Міністерство освіти
Російської Федерації
(ТУСУР)
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.
Російської Федерації
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УНІВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛІННЯ ТА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ(ТУСУР)
Кафедра радіоелектроніки та захисту інформації (РЗИ)
Підсилювач модулятора лазерноговипромінювання.
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
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 підсилювальних каскадів на основі транзисторів.
Мета роботи - набути практичних навичок у 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
2.Технічні завдання
3.Расчетная частина
3.1 Структурна схема підсилювача
3.2 Розподіл лінійних спотворень в області ВЧ
3.3 Розрахунок вихідного каскаду
3.3.1 Вибір робочої точки
3.3.2 Вибір транзистора
3.3.3 Розрахунок еквівалентної схеми транзистора
3.3.4 Розрахунок смуги пропускання
3.3.5 Розрахунок ланцюгів термостабілізації
3.4 Розрахунок вхідного каскаду
по постійному струму
3.4.1 Вибір робочої точки
3.4.2 Вибір транзистора
3.4.3 Розрахунок опору зворотного зв'язку під
вхідному каскаді
3.4.4 Розрахунок еквівалентної схеми
транзистора
3.4.5 Розрахунок смуги пропускання
3.4.6 Розрахунок ланцюгів термостабілізації
3.5 Розрахунок розділових і блокувальних ємностей
4 Висновок
Список використаних джерел
Додаток А Схема принципова
РТФ КП.468740.001 ПЗ. Перелік елементів
1.Вступ
2.Технічні завдання
3.Расчетная частина
3.1 Структурна схема підсилювача
3.2 Розподіл лінійних спотворень в області ВЧ
3.3 Розрахунок вихідного каскаду
3.3.1 Вибір робочої точки
3.3.2 Вибір транзистора
3.3.3 Розрахунок еквівалентної схеми транзистора
3.3.4 Розрахунок смуги пропускання
3.3.5 Розрахунок ланцюгів термостабілізації
3.4 Розрахунок вхідного каскаду
по постійному струму
3.4.1 Вибір робочої точки
3.4.2 Вибір транзистора
3.4.3 Розрахунок опору зворотного зв'язку під
вхідному каскаді
3.4.4 Розрахунок еквівалентної схеми
транзистора
3.4.5 Розрахунок смуги пропускання
3.4.6 Розрахунок ланцюгів термостабілізації
3.5 Розрахунок розділових і блокувальних ємностей
4 Висновок
Список використаних джерел
Додаток А Схема принципова
РТФ КП.468740.001 ПЗ. Перелік елементів
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.
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
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.
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.
3.1 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.
Вхідний каскад Ку = 8дБ |
Вихідний каскад Ку = 14дБ |
Ec |
| |||||||||||
| |||||||||||
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.
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
Малюнок 3.5
3.3.2 Вибір транзистора
Вибір транзистора здійснюється з урахуванням наступних граничних параметрів:
1. граничної частоти підсилення транзистора по струму в схемі з ОЕ
;
2. гранично допустимої напруги колектор-емітер
;
3. гранично допустимого струму колектора
;
4. граничної потужності, що розсіюється на колекторі
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.
R |
ос |
L K |
C |
ос |
VT |
2 |
C |
р |
R |
н |
C |
н |
Еп |
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]:
Координати робочої точки можна приблизно розрахувати за такими формулами [1]:
де
де
характеристик транзистора,
Розраховуючи за формулами 3.3.2 і 3.3.5, отримуємо такі координати робочої точки:
Знайдемо споживану потужність і потужність рассеиваемую на колекторі
Вибране опір Rос забезпечує заданий діапазон частот.
Навантажувальні прямі по змінному і постійному струмі для вихідного каскаду представлені на малюнку 3.2
Ik [A] |
7 |
0.147 |
12 |
Rп |
R ~ |
0.334 |
|
Малюнок 3.3
2.Расчет робочої точки при використанні активного опору R k в ланцюзі колектора.
