Курсовая работа: Проектирование широкополосного усилительного устройства
Название: Проектирование широкополосного усилительного устройства Раздел: Рефераты по коммуникации и связи Тип: курсовая работа |
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ "ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОГО УСИЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА" Екатеринбург 2008 Введение Широкополосные усилители предназначены для усиления электрических сигналов, спектры которых простираются от нуля или нескольких герц до многих мегагерц. Они используются в современной импульсной радиосвязи, многоканальной электрической связи, телевидения, измерительной технике и т.д. Широкополосные усилители применяются как для усиления гармонических сигналов с широкой полосой частот, так и для усиления импульсных сигналов с крутым фронтом и диапазоном длительностей импульсов. Однако методы исследования, расчета и проектирования широкополосных усилителей гармонических сигналов и импульсных сигналов различны. Расчет широкополосных усилителей гармонических сигналов производится на основе спектральных, а импульсных усилителей на основе временных представлений. Согласно ТЗ рассчитываем коэффициент усиления: Регулировка СП-40 дБ. Выбор структурной схемыРис. 1. Структурная схема широкополосного усилительного устройства · Фазовращательный каскад представляет собой усилительный каскад в схеме включения с общим эмиттером и с общим коллектором c единичным коэффициентом усиления. · Усилитель напряжения представляет собой усилительный каскад в схеме включения с общим эмиттером, он обеспечивает основное усиление входного сигнала по напряжению. · Выходное устройство представляет собой два параллельно включенных усилительных каскада в схеме включения с общим коллектором (эмиттерный повторитель), на входе одного из каскадов стоит инвертор. Повторитель служит для небольшого усиления сигнала по току с выхода усилителя напряжения, а также для согласования усилителя с нагрузкой. Расчетная частьРасчет элементов схемы производился с помощью математического пакета Mathcad 2000 Professional. В нашем случае, при выходном напряжении Uвых эфф =8 В и сопротивлении нагрузки Rн = 106 Ом мощность рассеяния транзистора VT должна быть больше . Для данной схемы выбираем транзистор КТ325А (используется для усиления сигналов высокой частоты, Fт =800 МГц, Рдоп =225 мВт). Электрические параметры КТ325А: 1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ: 2. ; 3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ: ; 4. Ёмкость коллекторного перехода при Uкб=5 В, не более: ; Предельные эксплуатационные данные: 1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер: ; 2. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора: мВт; 3. Температура p-n перехода:. 4. Максимальная температура окружающей среды: . Рис. 2. Физическая малосигнальная высокочастотная эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто) широкополосный усилитель импульсный гармонический – входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока; – коэффициент передачи по току при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока; – выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока (холостой ход входной цепи); – коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока. Вычисление параметров схемы Джиаколетто: • = – барьерная емкость коллекторного перехода; • = – выходное сопротивление транзистора; • = – сопротивление коллекторного перехода; • – сопротивление эмиттерного перехода эмиттерному току; • = – сопротивление эмиттерного перехода базовому току; • = – распределенное сопротивление базы; tОС – постоянная времени обратной связи транзистора; ориентировочное значение rБ можно определить по формуле: rБ @ Н12Б / Н22Б ; • = – диффузионная емкость эмиттерного перехода; • = – собственная постоянная времени транзистора; • – крутизна транзистора; Фазовращательный каскад представляет собой усилительный каскад с схеме включения как с общим коллектором так и с общим эмиттером, он обеспечивает расщепление фазы с единичным коэффициентом усиления. Фазовращательный каскад представляет собой два каскада в схеме включения с общим эмиттером и в схеме включения с общим коллектором: Смысл данной схемы заключается что на выходе мы получаем два одинаковых сигнала, которые по фазе различаются на 180є. Рис. 3. Схема