûì. P_K (T_{c max} = 70^oÑ = 343 Ê) ? P_P1

=> âûáèðàåì VT1: ÊÏ 308 Á.

Ñîïðîòèâëåíèå àâòîñìåùåíèÿ è ñòàáèëèçàöèè = 1091 Îì

(âûáèðàåì 1,1 êÎì - ðÿä Å24), ãäå U₀ - íàïðÿæåíèå îòñå÷êè (äëÿ ÊÏ 308 À - 1,2 Â),

I_CH - íà÷àëüíûé òîê ñòîêà, ïðè U_çè = 0 (äëÿ ÊÏ 308 À - 1ìÀ).

2727 Îì (âûáèðàåì 2,7 êÎì - ðÿä Å24 )

Ðàçìåùåíî íà Allbest.ru

...