Схема каскаду наведена на малюнку 3.4.
R |
н |
R |
ос |
R K |
C |
ос |
VT |
2 |
C |
р |
C |
н |
| |||||||
Малюнок 3.4
Виберемо R к = R н = 1000 (Ом).
Координати робочої точки можна приблизно розрахувати за такими формулами [1]:
Розраховуючи за формулами 3.3.20 і 3.3.21, отримуємо такі значення:
Знайдемо споживану потужність і потужність рассеиваемую на колекторі за формулами (3.3.7) і (3.3.8) відповідно:
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 |
Навантажувальні прямі по змінному і постійному струмі для вихідного каскаду представлені на малюнку 3.5
Ik [A] |
7 |
0.149 |
Rп |
R ~ |
0.156 |
Uk [B] |
12 |
0.284 |
|
Малюнок 3.5
3.3.2 Вибір транзистора
Вибір транзистора здійснюється з урахуванням наступних граничних параметрів:
1. граничної частоти підсилення транзистора по струму в схемі з ОЕ
2. гранично допустимої напруги колектор-емітер
3. гранично допустимого струму колектора
4. граничної потужності, що розсіюється на колекторі
Цим вимогам повністю відповідає транзистор КТ 610 А. Його основні технічні характеристики наведені нижче.
Електричні параметри:
1. Гранична частота коефіцієнта передачі струму в схемі з ОЕ
2. Постійна часу ланцюга зворотного зв'язку
3. Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ОЕ
4. Ємність колекторного переходу при
5. Індуктивність виведення бази
6. Індуктивність виведення емітера
Граничні експлуатаційні дані:
1. Постійна напруга колектор-емітер
2. Постійний струм колектора
3. Постійна розсіює потужність колектора
4. Температура переходу
3.3.3 Розрахунок еквівалентної схеми транзистора
3.3.3.1 Схема Джиаколетто
Численні дослідження показують, що навіть на помірно високих частотах транзистор не є безінерційні приладом. Властивості транзистора при малому сигналі в широкому діапазоні частот зручно аналізувати за допомогою фізичних еквівалентних схем. Найбільш повні з них будуються на базі довгих ліній і включають в себе ряд елементів із зосередженими параметрами. Найбільш поширена еквівалентна схема-схема Джиаколетто, яка представлена на малюнку 3.6. Детальний опис схеми можна знайти [3].
Малюнок 3.6 - Схема Джиаколетто
Гідність цієї схеми полягає у наступному: схема Джиаколетто з достатньою для практичних розрахунків точністю відображає реальні властивості транзисторів на частотах f £ 0.5 f т; при послідовному застосуванні цієї схеми і знайдених з її допомогою Y - параметрів транзистора досягається найбільше єдність теорії лампових і транзисторних підсилювачів.Розрахуємо елементи схеми, скориставшись довідковими даними і наведеними нижче формулами [2].
|
Довідкові дані для транзистора КТ610А:
C до - ємність колекторного переходу,
t з - постійна часу зворотного зв'язку,
b о - статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ОЕ.
Знайдемо значення ємності колектора при U ке = 10В за формулою:
де U ¢ КЕТ - довідкове або паспортне значення напруги;
U КЕТ - потрібне значення напруги.
Опір бази розрахуємо за формулою:
Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ПРО знайдемо за формулою:
Знайдемо струм емітера за формулою:
Знайдемо опір емітера за формулою:
де I ЕО - Струм в робочій точці, занесений у формулу в мА.
Провідність база-емітер расчитаем за формулою:
(3.3.17)
Визначимо дифузійну ємність за формулою:
Крутизну транзистора визначимо за формулою:
(3.3.19)
3.3.3.2 Односпрямована модель
Оскільки робочі частоти підсилювача помітно більше частоти
Малюнок 3.7
Параметри еквівалентної схеми розраховуються за наведеними нижче формулами [2].
