Міністерство освіти
Російської Федерації
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УНІВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛІННЯ ТА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
(ТУСУР)
Кафедра радіоелектроніки та захисту інформації (РЗИ)
Підсилювач модулятора лазерного випромінювання. Пояснювальна записка до курсового
проекту з дисципліни "Схемотехніка аналогових електронних пристроїв"
Виконав
студент гр.148-3
______Задорін О.А.
Перевірив
викладач каф. РЗИ
______Тітов А.А.
РЕФЕРАТ
Курсова робота 34с., 12 мал., 1 табл., 5 джерел, 1 додаток.
Підсилювальний каскад,
ТРАНЗИСТОР, КОЕФІЦІЄНТ ПЕРЕДАЧІ, ЧАСТОТНІ СПОТВОРЕННЯ, ДІАПАЗОН ЧАСТОТ, НАПРУГА, ПОТУЖНІСТЬ, термостабілізації, КОРИГУВАЛЬНА ЛАНЦЮГ, односпрямованої моделі.
Об'єктом дослідження в даній
курсовій роботі є методи розрахунку усілітельнх каскадів на основі
транзисторів.
Мета
роботи - придбати практичні навички в розрахунку підсилювальних каскадів на прикладі розв'язання конкретного завдання.
У
процесі роботи проводився розрахунок різних елементів широкосмугового підсилювача.
Пояснювальна записка виконана в текстовому редакторі Microsoft
Word 7.0.
Зміст
1.Вступ ............................................... ........................................... 3
2.Технічні завдання .............................................. ........................ 5
3.Расчетная частина ... ............................................. .............................. 6
3.1 Структурна схема підсилювача ........................................... ... .. 6
3.2 Розподіл лінійних спотворень в області ВЧ ........ ... .6
3.3 Розрахунок вихідного каскаду ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ............ 6
3.3.1
Вибір робочої точки ............................................ ...... 6
3.3.2 Вибір
транзистора ............................................. ........ 10
3.3.3 Розрахунок еквівалентної схеми
транзистора ... ... ... ... 10
3.3.4 Розрахунок смуги пропускання ... .... ... ... ... ... ... ......... 14
3.3.5 Розрахунок ланцюгів термостабілізації ... ... ... ... ... ......... 15
3.4 Розрахунок вхідного каскаду
по постійному струму. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ............. 21
3.4.1 Вибір робочої точки ... ... ... ... ... ... ... ... ... ............. 21
3.4.2 Вибір транзистора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ............. 21
3.4.3
Розрахунок опору зворотного зв'язку під
вхідному каскаді ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .22
3.4.4 Розрахунок еквівалентної схеми
транзистора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ............. 23
3.4.5 Розрахунок смуги пропускання ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 24
3.4.6 Розрахунок ланцюгів термостабілізації. ... ... ... ... ............ 25
3.5 Розрахунок розділових і блокувальних ємностей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ............... 26
4 Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... 29
Список використаних джерел ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 30
Додаток А Схема
принципова ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 31
РТФ КП.468740.001 ПЗ. Перелік елементів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
1.Вступ
Метою даної роботи було проектування підсилювача модулятора лазерного
випромінювання. Даний підсилювач є важливим компонентом дефлектора або іншими словами пристрої призначеного для
управління світлового пучка, в даному випадку лазерного
випромінювання.
