kursovik (Усилитель систем контроля радиовещательных станций), страница 3

Рисунок 3.3.10. Схема усилителя с корректирующими цепями

Расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 3.3.10. Для получения максимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора, равное постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Это можно реализовать, включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 3.3.11 [6].

Рисунок 3.3.11. – Схема выходной корректирующей цепи

Выходную корректирующую цепь можно рассчитать с использованием методики Фано, которая подробно описана в методическом пособии [6]. Зная С_вых и f_в можно рассчитать элементы L₁ и C₁

Рассчитаем нормированное значение С_выхн по следующей формуле:

(3.32)

Подставляя соответсвующие значения получим:

Основываясь на данные таблицы, которая представлена в методическом пособии [6], по значению нормированной выходной емкости находим нормированные значения L₁ и C₁, а так же коэффициент . Получим следующие значения:

Разнормируем полученные значения. В результате получим:

3.3.5.2 Расчёт межкаскадной корректирующей цепи.

В данном усилителе имеются две межкаскадные корректирующие цепи, служащие для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов, а также придания усилителю определенных свойств. Это цепи, между выходным и предоконечным каскадами, и между предоконечным и входным каскадами. В данном случае применена корректирующая цепь третьего порядка, которая изображена на рисунке 3.3.12. Цепь такого вида обеспечивает реализацию усилительного каскада с заданной неравномерностью АЧХ, лежащей в пределах необходимых отклонений (повышение или понижение) с заданными частотными искажениями [6].

Рисунок 3.3.12. Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка.

При расчёте используются однонаправленные модели на ВЧ выходного и предоконечного транзисторов. Возникает задача: выбор предоконечного транзистора. Обычно он выбирается ориентировочно. В качестве входного усилительного элемента VT1 используется транзистор КТ903А

При расчёте будут использоваться коэффициенты: , , , значения которых берутся исходя из заданной неравномерности АЧХ. В нашем случае берем их равными 2.77, 2.13, 2.46, что соответствует неравномерности АЧХ 1.4дБ на каждый каскад. После находят нормированные значения С_вых.н, L_вх.н и R_вх.н по следующим формулам:

(3.36)

(3.37)

(3.38)

Подставим исходные параметры и в результате получим:

Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты:

; (3.39)

; (3.40)

; (3.41)

получим:

Отсюда найдем нормированные значения , , и :

(3.42)

где ; (3.43)

;

;

.

При расчете получим:

и в результате получим следующие значения:

Рассчитаем дополнительные параметры:

(3.44)

(3.45)

где S₂₁₀- коэффициент передачи оконечного каскада.

Для выравнивания АЧХ в области нижних частот используется резистор , рассчитываемый по формуле:

(3.46)

Найдем истинные значения остальных элементов по формулам:

, , , (3.47)

Коэффициент усиления рассчитаем по формуле:

(3.48)

1. Расчёт входного каскада

3.4.1 Выбор рабочей точки

Входной каскад выполнен на транзисторе КТ903А. Для того чтобы усилитель имел один источник питания, необходимо напряжение в рабочей точке оставить неизменным, то есть можно записать:

Ток в рабочей точке изменяется в соответствии с коэффициентом усиления межкаскадной корректирующей цепи, которая рассчитана в пункте 3.3.5.2.

3.4.2 Расчет эквивалентной схемы транзистора

Выбор транзистора был произведён в пункте 3.3.5.2, его название КТ903А, осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ903А. Его основные технические характеристики приведены ниже.

Электрические параметры:

1. граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ 50(МГц);

2. Постоянная времени цепи обратной связи 500пс;

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 А;

3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора P_к=30 Вт.

Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.3.5. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.

нГн;

пФ;

Ом

Ом;

Ом;

пФ.

3.4.3 Расчёт цепи термостабилизации

Как было сказано в пункте 3.3.4.2., для данного усилителя предпочтительней выбрать во всех каскадах активную коллекторную термостабилизацию. Принципиальная схема её представлена на рисунке 3.3.8. Расчёт производится аналогично расчёту выходного каскада. Отличием является лишь то, что коллекторный ток будет иметь другое значение. Оно будет равно значению выходного транзистора в 5.343 раз меньше, что соответствует коффициенту передачи выходного транзистора.

В качестве VT1 возьмём тот же транзистор КТ814. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть В), тогда . В результате получаем следующее значение:

Ом;

А;

В;

А;

А;

Ом;

Ом.