Вхідна індуктивність:
де
Вхідний опір:
де
Крутизна транзистора:
де
Вихідний опір:
Вихідна ємність:
У відповідність з цими формулами одержуємо такі значення елементів еквівалентної схеми:
3.3.4 Розрахунок смуги пропускання.
Перевіримо забезпечить чи обраний опорі зворотного зв'язку Rос, розраховане в пункті 3.3.1, на потрібній смузі частот необхідний коефіцієнт підсилення, для цього скористаємося такими формулами [2]:
Знайдемо значення ємності колектора при U ке = 10В за формулою (3.3.12):
Знайдемо опір бази за формулою (3.3.13):
Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ПРО знайдемо за формулою (3.3.14):
Знайдемо струм емітера за формулою (3.3.15):
Знайдемо опір емітера за формулою (3.3.16):
Визначимо дифузійну ємність за формулою (3.3.18):
де Y н - спотворення що припадають на кожний конденсатор;
або
Вибране опір Rос забезпечує заданий діапазон частот.
3.3.5 Розрахунок ланцюгів термостабілізації
Існує кілька варіантів схем термостабілізації. Їх застосування залежить від потужності каскаду і від того, наскільки жорсткі вимоги до термостабільності. У даній роботі розглянуті три схеми термостабілізації: пасивна колекторна, активна колекторна і емітерна.
3.3.4.1 Пасивна колекторна термостабилизация
Даний вид термостабілізації (схема представлена на малюнку 3.8) використовується на малих потужностях і менш ефективний, ніж дві інші, тому що напруга негативного зворотного зв'язку, що регулює струм через транзистор подається на базу через базовий дільник.
Малюнок 3.8
Розрахунок, докладно описаний в [3], полягає в наступному: вибираємо напруга
де
Отримаємо наступні значення:
3.3.4.2 Активна колекторна термостабилизация
Активна колекторна термостабилизация використовується в потужних каскадах і є дуже ефективною, її схема представлена на малюнку 3.9. Її опис і розрахунок можна знайти в [2].
Малюнок 3.9
Як VT1 візьмемо КТ361А. Вибираємо падіння напруги на резисторі
де
Отримуємо наступні значення:
Величина індуктивності дроселя вибирається таким чином, щоб змінна складова струму не заземлювати через джерело живлення, а величина блокувальною ємності - таким чином, щоб колектор транзистора VT1 по змінному струму був заземлений.
3.3.4.3 емітерна термостабилизация
Для вихідного каскаду обрана емітерна термостабилизация, схема якої наведена на малюнку 3.10. Метод розрахунку та аналізу емітерний термостабілізації докладно описаний в [3].
Малюнок 3.10
Розрахунок проводиться за такою схемою:
1.Вибіраются напруга емітера
2. Потім розраховуються
3. Проводиться перевірка - чи буде схема термостабільна при вибраних значеннях
У даній роботі схема є термостабільної при
Для того, щоб з'ясувати чи буде схема термостабільної проводиться розрахунок наведених нижче величин.
Тепловий опір перехід - навколишнє середовище:
де
Температура переходу:
де
Некерований струм колекторного переходу:
де
Параметри транзистора з урахуванням зміни температури:
де
3 (мВ / градус Цельсія) для кремнію.
де
Визначимо повний постійний струм колектора при зміні температури:
де
Для того щоб схема була термостабільна необхідне виконання умови:
де
Розраховуючи за наведеними вище формулами, отримаємо такі значення:
Як видно з розрахунків умова термостабільності не виконується.
3.4 Розрахунок вхідного каскаду по постійному струму
3.4.1 Вибір робочої точки
При розрахунку необхідного режиму транзистора проміжних і вхідного каскадів по постійному току слід орієнтуватися на співвідношення, наведені в пункті 3.3.1 з урахуванням того, що
3.4.2 Вибір транзистора
Вибір транзистора здійснюється відповідно до вимог, наведених у пункті 3.3.2. Цим вимогам відповідає транзистор КТ371А. Його основні технічні характеристики наведені нижче.
