Санкт-Петербургский Государственный Университет Телекоммуникаций им.проф. М.А.Бонч-Бруевича КУРСОВОЙ ПРОЕКТ “Усилитель многоканальной системы передачи” Студент: Зайцев П.Ю. Группа: МВ-75 Проверил: Друзина Н.Р. Санкт-Петербург 1999

1.1 Введение.

Данное курсовое проектирование заключается в теоретической реализации многокаскадного усилителя по заданным параметрам. Проектирование следует начать с эскизного расчета усилителя.

1. Эскизный расчет усилителя (п.2).

Выбрать транзистор выходного каскада (п.2.2).

Рассчитать режим работы выходного каскада (п.2.2).

Рассчитать требуемую глубину ОС F (п.2.3).

Выбрать транзисторы предварительных каскадов и рассчитать коэффициент трансформации входного трансформатора n` (п.2.4).

Рассчитать число каскадов усилителя N (п.2.4).

Проверить выполнение условия стабильности коэффициента усиления и уточнить глубину ОС (п.2.5) .

1. Построение и расчет цепи усиления (К – цепи) по постоянному току (п.3).

Построить схему К – цепи усилителя (п.3.1, 3.2).

Выбрать режим работы транзисторов предварительных каскадов и нанести выбранные токи и напряжения в цифрах на схему К – цепи (п.3.2).

Рассчитать сопротивления резисторов схемы (п.3.2).

Выполнить расчет нестабильности режима работы схемы (п.3.3).

1. Расчет коэффициентов усиления и параметров АЧХ (п.4.).

Рассчитать коэффициенты усиления каскадов и общий коэффициент усиления. Уточнить число каскадов.

Рассчитать частоты полюсов передаточной функции К – цепи. Уточнить типы транзисторов предваритель­ных каскадов.

1. Расчет пассивных узлов структурной схемы усилителя (п.5).

Выбрать и рассчитать входную и выходную цепи.

Рассчитать элементы цепи ОС.

1. Расчет и построение характеристик передачи по петле ОС (п.6).

Рассчитать высокочастотного обхода и асимптотические потери А_т (п.6.2).

Построить ЛАХ Т(f) оптимального среза и сделать вывод о достаточной глубине ОС при выбранных запасах устойчивости (п.6.3).

1. Составление принципиальной схемы усилителя, выводы по результатам проектирования (п.7).

1. Задание параметров.

Вариант задания параметров берем из таблицы П.4.I. приложения 4 в методических указаниях по курсовому проектированию.

Т.о. вариант № 34, Р₂ = 60 мВт. R₂ = 150 Ом. R₁ = 150 Ом. R_{вх F} = 150 Ом. R_{вых F} = 150 Ом. K_F = 60. S_F = 0,5 дБ. f_н = 6 кГц. f_в = 0,28 МГц. k_ГF = 0,04%. E₀ = -24В. t_{c maz} = +40 ⁰C.

Для более наглядоного вида приведем все выше заданные технические параметры в виде таблицы:

Таблица № П.1.2.

№	Величина	Вид	Значение	Единицы измерения
1	Выходная мощность	Р2	60	мВт
2	Входное сопротивление	R1	150	Ом
3	Выходное сопротивление	R2	150	Ом
4	Входное сопротивление с ОС	R1 F	150	Ом
5	Выходное сопротивление с ОС	R2 F	150	Ом
6	Коэффициент усиления с ОС	КF	60
7	Результирующая нестабильность коэффициента усиления с ОС	SF	0,5	дБ
8	Частота нижнего среза	fH	6	КГц
9	Частота верхнего среза	fВ	0,28	МГц
10	Коэффициент гармоник	kГF	0,04	%
11	Напряжение питания	Е0	-24	В
12	Максимально допустимая температура переходов	tc max	+40	t0C

Эскизный расчет.

1. Структурная схема усилителя с одноканальной обратной связью.

Коэффициент усиления усилителя с глубокой одноканальной обратной связью (рис. 2.1) определяется параметрами пассивных цепей.

. (2.1)

Структурная схема усилителя без цепи ОС (цепь усиления) показана на рис 2.2

Цепь усиления должна коэффициент усиления, достаточный для получения заданного значения К_F и необходимо значения глубины ОС F. Цепь усиления содержит 2 – 4 каскада и функционально разделяется на выходной каскад и предварительные каскады усиления.

Ц епь ОС представляет собой пассивный 4^-х полюсник с вносимым коэффициентом передачи В₀. Нагрузкой цепи ОС является сопротивление входного шестиполюсника на зажимах 6-6 R`_г. (рис. 2.1), а эквивалентным генератором с внутренним сопротивлением R``_г – выходной шестиполюсник. (на зажимах 5-5).

