Реферат: УСИЛИТЕЛЬ ПРИЁМНОГО БЛОКА ШИРОКОПОЛОСНОГО ЛОКАТОРА
Название: УСИЛИТЕЛЬ ПРИЁМНОГО БЛОКА ШИРОКОПОЛОСНОГО ЛОКАТОРА Раздел: Рефераты по радиоэлектронике Тип: реферат | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Министерство образования Российской Федерации ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ) УСИЛИТЕЛЬ ПРИЁМНОГО БЛОКА ШИРОКОПОЛОСНОГО ЛОКАТОРА Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Схемотехника и АЭУ Студент гр. 148-3 __________Воронцов С.А. 24.04.2001 Руководитель Доцент кафедры РЗИ _____________Титов А.А. _____________ 2001 Реферат Курсовой проект 18 с., 11 рис., 1 табл. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ (К u ), АМПЛИТУДНОЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (АЧХ), ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ЁМКОСТИ, ДРОССЕЛИ, КОМБИНИРОВАННЫЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ. Объектом проектирования является проектирование усилителя приёмного блока широкополосного локатора. Цель работы – приобретение навыков аналитического расчёта усилителя по заданным к нему требованиям. В процессе работы производился аналитический расчёт усилителя и вариантов его исполнения, при этом был произведён анализ различных схем термостабилизации, рассчитаны эквивалентные модели транзистора, рассмотрены варианты коллекторной цепи транзистора. В результате расчета был разработан широкополосный усилитель с заданными требованиями. Полученный усилитель может быть использован как усилитель высокой частоты в приёмных устройствах. Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ на курсовое проектирование по курсу “Аналоговые электронные устройства” студент гр. 148-3 Воронцов С.А. Тема проекта: Усилитель приёмного блока широкополосного локатора. Исходные данные для проектирования аналогового устройства. 1. Диапазон частот от 100 МГц до 400 МГц. 2. Допустимые частотные искажения Мн 3 dB, МВ 3 dB. 3. Коэффициент усиления 15 dB. 4. Сопротивление источника сигнала 50 Ом. 5. Амплитуда напряжения на выходе 1 В. 6. Характер и величина нагрузки 50 Ом. 7. Условия эксплуатации (+10 +50)ºС. 8. Дополнительные требования: согласование усилителя по входу и выходу. Содержание 1 Введение ------------------------------------------ ----------------------------- 5 2 Основная часть ---------------------------------------------------------------- 6 2.1 Анализ исходных данных -------------------------------------------------- 6 2.2 Расчёт оконечного каскада ----------------------------------------------- 6 2.2.1 Расчёт рабочей точки ---------------------------------------------------- 6 2.2.2 Расчёт эквивалентных схем замещения транзистора ------------- 9 2.2.2.1 Расчёт параметров схемы Джиаколетто -------------------------- 9 2.2.2.2 Расчёт однонаправленной модели транзистора ------------------ 9 2.2.3 Расчёт и выбор схемы термостабилизации --------------------------10 2.2.3.1 Эмитерная термостабилизация -------------------------------------- 10 2.2.3.2 Пассивная коллекторная ---------------------------------------------- 11 2.2.3.3 Активная коллекторная ----------------------------------------------- 12 3 Расчёт входного каскада по постоянному току ------------------------ 13 3.1 Выбор рабочей точки ------------------------------------------------------ 13 3.2 Выбор транзистора --------------------------------------------------------- 13 3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора------------------------------- 14 3.3.1 Расчёт цепи термостабилизации-----------------------------------------14 4.1 Расчёт полосы пропускания выходного каскада-----------------------15 4.2. Расчёт полосы пропускания входного каскада------------------------ 17 5 Расчёт ёмкостей и дросселей ---------------------------------------------18 6 Заключение --------------------------------------------------------------------20 7 Список использованных источников---------------------------------------- 21 1 Введение Цель работы – приобретение навыков аналитического расчёта широкополосного усилителя по заданным к нему требованиям. Всё более широкие сферы деятельности человека не могут обойтись без радиолокации. Следовательно, к устройствам радиолокации предъявляются всё более жёсткие требования. В первую очередь это хорошее согласование по входу и выходу, хорошая повторяемость характеристик усилителей при их производстве, без необходимости подстройки, миниатюризация. Всеми перечисленными выше свойствами обладают усилители с отрицательными комбинированными обратными связями [1], что достигается благодаря совместному использованию последовательной местной и параллельной обратной связи по напряжению 2 Основная часть 2.1 Анализ исходных данных Исходя из условий технического задания, наиболее оптимальным вариантом решения моей задачи будет применение комбинированной обратной связи.[2] Вследствие того, что у нас будут комбинированные обратные связи, которые нам дадут хорошее согласование по входу и выходу, в них будет теряться 1/2 выходного напряжения, то возьмём Uвых в 2 раза больше заданного, т.е. 2В. 2.2 Расчёт оконечного каскада 2.2.1 Расчёт рабочей точки Возьмём Uвых в 2 раза больше чем заданное, так как часть выходной мощности теряется на ООС.[2] Uвых=2Uвых(заданного)=2 (В) Расчитаем выходной ток: Iвых===0,04 (А) Расчитаем каскады с резистором и индуктивностью в цепи коллектора: Расчёт резистивного каскада при условии Rн=Rк=50 (Ом) рис(2.2.1.1).