Електричні параметри:
1. гранична частота коефіцієнта передачі струму в схемі з ОЕ
2. Постійна часу ланцюга зворотного зв'язку
3. Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ОЕ
4. Ємність колекторного переходу при
5. Індуктивність виведення бази
6. Індуктивність виведення емітера
Граничні експлуатаційні дані:
1. Постійна напруга колектор-емітер
2. Постійний струм колектора
3. Постійна розсіює потужність колектора
4. Температура переходу
3.4.3 Розрахунок вхідного каскаду
Як вже зазначалося в якості вхідного каскаду будемо испльзовать каскад з комбінованою негативним зворотним зв'язком состоящцю з
Малюнок 3.11
Опір зворотного зв'язку R ос знаходимо виходячи з наступних співвідношень [2]:
Вхідний опір вихідного каскаду дорівнює опору генератора:
Вибрали опір в ланцюзі емітера таке, щоб виконувалися вище записані рівності (3.4.1) і (3.4.2):
Тоді виходячи зі співвідношень (3.4.1) і (3.4.2) знаходимо опір зворотного зв'язку:
3.4.4 Розрахунок еквівалентної схеми транзистора
3.4.4.1 Схема Джиаколетто
Еквівалентна схема має той же вигляд, як і схема представлена на малюнку 3.6. Розрахунок її елементів проводиться за формулами, наведеними в пункті 3.3.3.1.
Розрахуємо елементи схеми, скориставшись довідковими даними і наведеними нижче формулами.
3.4.4.2 Односпрямована модель
Еквівалентна схема має той же вигляд, як і схема представлена на малюнку 3.7. Розрахунок її елементів проводиться за формулами, наведеними в пункті 3.3.3.2
3.4.5 Розрахунок смуги пропускання
Перевіримо доб'емся чи потрібної смуги частот при обраному опорі Rос, для цього скористаємося такими формулами [2]:
Використовуючи формули (3.3.18) і (3.3.19) знайдемо коефіцієнт N:
Використовуючи формули (3.3.12), (3.3.13), (3.3.14), (3.3.15), (3.3.16), (3.3.18), і характеристики транзистора наведеної в пункті 3.4.2, переконаємося в тому, що вибране опір зворотного зв'язку забезпечить на потрібній смузі частот необхідний коефіцієнт підсилення:
Вибране опір Rос забезпечує на заданому діапазоні частот коефіцієнт посилення рівний 12дБ.
3.4.6 Розрахунок ланцюга термостабілізації
Для вхідного каскаду також обрано емітерна термостабилизация, схема якої наведена на малюнку 3.10.
Метод розрахунку схеми ідентичний наведеному в пункті 3.3.4.3. Ця схема термостабільна при
Розраховуючи за формулами 3.3.28-3.3.38 отримаємо:
Умова термостабільності виконується, але в цьому випадку при використанні запропонованої схеми каскаду з комбінованою зворотного зв'язку не виконуються необхідні умови.
3.5 Розрахунок розділових і блокувальних ємностей
На малюнку 3.12 наведена принципова схема підсилювача. Розрахуємо номінали елементів позначених на схемі. Розрахунок проводиться у відповідності з методикою описаної в [1]
Малюнок 3.12
Розрахуємо опір і ємність фільтра за формулами:
де
де
Для розрахунку місткості зворотного зв'язку З oc1 і C oc 2 скористаємося наступним співвідношенням:
Для розрахунку місткості зворотного зв'язку З oc1 і C oc 2 скористаємося наступним співвідношенням:
Дросель в колекторному ланцюзі вихідного каскаду ставиться для того, щоб вихід транзистора по змінному струмі не був заземлений. Його величина вибирається виходячи з умови:
Так як ємності, що стоять в еміттерние ланцюгах, а також розділові ємності вносять спотворення в області нижніх частот, то їх розрахунок слід робити, керуючись допустимим коефіцієнтом частотних спотворень. У даній роботі цей коефіцієнт становить 3дБ. Всього ємностей три, тому можна розподілити на кожну з них по 1дБ.