1. Выбор транзисторов и расчет режима работы.

Расчет усилителя принято вести, начиная с выходного каскада. Он выполняется по однотактной трансформаторной схеме (рис. 2.3), которой транзистор включается по схеме с общим эмиттером, имеющей наибольшей коэффициент усиления мощности, и работает в режиме «А».

Транзистор выходного каскада выбирается по двум основным условиям:

Р_{к max}  а_н Р_{кр max}, , где Р_{кр max} = (4…5)P₂, а_н = 1,4…2, .

Здесь Р_{кр max} – максимальное рабочее значение мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора, с учетом работы в режиме «А» и потерь мощности сигнала в выходной цепи; Р_{к max} – максимально допустимая рассеивая мощность на коллекторе (берется из справочных данных на транзистор); а_н -коэффициент запаса, введение которого предполагает использование транзисторов в облегченном режимах для повышения надежности; h_{21 min} и h_{21 max} – крайние значения коэффициента передачи тока из справочных данных; f_T^** – граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ; f_h21 – частота среза по параметру h₂₁.

-Е₀

Произведем расчет и сделаем выбор транзистора. Однако надо учитывать, что транзистор будем питать отрицательным зажимом источника питания, не так как показано на рисунке 2.3, а положительный зажим будем подавать на “землю”. Отсюда следует, что транзистор должен быть p-n-p, потому как если это будет n-p-n транзистор, то переходы будут смещены в обратном направлении, а значит ток по цепи коллектор – эмиттер течь не будет, в случае если это p-n-p транзистор переходы будут открыты и ток будет протекать.

Расчет: Р₂ = 60 мВт; f_в = 280 кГц; Р_{кр мах} = 460 = 240 мВт; а_н Р_{кр мах} =3001,8 = 430 мВт. Р_{к мах} = 1 Вт.

Р_{к мах}  а_н Р_{кр мах}. Из p-n-p транзисторов подходит КТ629А по мощности, проверяем частотные свойства. f_h21 = 4,1 МГц > 30,28 = 0,84 МГц.  Подходит по всем условиям.

Режим работы транзистора, определяемый током покоя коллектора I_к и постоянной составляющей напряжения на переходе U_кэ, должен быть таким, чтобы во внешней нагрузке обеспечивалось необходимая номинальная мощность сигнала и параметры предельных режимов работы транзистора не превышали максимально допустимых. По мощности и заданному напряжению источника питания Е₀ определяем режим работы выходного транзистора:

U_кэ = аЕ₀ = 0,63Е₀ = 15 В. (2.4).

I_к = Р_{кр max}/U_кэ = 240/15 = 16 мА. (2.5).

Где а = 0,6…0,8 – коэффициент, учитывающий, что часть напряжения источника питания упадет на резисторе цепи эмиттера по постоянному току. Должны выполняться следующие условия применительно к выбранному транзистору:

U_{кэ max}  2U_кэ, 50 > 152 = 30; (2.6);

i_{к max}  а_нI_к, 1000 > 161,8 = 28,8; (2.7);

t_{пр max}  (0,9…0,95)t_{п max}; (2.8).

Максимально допустимые значения Р_{к мах}, i_{к max}, U_{кэ max} от температуры перехода, определяемых величин тепловых сопротивлений: промежутков переход – окружающая среда (R_пс), переход – корпус (R_пк), корпус – окружающая среда (R_кс). При выборе транзистора желательно обойтись без внешнего теплосвода. В этом случае:

t_{пр мах} = t_{c мах} + R_псP_{kp max} = 40 + 1200,24 = 68,8 ⁰С; (2.9).

Проверяем условие (2.8): 68,8⁰С < 0,9135⁰С = 121,5⁰С. Все условия (2.6, 2.7, 2.8) были соблюдены, а так же в реальной схеме можно обойтись без теплосвода, так как условие (2.8) соблюдено.

Приведем параметры выбранного транзистора в виде таблице:

Таблица П.2.1.

Транзистор	Pk max, Вт	fh21, МГц	fT, МГц	Uкэ max, В	ik max, A	tп, 0C	Rпс, 0С/Вт	IКБ0, мкА	Ск, пФ	rб`Ck, пс	h21			h21 max/ min
											min		max
КТ629А	1,0	4,1	250	50	1,0	135	120	5	25	200	25	61	150	6,0

По найденным значениям U_кэ и I_к находим оптимальное сопротивление нагрузки выходного транзистора для переменного тока.

R_н = U_кэ/_iI_k = 150,8/0,816 = 937,5 Ом (2.13).

Где  - коэффициент использования коллекторного напряжения (для транзистора средней и высокой мощности),  = 0,7…0,8; _i – коэффициент использования коллекторного тока _i = 0,8…0,95.