Расчет широкополосного усилителя мощности
Министерство высшего и общего образования Российской Федерации
Саратовский Государственный Технический Университет
Кафедра Приборостроение
КУРСОВАЯ РАБОТА
на тему
Расчет широкополосного усилителя мощности
Выполнил: ст. гр. ПБС-31
Федоров А.П.
Проверил: доцент Захаров Ю.А.
Саратов 2003
Пояснения
Курсовая работа 13 с., 3 рис., 3 табл., 2 схемы, 5 источников.
УСИЛИТЕЛЬ, ТРАНЗИСТОР, КАСКАД, ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ
В данной курсовой работе производится расчет широкополосный усилителя мощности, а также различных стабилизирующих и корректирующих цепей.
Цель работы - приобретение навыков расчета номиналов элементов усилительного каскада, подробное изучение существующих корректирующих и стабилизирующих цепей, умения выбрать необходимые схемные решения на основе требований технического задания.
В процессе работы были осуществлены инженерные решения (выбор транзисторов, схем стабилизации и коррекции) и расчет номиналов элементов схем.
В результате работы получили готовую схему усилительного устройства с известной топологией и номиналами элементов, которую можно использовать для практического применения.
Полученные данные могут использоваться при создании реальных усилительных устройств.
Введение
Основная цель работы - получение необходимых навыков практического расчета радиотехнического устройства (усилителя мощности), обобществление полученных теоретических навыков и формализация методов расчета отдельных компонентов электрических схем.
Усилители электрических сигналов применяются во многих областях современной науки и техники. Особенно широкое применение усилители имеют в радиосвязи и радиовещании, радиолокации, радионавигации, радиопеленгации, телевидении, звуковом кино, дальней проводной связи, технике радиоизмерений, где они являются основой построения всей аппаратуры.
Кроме указанных областей техники, усилители широко применяются в телемеханике, автоматике, счетно-решающих и вычислительных устройствах, в аппаратуре ядерной физики, химического анализа, геофизической разведки, точного времени, медицинской, музыкальной и во многих других приборах.
Как правило, усилители осуществляют усиление электрических колебаний с сохранением их формы. Усиление происходит за счет электрической энергии источника питания. Таким образом, усилительные элементы обладают управляющими свойствами.
Устройство, рассматриваемое в данной работе, может широко применяться на практике. Оно имеет немалое научное и техническое значение благодаря своей универсальности и широкой области применения.
Задание
Диапазон частот: от 40 Гц до 4 МГц;
Амплитуда напряжения на выходе: 5 В;
Сопротивление нагрузки: 1 МОм;
Емкость нагрузки: 20 пФ;
Напряжение генератора: 0.05 В;
Сопротивление генератора: 100 Ом;
Допустимые частотные искажения: 3 dB;
Ступенчатая регулировка усиления: 30 dB.
Расчет входного каскада
Усилительный каскад на биполярном транзисторе ГТ311Л, включенном по схеме с общим эмиттером.
Параметры транзистора:
Германиевый, n-p-n структуры;
Коэффициент усиления тока базы b = 150…300;
Предельная частота коэффициента передачи тока ¦т = 600 МГц;
Емкость коллектора Ск = 2.5 пФ при Uк = 5 В;
Сопротивление базы rб = 51 Ом и т.д.
Рис. 1 - Транзистор ГТ311
Рис. 2 - Усилительный каскад с ОЭ
Зададимся величиной сопротивления в цепи коллектора Ом. Эквивалентное выходное сопротивление Rэкв, как параллельное соединение Rк и Rн, из-за большой величины Rн, равно 1000 Ом.
Рабочая точка: В А.
Напряжение питания: 15 В.
Сопротивление входа:
Выходное сопротивление:
Коэффициент усиления:
Расчет нижней граничной частоты.
Расчет верхней граничной частоты.
Площадь усиления всего усилителя по ТЗ должна быть:
Площадь усиления рассчитанного каскада:
Расчет величины Rб.
Распределение частотных искажений
Частотные искажения распределены поровну между элементами Сс1, Сс2, Сс3. Величина частотных искажений для каждого из них определяется следующей формулой:
,
где n – число элементов.
Таким образом, на каждый элемент Сс приходятся ЧИ величиной до 1 dB.
Расчет регулировки усиления
В усилителе заданием предусмотрена ступенчатая регулировка усиления Dp = 30 dB.
Рис. 3 - Схема регулировки усиления
Задавшись величиной одного из резисторов делителя, можно определить величину другого, в соответствии с формулой:
Пусть R2 = 1 кОм,
в разах.
Расчет оконечного каскада (буферного)
Транзистор включен по схеме с общим коллектором.
Коэффициент усиления:
Входное сопротивление:
Выходное сопротивление:
Расчет нижней граничной частоты:
Расчет верхней граничной частоты:
Верхняя частота для всего усилителя:
Расчет параметров обратной связи
Входной каскад охвачен параллельной обратной связью по напряжению.
Фактор обратной связи: F=285.32/100=3
Коэффициент обратной связи:
Величина сопротивления ОС определяется по формуле:
На граничные частоты ОС влияет следующим образом:
Коэффициент усиления:
Частота для всего усилителя соответственно измениться:
Заключение
В результате выполненной курсовой работы получена схема электрическая принципиальная широкополосного усилителя мощности.
Найдена топология элементов и их номиналы. Коэффициент усиления – 90 дБ, напряжение источника питания – 15 В. Усилитель рассчитывался для работы на полосе пропускания от 40 Гц до 4 Мгц.
Список литературы
Бялик Г.И. Широкополосные усилители. 1956.
Горбань Б.Г. Широкополосные усилители на транзисторах. М.: Энергия, 1975.
Деарт Ю.Н. Проектирование и расчет ШПУ. М.: 1972.
Шукстов В.Н. Исследование характеристик и параметров БТ в схеме с ОЭ. УПИ, 1990.
Остапенко Г.С. Усилительные устройства. М.: Радио и связь, 1989.
Приложение 1
Схема 1 - Принципиальная схема
Приложение 2
Схема 2 - Расположение элементов на печатной плате (без регулировки усиления)