по переменному току. Расчитаем выходной ток для каскада с резистором в цепи коллектора: Iвых~===0,08 (А) Расчитаем ток и напряжение в рабочей точке: Uкэ0=Uвых+Uост, Uост примем равным 2В. (2.2.1) Iк0=Iвых~+0,1Iвых~ (2.2.2) Uкэ0=3 (В) Iк0=0,088 (А) Расчитаем выходную мощность: Pвых===0,04 (Вт) Напряжение питания тогда будет: Eп=Uкэ0+URк=Uкэ0+ Iк0×Rк=7,4 (В) Найдём потребляемую и рассеиваемую мощность: Pрасс=Uкэ0×Iк0=0,264 (Вт) Рпотр= Eп×Iк0=0,651(Вт) Для того чтобы больше мощности шло в нагрузку, в цепь коллектора включаем дроссель.[2] Расчёт каскада при условии что в цепь коллектора включен Lк рис(2.2.1.3). Рисунок 2.2.1.3- Индуктивный каскад Рисунок 2.2.1.4- Нагрузочные прямые. по переменному току. Расчитаем выходной ток для каскада с индуктивностью в цепи коллектора: Iвых= ==0,04 (А) По формулам (2.2.1) и (2.2.2) расчитаем рабочую точку. Uкэ0=3 (В) Iк0=0,044 (А) Найдём напряжение питания, выходную, потребляемую и рассеиваемую мощность: Pвых===0,04 (Вт) Eп=Uкэ0=3 (В) Рк расс=Uкэ0×Iк0=0,132 (Вт) Рпотр= Eп×Iк0=0,132 (Вт)
Таблица 2.2.1.1- Характеристики вариантов схем коллекторной цепи Из энергетического расчёта усилителя видно, что целесообразнее использовать каскад с индуктивностью в цепи коллектора. Выбор транзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров: 1. граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ ; 2. предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер ; 3. предельно допустимого тока коллектора ; 4. предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе . Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ996А. Его основные технические характеристики приведены ниже. Электрические параметры: 1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц; 2. Постоянная времени цепи обратной связи пс; 3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ; 4. Ёмкость коллекторного перехода при В пФ; 5. Индуктивность вывода базы нГн; 6. Индуктивность вывода эмиттера нГн. Предельные эксплуатационные данные: 1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В; 2. Постоянный ток коллектора мА; 3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт; 2.2.2 Расчёт эквивалентных схем замещения транзистора. 2.2.2.1Расчёт параметров схемы Джиаколетто. Рисунок 2.2.2.1.1- Эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто). Найдём параметры всех элементов схемы:[2] Пересчитаем ёмкость коллектора из паспортной: Ск(треб)=Ск(пасп)*=1,6×=2,92 (пФ) Найдём gб=, причём rб= : rб= =2,875 (Ом); gб==0,347 (Cм); Для нахождения rэ воспользуемся формулой rэ=, где Iк0 в мА: rэ= =1,043 (Ом); Найдём оставшиеся элементы схемы gбэ==0,017,где ß0=55 по справочнику; Cэ==30,5 (пФ),где fТ =5000Мгц по справочнику; Ri= =100 (Ом), gi=0.01(См),где Uкэ(доп)=20В Iко(доп)=200мА. 2.2.2.2Расчёт однонаправленной модели транзистора. Данная модель применяется в области высоких частот. Рисунок 2.2.2.2.1- Однонаправленная модель транзистора. Параметры эквивалентной схемы расчитываются по приведённым ниже формулам.[2] Входная индуктивность: , (2.2.2.1) где –индуктивности выводов базы и эмиттера. Входное сопротивление: , (2.2.2.2) где , причём , и – справочные данные. Выходное сопротивление: . (2.2.2.3) Выходная ёмкость: . (2.2.2.4) В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы: Lвх= Lб+Lэ=1+0,183=1,183 (нГн); Rвх=rб=2,875 (Ом); Rвых=Ri=100 (Ом); Свых=Ск(треб)=2,92 (пФ); fmax=fт=5 (ГГц) 2.2.3 Расчёт и выбор схемы термостабилизации. 