Ом

На этом расчёт термостабилизации закончен.

3.4.4 Расчёт входной КЦ

В качестве входной корректирующей цепи используется межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка. Эквивалентная схема изображена на рисунке 3.3.13.

Р
исунок 3.3.13 – Эквивалентная схема каскада

Рассчитаем элементы МКЦ.

Выходными параметрами в данном случае будут являться параметры генератора.

Значения входных параметров транзистора КТ903А возьмем из пункта 3.4.3.

Нагрузкой для входного каскада является параллельное соединение R_вых. транзистора и R₁ .Где R₁– сопротивление, входящее в межкаскадную корректирующую цепь, рассчитанное в пункте 3.4.5.

Нормируем входные и выходные параметры по формулам (3.38.1,3.38.2,3.38.3)

Для нахождения нормированных значений С₁ , С₂ , L₁ определим следующие коэффициенты по формулам (3.39-3.43).

Нормированные значения элементов С₁ , С₂ , L₁ найдем по соответствующим формулам:

Найдем нормированные значения элементов С₁ , С₂ , L₁:

Рассчитаем коэффициент усиления по формулам (3.45,3.48):

Найдем значения элементов МКЦ из формул (3.46,3.47):

1. Расчёт дополнительных элементов

3.5.1 Расчёт разделительных ёмкостей.

Расчитаем разделительные конденсаторы по следующей формуле [3]:

(3.49)

где Y_н – искажения приходящиеся на каждый конденсатор;

R₁ – выходное сопротивление транзистора;

R₂ – сопротивление нагрузки;

В нашем случае число разделительных конденсаторов будет равно трем. Расчитаем разделительные конденсаторы С₁ , С₆ , С₁₁ , которые изображены на принципиальной схеме (см. Приложение А). Искажения, приходящиеся на каждый конденсатор, будут равны:

Рассчитаем значение конденсаторов С₁ , С₆ , С₁₁ по формуле (3.49).

3.5.2 Расчёт блокировочных емкостей.

Блокировочные конденсаторы С₄ , С₉, определим из следующего условия :

(3.50)

где R – это сопротивление R₂ в схеме активной коллекторной термостабилизации.

Выражая из соотношения (3.50) емкость С, получим:

(3.51)

Определим значения емкостей С₄ , С₉ по формуле (3.51):

3.5.3 Расчёт конденсаторов фильтра.

Конденсаторы фильтра С5, С10, определим из следующего условия:

(3.52)

где R-это сопротивление R4 в схеме активной коллекторной термостабилизации. Подставляя численные значения получаем:

3.5.4 Расчёт дросселя.

Расчитаем дроссель L_к в цепи коллектора исходя из следующего соотношения:

(3.53)

где (R//C) – параллельное соединение элементов МКЦ.

Выражая из соотношения (3.53) L_к, получим:

(3.54)

Определим численные значения индуктивностей L₂ , L_4, по формуле (3.54).

4 Расчет коэффициента усиления всего усилителя

На общий коэффициент усиления влияют предоконечный, оконечний и входной каскады:

,

и переведем его в децибелы:

5 Заключение

В результате работы был рассчитан усилитель, который имеет следующие параметры:

1.Рабочая полоса частот 0.15 – 2МГц.

2.Допустимые частотные искажения 3дБ.

3.Коэффициент усиления 48.6дБ.

4.Питание Е_п =24.5В.

5.Выходная мощность Р_вых.=40Вт.

Усилитель имеет запас по усилению 13.6дБ, это необходимо для того, чтобы в случае ухудшения параметров отдельных элементов коэффициент передачи усилителя не опускался ниже заданного уровня.

Список используемых источников.

1 Широкополосные радиопередающие устройства /Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А.; Под ред. О.В. Алексеева.- М.: Связь. 1978 г.

1. Цыкин Г.С. Усилительные устройства.-М.: Связь, 1971.-367с.

2. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник/А.А. Зайцев и др. Под ред. А.В.Голомедова.-М.: Радио и Связь, 1989.-640 с.:Ил.

4 Горбань Б.Г. Широкополосные усилители на транзисторах. – М.: Энергия, 1975.-248с.

5 Мамонкин И.Г. Усилительные устройства: Учебное пособие для вузов. – М.: Связь, 1977.