Робота дефлектора целеобразность за умови виникнення кута Брег і заснована на явищі дифракції світла на звуці. Через звукопровод виготовлений з кристал парателлурита в якому за допомогою пьезо перетворювача порушується
звукова хвиля утворює всередині даного кристала біжучий дифракційну решітку. Проходить промінь дифрагує на цій решітці, тобто відхиляється від первинного напряму на кут пропорційно частоті звуку. При цьому його інтенсивність виявляється пропорційна потужності звукових коливань. П'єзо елемент відіграє роль перехідника, між
кристалом і підсилювачем потужності в роботі дефлектора і являє собою пьезо електрик перетворює
коливання електричного
сигналу в коливання звукового сигналу. Даний перетворювач характеризується імпедансом або іншими словами комплексним опором (який в нашому випадку становить
). До входу даного перетворювача підключається розроблений мною підсилювач. Дефлектор використовується для сканування лазерного пучка в одній площині, але при паралельному включенні двох дефлекторів, можливе
управління світловим пучком і в двох мірному просторі. У результаті високої монохроматичности, лазерне випромінювання має низький рівень расходимости, що дозволяє домогтися гарної фокусування на великих відстанях. Дане явище за рахунок своєї видовищності знаходить широке застосування при проведенні тожеств,
прийомах, в рекламних компаніях і в передвиборних перегонах. Маючи так само велику точність, то є можливість домогтися при використанні дефлектора дуже незначних відхилень світлового пучка від заданої точки, даний прилад може застосовуватися у мікрохірургії та виготовленні надскладних печаток, штампів, документів і цінних паперів.
Тепер перейдемо безпосередньо до принципової схеми. Необхідні основні характеристики даного підсилювача:
Rg ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50 [Ом]
Посилення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 20 [дБ]
U вих ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5 [B]
Допустимі частотні спотворення ... .. 2 [дБ]
Спектр частот ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. від 10 МГц до 100 МГц
Навантажувальна ємність ... ... ... ... ... ... ... ... 40 [пФ]
Навантажувальний
резистор ... ... ... ... ... ... ... .. 1000 [Ом]
Робочий температурний діапазон ... ... ... від +10
0 С до +60
0 С
Через велику навантажувальної ємності відбувається помітний спад амплітудно-частотної характеристики в області високих частот. У результаті чого з'являється основна проблема при проектуванні даного підсилювача заключаюещаяся в тому, щоб забезпечити необхідний кофіціент посилення в заданій смузі частот.
Найбільшою широкополосностью, при роботі на ємнісне навантаження, має підсилювальний каскад з паралельною негативним зворотним зв'язком за напругою.
Він і був обраний в якості вихідного каскаду розробленого широкосмугового підсилювача потужності. Так само у порівнянні зі звичайним резистивним каскадом вибраний варіант більш економічний. Для компенсації завалу АЧХ в області верхніх частот при застосуванні резистивного каскаду довелося б ставити в ланцюзі колектора дуже малий опір близько 6 [Ом], для зменшення загального вихідного опору каскаду, що
природно призвело б до збільшення струму в ланцюзі колектора, й обертає потужності, а
відповідно і до вибору дорожчого за всіма параметрами транзистора. Для вихідного, каскаду була використана активна колекторна термостабілізація. Що володіє найменшою, із усіх відомих мені схем термостабілізації, потужністю споживання і забезпечує найбільшу температурну стабільність колекторного струму. У результаті запропонованого рішення на першому каскаді, домоглися посилення в 8 [дБ] з спотвореннями складові 1 [дБ].
Як предоконечного використаний каскад з комбінованою зворотним зв'язком [2], які мають активним і постійним в смузі пропускання вихідним опором. Цей каскад реалізований на
транзисторі малої потужності КТ 371 А і так само, як і попередній володіє більшою смугою частот. Цей каскад менш потужний тому для забезпечення необхідної температурної стабілізації цілком підійшла емітерний стабілізація. У результаті на другому каскаді, домоглися посилення 12 дБ.
Для зменшення споживаної потужності і збільшення ККД з 12 до 32 відсотків, в ланцюзі колектора опір замінюємо дроселем опір якого в робочому діапазоні частот багато більше, ніж загальний опір навантаження.
У результаті запропонованого рішення загальний коефіцієнт посилення склав 20 дБ необхідні за завданням.
2. Технічне завдання
Підсилювач повинен
відповідати наступним вимогам:
1. Робоча смуга частот: 10-100 МГц
2. Лінійні спотворення
в області нижніх частот не більше 3 дБ
в області верхніх частот не більше 3 дБ
3. Коефіцієнт посилення 20 дБ з підйомом області верхніх частот 6 дБ
4. Амплітуда вихідного напруги Uвих = 5 В
5. Діапазон робочих температур: від +10 до +60 градусів Цельсія
6. Опір джерела сигналу Rг = 50 Ом
7. Опору навантаження Rн = 1000 Ом
8. Ємність навантаження Сн = 40 пФ
3.