Величину розділового конденсатора знайдемо за формулою:
де
R 1 - опір попереднього каскаду.
R 2 - опір навантаження.
4. Висновок
Розрахований підсилювач має наступні технічні характеристики:
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 30дБ з підйомом області верхніх частот 6 дБ
4. Амплітуда вихідного напруги Uвих = 5 В
5. Харчування однополярне, Eп = 9 В
6. Діапазон робочих температур: від +10 до +60 градусів Цельсія
Підсилювач розрахований на навантаження Rн = 1000 Ом
Розрахований підсилювач має наступні технічні характеристики:
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 30дБ з підйомом області верхніх частот 6 дБ
4. Амплітуда вихідного напруги Uвих = 5 В
5. Харчування однополярне, Eп = 9 В
6. Діапазон робочих температур: від +10 до +60 градусів Цельсія
Підсилювач розрахований на навантаження Rн = 1000 Ом
Література
1. Красько О.С., Проектування підсилюючих пристроїв, методичні вказівки - Томськ: ТУСУР, 2000 - 29 с.
2. Титов А.А. Розрахунок коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилюючих каскадів на біполярних транзисторах - http://referat.ru/download/ref-2764.zip
3. Болтовский Ю.Г., Розрахунок ланцюгів термостабілізації електричного режиму транзисторів, методичні вказівки - Томськ: ТУСУР, 1981
4. Титов А.А., Григор'єв Д.А., Розрахунок елементів високочастотної корекції підсилювальних каскадів на польових транзисторах, навчально-методичний посібник - Томськ: ТУСУР, 2000 - 27 с.
5 Напівпровідникові прилади: транзистори. Довідник / За ред.
Горюнов М.М. - 2-е вид. М.: Вища школа, 1985-903с.
1. Красько О.С., Проектування підсилюючих пристроїв, методичні вказівки - Томськ: ТУСУР, 2000 - 29 с.
2. Титов А.А. Розрахунок коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилюючих каскадів на біполярних транзисторах - http://referat.ru/download/ref-2764.zip
3. Болтовский Ю.Г., Розрахунок ланцюгів термостабілізації електричного режиму транзисторів, методичні вказівки - Томськ: ТУСУР, 1981
4. Титов А.А., Григор'єв Д.А., Розрахунок елементів високочастотної корекції підсилювальних каскадів на польових транзисторах, навчально-методичний посібник - Томськ: ТУСУР, 2000 - 27 с.
5 Напівпровідникові прилади: транзистори. Довідник / За ред.
Горюнов М.М. - 2-е вид. М.: Вища школа, 1985-903с.
Додаток А
Принципова схема представлена на стор 32.
Перелік елементів наведено на стор 33,34.
Принципова схема представлена на стор 32.
Перелік елементів наведено на стор 33,34.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
РТФ КП 468740.001 ПЗ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Літ | Маса | Масштаб | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Змін | Лист | Nдокум. | Підпис. | Дата | ПІДСИЛЮВАЧ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Виконав | Задорін | Модулятора Лазерного | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Перевірив | Тітов | ВИПРОМІНЮВАННЯ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Лист | Листів | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ТУСУР РТФ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Принципова | Кафедра РЗИ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Схема | гр. 148-3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Поз. Позна- Чення | Найменування | Кол. | Примітка | ||||||||||||
Транзистори | |||||||||||||||
VT1 | КТ371А | 1 | |||||||||||||
VT2 | КТ610A | 1 | |||||||||||||
VT3 | КТ361А | 1 | |||||||||||||
Конденсатори | |||||||||||||||
З 1 | КД-2-0.33нФ ± 5% ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |||||||||||||
З 2 | КД-2-620пФ ± 5% ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |||||||||||||
З 3 | КД-2-1.8нФ ± 5% ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |||||||||||||
З 4 | КД-2-120пФ ± 5% ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |||||||||||||
З 5 | КД-2-150пФ ± 5% ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |||||||||||||
З 6 | КД-2-130пФ ± 5% ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |||||||||||||
З 7 | КД-2-1.2нФ ± 5% ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |||||||||||||
З 8 | КД-2-24нФ ± 5% ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |||||||||||||
З 9 | КД-2-240пФ ± 5% ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |||||||||||||
| |||||||||||||||
Котушки індуктивності | |||||||||||||||
L1 | Індуктивність 7.9мкГн ± 5% | 1 | |||||||||||||
L2 | Індуктивність 6.8мкГн ± 5% | 1 | |||||||||||||
РТФ КП 468740.001 ПЗ | |||||||||||||||
Літ | Маса | Масштаб | |||||||||||||
Змін | Лист | Nдокум. | Підпис. | Дата | ПІДСИЛЮВАЧ | ||||||||||
Виконав | Задорін | МОДУЛЯТОРА ЛАЗЕРНОГО | МОДУЛЯТОРА ЛАЗЕРНОГО | ||||||||||||
Перевір. | Тітов | ВИПРОМІНЮВАННЯ | ВИПРОМІНЮВАННЯ | ||||||||||||
Лист | Листів | ||||||||||||||
ТУСУР РТФ | |||||||||||||||
Перелік елементів | Кафедра РЗИ | ||||||||||||||
гр. 148-3 | |||||||||||||||
Поз. Позна- Чення | Найменування | Кол. | Примітка | |||||||||||
Резистори | ||||||||||||||
R 1 | МЛТ - 0.125 - 2.4 кОм ± 10% ГОСТ7113-77 | 1 | ||||||||||||
R 2 | МЛТ - 0.125 - 1.3 кОм ± 10% ГОСТ7113-77 | 1 | ||||||||||||
R 3 | МЛТ - 0.125 - 1.3 кОм ± 10% ГОСТ7113-77 | 1 | ||||||||||||
R 4 | МЛТ - 0.125 - 10 Ом ± 10% ГОСТ7113-77 | 1 | ||||||||||||
R 5 | МЛТ - 0.125 - 270 Ом ± 10% ГОСТ7113-77 | 1 | ||||||||||||
R 6 | МЛТ - 0.125 - 82 Ом ± 10% ГОСТ7113-77 | 1 | ||||||||||||
R 7 | МЛТ - 0.125 - 12 кОм ± 10% ГОСТ7113-77 | 1 | ||||||||||||
R 8 | МЛТ - 0.125 - 2.2 кОм ± 10% ГОСТ7113-77 | 1 | ||||||||||||
R 9 | МЛТ - 0.125 - 2.4 кОм ± 10% ГОСТ7113-77 | 1 | ||||||||||||
R 10 | МЛТ - 0.125 - 130 Ом ± 10% ГОСТ7113-77 | 1 | ||||||||||||
R 11 | МЛТ - 0.125 - 6.8 Ом ± 10% ГОСТ7113-77 | 1 | ||||||||||||
РТФ КП 468740.001 ПЗ | ||||||||||||||
Літ | Маса | Масштаб | ||||||||||||
Змін | Лист | Nдокум. | Підпис. | Дата | ПІДСИЛЮВАЧ | |||||||||
Виконав | Задорін | МОДУЛЯТОРА ЛАЗЕРНОГО | ||||||||||||
Перевір. | Тітов | ВИПРОМІНЮВАННЯ | ||||||||||||
Лист | Листів | |||||||||||||
ТУСУР РТФ | ||||||||||||||
Перелік елементів | Кафедра РЗИ | |||||||||||||
гр. 148-3 | ||||||||||||||