расщепления фазы с единичным коэффициентом усиления Для схемы включения с общим эмиттером коэффициент усиления равен: , R0 = Ri ||Rк ||Rн= Для схемы включения с общим коллектором коэффициент усиления равен: , Найдем значение R0 : → Подберем значения возьмем их равными Произведем расчет граничных частот усилительного каскада, а также определим номиналы сопротивлений и емкостей, входящих в каскад: • Граничная частота усилительного каскада в области нижних частот: , используем номинал 4,7 нФ • Граничная частота входной цепи каскада в области нижних частот: , используем номинал 8.2 мкФ Граничная частота выходной цепи усилительного каскада в области верхних частот: постоянная времени усилительного каскада в области верхних частот; = Постоянная времени входной цепи в области верхних частот: = Произведем расчет сопротивлений резисторов R1 и R2: , IД = (10 – 20) IБ0 = 1,95 мА, , используем номинал 6,8 кОм , используем номинал 330 Ом. Усилитель напряжения представляет собой усилительный каскад с ООС по напряжению параллельного вида, он обеспечивает основное усиление входного сигнала по напряжению. Расчет каскада ОЭ с ООС по напряжению параллельного вида: Для нашего случая, чтобы удовлетворить ТЗ, выбираем Еп = 24 В. Чтобы удовлетворить параметрам транзистора должно выполняться следующее условие: выбираем Rk=2,7 кОм; Тогда ; Рис. 3. Схема усилительного каскада с ООС по напряжению параллельного вида Произведем расчет граничных частот усилительного каскада, а также определим номиналы сопротивлений и емкостей, входящих в каскад: Граничная частота усилительного каскада в области нижних частот: , используем номинал 4,7 нФ Граничная частота входной цепи каскада в области нижних частот: , используем номинал 8,2 мкФ Граничная частота выходной цепи усилительного каскада в области верхних частот: постоянная времени усилительного каскада в области верхних частот; = Постоянная времени входной цепи в области верхних частот: = Произведем расчет сопротивлений резисторов R1 и R2: • , IД = (10 – 20) IБ0 = 1,95 мА, , используем номинал 6,8 кОм • , используем номинал 330 Ом. Для согласования с нагрузкой на выход широкополосного усилителя необходимо поставить усилитель, который не должен вносить изменения в амплитуду сигнала, должен обладать высоким входным и низким выходным сопротивлением. Всем этим требованиям удовлетворяет усилительный каскад на биполярном транзисторе, включённом по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Рис. 4. Эмиттерный повторитель Произведем расчет граничных частот усилительного каскада, а также определим номиналы сопротивлений и емкостей, входящих в каскад: Граничная частота выходной цепи усилительного каскада в области нижних частот , используем номинал 4,7 нФ Граничная частота входной цепи каскада в области нижних частот: , используем номинал 0,56 мкФ Постоянная времени входной цепи в области верхних частот: Постоянная времени выходной цепи в области верхних частот: • Коэффициент усиления каскада по напряжению: , ; Произведем расчет сопротивлений резисторов R1 и R2: ≈ используем номинал 5,6 кОм (все номинальные значения сопротивлений из ряда Е12). используем номинал 12,0 кОм. В усилителе заданием предусмотрена ступенчатая регулировка усиления Dp = 40 dB. Рис. 5. Схема регулировки усиления Задавшись величиной одного из резисторов делителя, можно определить величину другого, в соответствии с формулой: Пусть R2 = 1 кОм, , используем номинал 100.0 кОм. Заключение В данном курсовом проекте был произведен расчет электрической принципиальной схемы широкополосного усилительного устройства. После расчета элементов схемы было произведено моделирование устройства в программном пакете «ElectronicsWorkbenchV5.12». На основании результатов моделирования (амплитудно-частотная характеристика устройства) можно сделать вывод, что данная электрическая схема полностью удовлетворяет требованиям ТЗ: Ku = 80, fН = 20 Гц, fВ = 4 МГц. Список источников 1. Джонсон Д., Джонсон Дж., Мур Г. Справочник по активным фильтрам: Пер. с англ. М.Н. Микшиса. М.: Энергоатомиздат, 1982. 220 с. 2. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. М.: Радио и связь, 1997. 320 с. 3. Калмыков А.А., Матюнина А.В. Оформление учебных студенческих работ: Методические указания. Свердловск: УПИ, 1984. 36 с. 4. Томас Р.К. Справочник. Коммутационные устройства. М.: Радиосвязь, 1989, 144 с. |