ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации

(РЗИ)

УСИЛИТЕЛЬ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

“Схемотехника аналоговых электронных устройств"

РТФ КП.468731.001 ПЗ

Выполнил

студент гр. 142-1:

_______ Б. В. Храмцов

_______ марта 2005г.

Проверил

Доктор технических наук, профессор каф. РЗИ:

_______ А.А. Титов

_______ марта 2005г.

Томск 2005

РЕФЕРАТ

Курсовая работа 31 с., 21 рис, 1 табл., 4 источника.

УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, РАБОЧАЯ ТОЧКА, ВЫБОР ТРАНЗИСТОРА, СХЕМЫ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ ТРАНЗИСТОРА, ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ДЖИАКОЛЕТТО, ДРОССЕЛЬНЫЙ КАСКАД.

Объектом исследования является широкополосный усилитель мощности.

В данной курсовой работе рассматриваются условия выбора транзистора, методы расчета усилительных каскадов, корректирующих цепей, цепей термостабилизации.

Цель работы – приобрести навыки расчета транзисторных усилителей мощности.

В результате работы был рассчитан широкополосный усилитель мощности, который может использоваться в качестве усилителя мощности стандартных сигналов, а также в качестве усилителя, применяющегося для калибровки усилителей мощности телевизионных передатчиков.

Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft World 2003, с использованием графического редактора PAINT и представлена на дискете 3,5”.

1 Введение

Сейчас в электронной технике часто используются разнообразные усилительные устройства. В любом теле-радиоустройстве, в компьютере есть усилительные каскады.

В данном курсовом проекте решается задача проектирования усилителя напряжения на основе операционных усилителей.

Операционный усилитель (ОУ) – усилитель постоянного тока с полосой пропускания в несколько мегагерц с непосредственной связью между каскадами (т.е. без Ср), с большим коэффициентом усиления, высоким входным и малым выходным сопротивлениями, а также низким уровнем шума, при хорошей температурной стабильности, способный устойчиво работать при замкнутой цепи обратной связи (ОС).

ОУ предназначен для выполнения различных операций над аналоговыми величинами, при работе в схеме с глубокими отрицательными обратными связями (ООС). При этом под аналоговой величиной подразумевается непрерывно изменяющееся напряжение или ток

Основной целью данного курсового проекта является разработка широкополосного усилителя.

В задачу входит анализ исходных данных на предмет оптимального выбора структурной схемы и типа электронных компонентов, входящих в состав устройства, расчёт цепей усилителя.

По заданию усилитель должен усиливать сигнал в полосе частот от 4 до 40 МГц с частотными искажениями не более 2 дБ на верхних и 3дБ нижних частотах. Нелинейные искажения усилителя необходимо оценить.

2 Расчет структурной схемы усилителя

2.1 Определение числа каскадов

Чтобы обеспечить амплитуду выходного сигнала, заданную в техническом задании, нужно выбрать многокаскадный усилитель, так как одного усилительного элемента недостаточно. Поэтому определим число каскадов для обеспечения выходного сигнала.

Структурную схему многокаскадного усилителя можно представить как

Р исунок 2.1 - Структурная схема усилителя

K - коэффициент усиления, дБ;

Ki - коэффициент усиления i-го каскада, дБ; i = 1,...,n; n - число каскадов.

Для ШУ диапазона ВЧ с временем установления порядка десятков наносекунд ориентировочно число каскадов можно определить, полагая, что все каскады с одинаковым Ki равным 10 децибел, то есть:

(2.1)

2.2 Распределение искажений по каскадам

Для многокаскадного ШУ результирующий коэффициент частотных искажений в области верхних частот (ВЧ) определяется как:

, (2.2)

где Yв - результирующий коэффициент частотных искажений в области ВЧ, дБ.

Yвi - коэффициент частотных искажений I-го каскада, дБ.

Суммирование в формуле (2.2) производится n+1 раз из-за необходимости учета влияния входной цепи, образованной Rг, Rвх, Cвх (рисунок 2.1).

Распределять искажения можно равномерно, при этом:

Yвi = Yв/(n+1) = 2/(2+1) дБ = 0,66 дБ = 0,926119 раз (2.3)

3 Расчет оконечного каскада

Выходной каскад работает в режиме большого сигнала, поэтому расчет его ведем так, чтобы обеспечить заданную амплитуду выходного напряжения при допустимых линейных (в области верхних частот или малых времен) и нелинейных искажениях.

Расчет начнем с выбора транзистора и режима его работы.

3.1 Расчет требуемого режима транзистора

Задание определённого режима транзистора по постоянному току необходимо для обеспечения требуемых характеристик всего каскада.

Для расчета требуемого режима транзистора необходимо определиться с типом каскада, для этого рассчитаем оба: и резистивный и дроссельный каскады и сравним их.

Затем выберем наиболее оптимальный тип каскада.

3.1.1 Расчёт параметров резистивного каскада

Для расчета используем параметры из задания: Rн=50 Ом, , сопротивление коллекторной цепи возьмем равной Rк = Rн = 50 Ом.

Принципиальная схема каскада приведена на рис. 3.1,а, эквивалентная схема по переменному току на рис. 3.1,б.

а) б)

Рисунок 3.1 – Принципиальная и эквивалентная схемы резистивного каскада

1) Найдем ток и напряжение в рабочей точке:

, (3.1)

где - напряжение рабочей точки или постоянное напряжение на переходе коллектор эмиттер;

- напряжение на выходе усилителя;

- остаточное напряжение на транзисторе.

2) Найдем сопротивление нагрузки по сигналу:

(3.2)

3) Постоянный ток коллектора:

, (3.3)

где - постоянная составляющая тока коллектора;

- сопротивление нагрузки по сигналу.

4) Выходная мощность усилителя равна:

(3.4)

5) Напряжение источника питания равно:

(3.5)

6) Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора равна:

(3.6)

7) Мощность, потребляемая от источника питания:

(3.7)

8) КПД: (3.8)

3.1.2 Расчёт дроссельного каскада

В дроссельном каскаде в цепи коллектора вместо сопротивления используется индуктивность, которая не рассеивает мощность и требует меньшее напряжение питания, поэтому у этого каскада выше КПД.

Используем требуемые параметры задания: Rн=50 Ом, .

П ринципиальная схема дроссельного каскада по переменному току изображена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2-Схема дроссельного каскада по переменному току.

1) Найдем напряжение в рабочей точке:

(3.9)

2) Постоянный ток коллектора:

(3.10)

3) Выходная мощность усилителя:

(3.11)

4) Напряжение источника питания равно: