42

Министерство образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КАЛИБРОВКИ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

”Аналоговые электронные устройства (АЭУ)”

Студент гр.148-3

_________Д.В. Коновалов

7.05.2001

Руководитель

доцент каф. РЗИ

_________А.А. Титов

_________

Томск 2001

РЕФЕРАТ

Курсовая работа 43с., 15 рис., 1 табл., 7 источников, 1 приложение.

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД, ТРАНЗИСТОР, КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ, ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, ДИАПАЗОН ЧАСТОТ, НАПРЯЖЕНИЕ, МОЩНОСТЬ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ.

Объектом исследования в данной курсовой работе являются методы расчета усилительнх каскадов на основе транзисторов.

Цель работы - преобрести практические навыки в расчете усилительных каскадов на примере решения конкретной задачи.

В процессе работы производился расчет различных элементов широкополосного усилителя.

Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0.

Техническое задание

Исходные данные для проектирования широкополосного усилителя калибровки радиовещательных станций:

1. Диапазон частот: 0.5 50МГц.

2. Допустимые частотные искажения 2дБ.

3. Коэффициент усиления 30дБ.

4. Выходная мощность Р_вых.=20Вт.

5. Величина нагрузки R_н =50 Ом.

6. Сопротивление генератора R_Г = 50 Ом.

7. Диапазон рабочих температур: от 0 до +60 градусов Цельсия.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Введение……………………………………………………………………………5

2 Определение числа каскадов……………………………………………………..6

3 Распределение искажения на высокой частоте (ВЧ)……………………………6

4 Расчет оконечного каскада……………………………………………………….6

4.1 Расчет рабочей точки………………………………………………………6

4.2 Выбор транзистора………………………………………………………..10

4.3 Расчет эквивалентных схем транзистора………………………………..11

4.3.1 Схема Джиаколетто……………………………………………….11

4.3.2 Однонаправленная модель………………………………………..13

4.4 Расчет схем термостабилизации…………………………………………15

4.4.1 Эмиттерная термостабилизация………………………………….15

4.4.2 Коллекторная термостабилизация………………………………..17

4.4.3 Активная коллекторная термостабилизация…………………….18

4.5 Расчет корректируещих цепей…………………………………………...20

4.5.1 Выходная корректирующая цепь…………………………………20

4.5.2 Межкаскадная корректирующая цепь……………………………21

5 Расчет предоконечного каскада…………………………………………………26

5.1 Расчет рабочей точки …………………………………………………….26

5.2 Расчет эквивлентной схемы транзистора………………………………..26

5.3 Расчет схемы термостабилизации………………………………………..27

5.4 Расчет межкаскадной корректирующей цепи ………….……………….28

6 Расчет входного каскада…………………………………………………………30

6.1 Расчет рабочей точки……………………………………………………..30

6.2 Расчет эквивалентной схемы транзистора………………………………31

6.3 Расчет схемы термостабилизации………………………………………..31

6.4 Расчет входной корректирующей цепи …………………………………32

7 Расчет разделительных и блокировочных конденсаторов……………….……35

8 Заключение………………………………………………………………………..38

Список использованных источников……………………………………………...39

Приложение А Схема принципиальная…………………………………………...40

РТФ КП.468740.001 ПЗ. Перечень элементов……………………………………42

1 ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время усилители получили очень широкое распространение практически во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности, в технике, в медицине, в музыке, на транспорте и во многих других. Усилители являются необходимым элементом любых систем связи, радиовещания, акустики, автоматики, измерений и управления.

При ремонте усилителей мощности, которые входят в состав радиовещательной станции, либо их поверке используется стандартная измерительная аппаратура с амплитудой выходного сигнала 1 вольт. Поэтому появляется необходимость усиления тестовых сигналов до амплитуды, обеспечивающей стандартный режим работы усилителя мощности радиовещательной станции. По-другому, такой усилитель называют усилителем раскачки, и к нему предъявляются следующие требования: обеспечение заданного уровня выходной мощности; широкополосность; повышенный коэффициент полезного действия; малый уровень нелинейных искажений. При проектировании такого усилителя необходимо использовать мощные биполярные транзисторы и межкаскадные корректирующие цепи, которые позволяют достичь требуемых параметров.

2 Определение числа каскадов

Число каскадов для любого усилителя выбирается исходя из того, какой коэффициент усиления должно обеспечивать заданное устройство. Для того чтобы обеспечить коэффициент усиления 30дБ необходимо соединить последовательно три усилительных каскада, так как одним каскадом невозможно достичь такого усиления, который может выдать примерно 10-12дБ.

3 Распределение искажения на ВЧ

Допустимые частотные искажения по заданию равны 2дБ. Исходя из числа усилительных каскадов найдем искажения приходящиеся на каждый каскад:

(3.1)

где М_общ. – частотные искажения усилителя;

М_кас. – частотные искажения одного усилительного каскада;

N – число усилительных каскадов.

4 Расчет оконечного каскада

4.1 Расчет рабочей точки

Для расчета рабочей точки найдем выходное напряжение, которое должен выдавать усилитель, воспользовавшись следующим соотношением:

(4.1)

Выразим из формулы (4.1) U_вых.:

П
одставляя значения R_н=50(Ом), Р_вых.=20(Вт) получим:

Зная выходное напряжение, найдем выходной ток:

(4.2)

Так как значения выходного напряжения и тока высокие, то с целью максимального использования выходного транзистора усилителя по мощности, на выходе усилителя следует установить трансформатор импедансов 1/9 на длинных линиях [1]. Который уменьшает выходное напряжение в 3 раза и нагрузку в 9 раз.

Р
асчитаем рабочую точку двумя способами:

1.При использовании активного сопротивления R_k в цепи коллектора.

2.При использовании дросселя в цепи коллектора.

1.Расчет рабочей точки при использовании активного сопротивления R_k в цепи

коллектора.

Рис.4.1- Схема оконечного некорректированного каскада

Выберем R_к=R_н =6 (Ом).

Н айдем выходной ток I_вых..

(4.3)

Ток в рабочей точке найдем по следующей формуле:

( 4.4)

Напряжение в рабочей точке найдем по формуле:

(4.5)

Напряжение питания будет равно:

Построим нагрузочные прямые которые изображены на рисунке 4.2 для этого определим следующие параметры:

(4.6)

(4.7)

Рисунок 4.2 – Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току

2. Расчет рабочей точки при использовании дросселя в цепи коллектора.

Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.3.- Схема каскада по переменному току

В
ыходной ток будет равен:

Найдем ток и напряжение в рабочей точке:

Напряжение питания будет равно:

Определим потребляемую и рассеиваемую мощность транзистора:

( 4.8)

(4.9)

Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

	Eп, (В)	Iко, (А)	Uкэо, (В)	Pрасс.,(Вт)	Pпотр.,(Вт)
С Rк	50.5	5	17.5	87.5	252.5
Без Rк	17.5	2.75	17.5	48.1	48.1

Из таблицы 4.1 видно, что для данного курсового задания целесообразно использовать дроссель в цепи коллектора.

Построим нагрузочные прямые, которые изображены на рисунке 4.4

Рисунок 4.4 – Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току

4.2 Выбор транзистора

Для выбора транзистора необходимо чтобы его параметры удовлетворяли следующим условиям:

(4.10)

где I_кдоп. – максимально - допустимый ток коллектора;

U_кэдоп. – максимально – допустимое напряжение на коллектор – эмиттере;

P_кдоп – максимально – допустимая мощность рассеиваемая на коллекторе;

f_Т – максимальная граничная частота транзистора.

И
з неравенства (4.10 ) определим значения допустимых параметров.

Исходя из полученных значений, выберем выходной транзистор КТ930Б с помощью справочника [2].

Т
ранзистор имеет следующие допустимые параметры:

4.3 Расчет эквивалентных схем транзистора

4.3.1 Схема Джиаколетто

Многочисленные исследования показывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазоне частот удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная эквивалентная схема- схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 4.5. Подробное

описание схемы можно найти [3].

Рисунок 4.5 – Схема Джиаколетто

Достоинство этой схемы заключается в следующем: схема Джиаколетто с достаточной для практических расчетов точностью отражает реальные свойства транзисторов на частотах f  0.5f_т ; при последовательном применении этой схемы и найденных с ее помощью Y- параметров транзистора достигается наибольшее единство теории ламповых и транзисторных усилителей.