2.2.3.1 Эмитерная термостабилизация. Эмитерная термостабилизация широко используется в маломощных каскадах, так как потери мощности в ней при этом не значительны и её простота исполнения вполне их компенсирует, а также она хорошо стабилизирует ток коллектора в широком диапазоне температур при напряжении на эмиттере более 3В.[1] Рисунок 2.2.3.1.1- Каскад с эмитерной термостабилизацией. Рассчитаем параметры элементов данной схемы. Uэ=4 (В); Eп=Uкэ0+Uэ=7 (В); Rэ= ==90,91 (Ом); Rб1=, Iд=10×Iб, Iб=, Iд=10× =10×=0,008 (А); Rб1==264,1 (Ом); Rб2= =534,1 (Ом). Наряду с эмитерной термостабилизацией используются пассивная и активная коллекторная термостабилизации.[1] 2.2.3.2Пассивная коллекторная термостабилизация: Ток базы определяется Rб. При увеличении тока коллектора напряжение в точке А падает и следовательно уменьшается ток базы, а это не даёт увеличиваться дальше току коллектора. Но чтобы стал изменяться ток базы, напряжение в точке А должно измениться на 10-20%, то есть Rк должно быть очень велико, что оправдывается только в маломощных каскадах[1]. Рисунок 2.2.3.2.1- Схема пассивной коллекторной термостабилизации Rк==159.1(Ом); URк=7 (В); Eп=Uкэ0+URк=10 (В); Iб==0.0008(А); Rб= =2875 (Ом). 2.2.3.3 Активная коллекторная термостабилизация. Можно сделать чтобы Rб зависило от напряжения в точке А см. рис.(2.2.3.2.1). Получим что при незначительном уменьшении (увеличении) тока коллектора значительно увеличится (уменьшится) ток базы. И вместо большого Rк можно поставить меньшее на котором бы падало порядка 1В см. рис.(2.2.3.3.1).[1] b2=100; Rк===22,73 (Ом); Eп=Uкэ0+UR=4 (В); Iд2=10×Iб2=10×=0.00008 (A); R3==28,75 (кОм); R1==21,25 (кОм); R2==4.75 (кОм). Рисунок 2.2.3.3.1- Активная коллекторная термостабилизация. Данная схема требует значительное количество дополнительных элементов, в том числе и активных. Если Сф утратит свои свойства, то каскад самовозбудится и будет не усиливать, а генерировать.Основываясь на проведённом выше анализе схем термостабилизации выберем эмитерную. 3 Расчёт входного каскада по постоянному току 3.1 Выбор рабочей точки При расчёте требуемого режима транзистора промежуточных и входного каскадов по постоянному току следует ориентироваться на соотношения, приведённые в пункте 2.2.1 с учётом того, что заменяется на входное сопротивление последующего каскада. Но, при малосигнальном режиме, за основу можно брать типовой режим транзистора (обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов мА и В). Поэтому координаты рабочей точки выберем следующие мА, В. Мощность, рассеиваемая на коллекторе мВт. 3.2 Выбор транзистора Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 2.2.1. Этим требованиям отвечает транзистор КТ3115А-2. Его основные технические характеристики приведены ниже. Электрические параметры: 1. граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ГГц; 2. Постоянная времени цепи обратной связи пс; 3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ; 4. Ёмкость коллекторного перехода при В пФ; 5. Индуктивность вывода базы нГн; 6. Индуктивность вывода эмиттера нГн. 7. Ёмкость эмиттерного перехода пФ; Предельные эксплуатационные данные: 1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В; 2. Постоянный ток коллектора мА; 3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт; 3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 2.2.2.2.1 Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 2.2.2.1 нГн; пФ; Ом Ом; Ом; пФ. 3.3 Расчёт цепи термостабилизации Для входного каскада также выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.3.1. Рисунок 3.3.1 Метод расчёта схемы идентичен приведённому в пункте 2.2.3.1 с той лишь особенностью что присутствует, как видно из рисунка, сопротивление в цепи коллектора . Эта схема термостабильна при В и мА. Напряжение питания рассчитывается по формуле В. Расчитывая элементы получим: Ом; кОм; кОм; 4.1 Расчет полосы пропускания выходного каскада Поскольку мы будем использовать комбинированные обратные [1], то все соответствующие элементы схемы будут одинаковы, т.