Розрахункова частина
3.1 Структурна схема підсилювача.
Враховуючи те, що каскад із загальним емітером дозволяє отримувати посилення до 20 дБ, оптимальне число каскадів даного підсилювача дорівнює двом. Попередньо розподілимо на перший каскад по 8 дБ, а на другий каскад 12 дБ. Таким чином, коефіцієнт передачі пристрою складе 20 дБ необхідні за завданням.
Структурна схема, представлена на малюнку 3.1, містить крім підсилювальних каскадів ланцюга негативного зворотного зв'язку, джерело сигналу і навантаження.
Вихідний каскад Ку = 14дБ
|
Малюнок 3.1
3.2 Розподіл лінійних спотворень в області ВЧ
Розрахунок підсилювача будемо проводити виходячи з
того, що викривлення розподілені наступним чином: вихідна КЦ-1 дБ, вихідний каскад з межкаскадной КЦ-1.5 дБ, вхідний каскад з вхідною КЦ-0.5 дБ. Таким чином, максимальна нерівномірність АЧХ підсилювача не перевищить 3 дБ.
3.3 Розрахунок вихідного каскаду
3.3.1 Вибір робочої точки
Як зазначалося вище в якості вихідного каскаду будемо испльзовать каскад з паралельною негативним зворотним зв'язком за напругою володіє найбільшою широкополосностью, при роботі на ємнісне навантаження.
Расчитаем робочу точку двома способами:
1.При використанні дроселя в ланцюзі колектора.
2.При використанні активного опору
R k в ланцюзі колектора.
1.Расчет робочої точки при використанні при використанні дроселя
в ланцюзі колектора.
Схема каскаду наведена на малюнку 3.2.
Малюнок 3.2
Опір зворотного зв'язку R
ос знаходимо виходячи з заплонірованного на вихідний каскад коефіцієнта посилення, в разах, опору генератора або іншими словами вихідного опору попереднього каскаду і розраховуємо за такою формулою [2]:
, (3.3.1)
Координати робочої точки можна приблизно розрахувати за такими формулами [1]:
, (3.3.2)
де
, (3.3.3)
(3.3.4)
, (3.3.5)
де
- Початкова напруга нелінійного ділянки вихідних
характеристик транзистора,
.
(3.3.6)
(3.3.7)
(3.3.8)
Розраховуючи за формулами 3.3.2 і 3.3.5, отримуємо такі координати робочої точки:
Ом
Ом
мА,
В.
А
Знайдемо споживану потужність і потужність рассеиваемую на колекторі
Вт
Вт
Вибране опір Rос забезпечує заданий діапазон частот.
Навантажувальні прямі по змінному і постійному струмі для вихідного каскаду представлені на малюнку 3.2
Малюнок 3.3
2.Расчет робочої точки при використанні активного опору
R k в ланцюзі колектора.
Схема каскаду наведена на малюнку 3.4.
Малюнок 3.4
Виберемо
R к = R н = 1000 (Ом).
Координати робочої точки можна приблизно розрахувати за такими формулами [1]:
(3.3.9)
(3.3.10)
(3.3.11)
Розраховуючи за формулами 3.3.20 і 3.3.21, отримуємо такі значення:
Ом
Ом
Ом
мА,
В.
В.
Знайдемо споживану потужність і потужність рассеиваемую на колекторі за
формулами (3.3.7) і (3.3.8)
відповідно:
Вт
Вт
Результати вибору робочої точки двома способами наведені в
таблиці 3.1.
Таблиця 3.1.
| E п, (В)
| I до, (А)
| U ко, (В)
| P рас., (Вт)
| P потр., (Вт)
|
З R к
| 155.7
| 5
| 7
| 22.57
| 22.57
|
З L до
| 7
| 2.75
| 7
| 1.027
| 1.027
|
З таблиці 3.1 видно, що для даного курсового завдання доцільно використовувати дросель в ланцюзі колектора.
Навантажувальні прямі по змінному і постійному струмі для вихідного каскаду представлені на малюнку 3.5