е. по сути дела расчёт всего усилителя сводится к расчёту одного каскада. Рисунок 2.3.1 - Схема каскада с комбинированной ООС Достоинством схемы является то, что при условиях и (4.1.1) схема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие ³0,7. Поэтому практически отсутствует взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании [6]. При выполнении условия (1.53), коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением: , (4.1.2) где ; (4.1.3) ; . Из (2.3.1), (2.3.3) не трудно получить, что при заданном значении . (4.1.4) При заданном значении , каскада равна: , (4.1.5) где . Нагружающие ООС уменьшают максимальную амплитуду выходного сигнала каскада, в котором они используются на величину . При выборе и из (4.1.3), ощущаемое сопротивление нагрузки транзистора каскада с комбинированной ООС равно . Расчёт Kо: Для реализации усилителя используем четыре каскада. В этом случае коэффициент усиления на один каскад будет составлять: Ко==4.5дБ или 1.6 раза (Ом); Rэ= (Ом); ; ; Общий уровень частотных искажений равен 3 дБ, то Yв для одного каскада примем равным: ; ; Подставляя все данные в (4.1.5) находим fв:
4.2. Расчёт полосы пропускания входного каскада Все расчёты ведутся таким же образом, как и в пункте 4.1 с той лишь разницей что берутся данные для транзистора КТ3115А-2.Этот транзистор является маломощным, тем самым, применив его в первых трёх каскадах, где уровень выходного сигнала небольшой, мы добьемся меньших потерь мощности. (Ом); Rэ= (Ом); ; ; Так каr в усилителе 4 каскада и общий уровень частотных искажений равен 3 дБ, то Yв для одного каскада примем равным: ; ; Подставляя все данные в (4.1.5) находим fв:
Все требования к усилителю выполнены 5 Расчёт ёмкостей и дросселей. Проводимый ниже расчёт основан на [2]. (нФ); (мкГн); На нижних частотах неравномерность АЧХ обусловлена ёмкостями Ср и Сэ, поэтому пусть 1,5 dB вносят Ср и столько же Сэ. , где (5.1) R1 и R2 сопротивления соответственно слева и справа от Ср Yн допустимые искажения вносимые одной ёмкостью. (dB), (раз), для Ср1 и (раз), для Сэ. R1=Rвых(каскада), R2=Rвх(каскада)=Rн=50 (Ом), для Ср1 (межкаскадной), R1=Rг=Rвых(3-го каскада)=50 (Ом), R2=Rвх(каскада)=Rн=50 (Ом), для Ср2, , , , , (Ом), По формуле (2.4.1) рассчитаем Ср. (пФ), (пФ), , , (нс), (нФ).
3 Заключение В данном курсовом проекте разработан усилитель приёмного блока широкополосного локатора с использованием транзисторов КТ996А и комбинированных обратных связей, имеет следующие технические характеристики: полоса рабочих частот (100-1000) МГц; коэффициент усиления 15 дБ; неравномерность амплитудно-частотной характеристики + 1,5 дБ; максимальное значение выходного напряжения 2 В; сопротивление генератора и нагрузки 50 Ом; напряжение питания 7 В. Список использованных источников 1 Мамонкин И.Г. Усилительные устройства: Учебное пособие для вузов. – М.: Связь, 1977. 2 Титов А.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах – http://referat.ru/download/ref-2764.zip 3 Горбань Б.Г. Широкополосные усилители на транзисторах. – М.: Энергия, 1975.-248с. 4 Проектирование радиопередающих устройств./ Под ред. О.В. Алексеева. – М.: Радио и связь, 1987.- 392с. 5 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. |
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
|