Xreferat.com » Рефераты по науке и технике » Широкополосный усилитель мощности

Широкополосный усилитель мощности

Министерство образования Российской Федерации.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

  Широкополосный усилитель мощности

 

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине “Схемотехника аналоговых электронных устройств”

 

 

Выполнил

студент гр.148-3

__________Свалов С.С.

Проверил

преподаватель каф. РЗИ

___________Титов А.А.

2001

Реферат

УСИЛИТЕЛЬ, ТРАНЗИСТОР, КАСКАД, ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ

В данной курсовой работе производится расчет широкополосный усилителя мощности амплитудно и частотно модулированных сигналов, а также различных стабилизирующих и корректирующих цепи.

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 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.

Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 97 и представлена на дискете 3,5” (в конверте на обороте обложки).

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 в широкой области современной техники: в радиоприемных и радиопередающих устройствах, телевидении, аппаратуре звукоусиления и звукозаписи, системах звукового вещания, радиолокации, ЭВМ. 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.

Усилитель, рассматриваемый в данной работе, используется в радиотехнических системах различного назначения, в том числе и в системах нелинейной радиолокации, обеспечивая заданный уровень облучения нелинейного элемента.

Это необходимо для получения требуемого минимального уровня изучаемых нелинейным элементом составляющих обогащенного спектра сигнала.

2. Техническое задание

Усилитель должен отвечать следующим требованиям:

Рабочая полоса частот: 300-800 МГц

Линейные искажения

в области нижних частот не более 3 дБ

в области верхних частот не более 3 дБ

Коэффициент усиления 20 дБ

Выходная мощность Pвых=1 Вт

Диапазон рабочих температур: от +10 до +60 градусов Цельсия

Сопротивление источника сигнала и нагрузки Rг=Rн=50 Ом

 

3. Расчетная часть

3.1. Определение числа каскадов.

Число каскадов определяется исходя из технического задания. Данное устройство должно обеспечивать коэффициент усиления 20 дБ, поэтому целесообразно использовать три каскада, отведя на каждый по 7дБ, оставив запас по усилению мощности примерно вполовину.

3.2. Распределение искажений амлитудно-частотной характеристики (АЧХ).

Исходя из технического задания, устройство должно обеспечивать искажения не более 3дБ. Так как используется три каскада, то каждый может вносить не более 1дБ искажений в общую АЧХ. Эти требования накладывают ограничения на номиналы элементов, вносящих искажения.

3.3. Расчет оконечного каскада.

3.3.1. Расчет рабочей точки.

В данной схеме может использоваться как резистивный, так и дроссельный каскад. Произведем их расчет и выберем наиболее подходящий.

а) В цепи коллектора используется сопротивление

Схема каскада приведена на рис.3.1.

Широкополосный усилитель мощности

Рисунок 3.1 – Схема оконечного каскада по переменному току.

Обычно сопротивление в цепи коллектора и сопротивление нагрузки принимают одинаковыми. Рассчитаем энергетические параметры схемы:

Напряжение на выходе усилителя:

Широкополосный усилитель мощности, (3.1)

где P- мощность на выходе усилителя, Вт;

Rн – сопротивление нагрузки, Ом.

Тогда Широкополосный усилитель мощности.

Выходной ток на сопротивлении нагрузки:

Широкополосный усилитель мощности, (3.2)

В данной схеме появится эквивалентное нагрузочное сопротивление, представляющее собой параллельное включение сопротивлений Широкополосный усилитель мощности и Широкополосный усилитель мощности:

Широкополосный усилитель мощности

Тогда выходной ток будет таким:

Широкополосный усилитель мощности

где Rэквив – сопротивление цепи коллектора по переменному току, Ом.

Теперь можно определить рабочую точку [1]:

Широкополосный усилитель мощности, где Широкополосный усилитель мощности (3.3)

Широкополосный усилитель мощности

Напряжение источника питания будет следующим:

Широкополосный усилитель мощности. (3.4)

Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току приведены на рис.3.2.

Расчет прямой по постоянному току производится по формуле:

Широкополосный усилитель мощности (3.5)

Iк0=0: Uкэ0=Еп=35 В,

Uкэ0=0: Iк0= Еп/ Rк=35/50А=0.7А.

Широкополосный усилитель мощности

Расчет прямой по переменному току производится по формулам:

Широкополосный усилитель мощности, Широкополосный усилитель мощности,

Широкополосный усилитель мощности, Широкополосный усилитель мощности.

Найдем так же мощность, рассеиваемую на транзисторе и мощность потребления цепи:

Широкополосный усилитель мощности (3.6)

Широкополосный усилитель мощности (3.7)

б) В цепи коллектора используется дроссель

Схема каскада приведена на рис.3.3.

Рассчитаем энергетические параметры:

Значения Широкополосный усилитель мощности не изменятся.

Эквивалентное нагрузочное сопротивление, возникшее в предыдущем пункте, здесь будет равно сопротивлению нагрузки, т.к. Широкополосный усилитель мощности заменил дроссель. Тогда выходной ток будет следующим:

Широкополосный усилитель мощности

ток в рабочей точке изменится:

Широкополосный усилитель мощности

Широкополосный усилитель мощности

Рисунок 3.3 – Схема оконечного каскада по постоянному току.

Запишем значения тока и напряжения в рабочей точке:

Uкэ0=13В

Iк0 =0.22А.

Напряжение источника питания:

Еп=Uкэ0 =13В.

Видно, что напряжение питания значительно уменьшилось. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току приведены на рис. 3.4.

Широкополосный усилитель мощности

Расчет прямой по постоянному току:

Широкополосный усилитель мощности

Расчет прямой по переменному току:

Широкополосный усилитель мощности, Широкополосный усилитель мощности,

Широкополосный усилитель мощности, Широкополосный усилитель мощности.

Найдем так же мощность, рассеиваемую на транзисторе и мощность потребления цепи:

Широкополосный усилитель мощности

Широкополосный усилитель мощности

Сведем результаты расчетов в отдельную таблицу и проведем сравнительный анализ двух схем.

Таблица 3.1 - Сравнительный анализ схем

:Параметр

Широкополосный усилитель мощности

Широкополосный усилитель мощности

Широкополосный усилитель мощности

Широкополосный усилитель мощности

Широкополосный усилитель мощности

схема с Широкополосный усилитель мощности

35

5.72

15.4

0.44

13

схема без Широкополосный усилитель мощности

13

2.86

2.86

0.22

13

Из таблицы видно, что мощность, рассеиваемая на транзисторе и мощность потребления цепи у дроссельного каскада в несколько раз меньше, чем у коллекторного, напряжение источника питания для него нужно небольшое, что выгодно отличает данную схему. В дальнейших расчетах она и будет использоваться.

Выбор транзистора осуществляется исходя из технического задания, по которому можно определить предельные электрические и частотные параметры требуемого транзистора. В данном случае они составляют (с учетом запаса 20%):

Iк доп > 1.2*Iк0=0.264 А

Uк доп > 1.2*Uкэ0=15.6 В (3.8)

Рк доп > 1.2*Pрасс=3.43 Вт

fт= (3-10)*fв=(3-10)*800 МГц.

Этим требованиям с достаточным запасом отвечает широко распространенный транзистор КТ 939А, основные технические характеристики которого приведены ниже [5]:

Электрические параметры:

Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ: Широкополосный усилитель мощностиГГц;

Постоянная времени цепи обратной связи при Широкополосный усилитель мощности: Широкополосный усилитель мощностипс;

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ Широкополосный усилитель мощности;

Ёмкость коллекторного перехода при Широкополосный усилитель мощности В Широкополосный усилитель мощностипФ;

Предельные эксплуатационные данные:

Постоянное напряжение коллектор-эмиттер Широкополосный усилитель мощностиВ;

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Широкополосный усилитель мощности Вт;

Температура перехода Широкополосный усилитель мощностиК.

3.3.2. Расчет эквивалентных схем транзистора КТ939А.

а) Модель Джиаколетто.

Модель Джиаколетто представлена на рис. 3.5 [1].

Широкополосный усилитель мощности

Рисунок 3.5 - Эквивалентная схема Джиаколетто.

Необходимые для расчета справочные данные:

Широкополосный усилитель мощности, постоянная цепи обратной связи.

Широкополосный усилитель мощности, статический коэффициент передачи тока базы.

Широкополосный усилитель мощности, емкость коллекторного перехода.

Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода нашего транзистора:

Широкополосный усилитель мощности (3.9)

Из справочных данных мы знаем, что при Широкополосный усилитель мощности Широкополосный усилитель мощности, а Широкополосный усилитель мощности на 12В. Для того, чтобы свести параметры к одной системе воспользуемся формулой перехода:

Широкополосный усилитель мощности (3.10)

в нашем случае:

Широкополосный усилитель мощности

Теперь, зная все параметры, можно найти сопротивление:

Широкополосный усилитель мощности, тогда Широкополосный усилитель мощности

Найдем значение коллекторной емкости в рабочей точке по той же формуле перехода:

Широкополосный усилитель мощности

Найдем значения оставшихся элементов схемы:

Широкополосный усилитель мощности, (3.11)

где Широкополосный усилитель мощности – паспортное значение статического коэффициента передачи,

Широкополосный усилитель мощности – сопротивление эмиттерного перехода транзистора. Тогда

Широкополосный усилитель мощности.

Емкость эмиттерного перехода: Широкополосный усилитель мощности, где Широкополосный усилитель мощности – типовое значение граничной частоты коэффициента передачи тока, взятое из паспортных данных транзистора.

Найдем оставшиеся параметры схемы:

Широкополосный усилитель мощности (3.12)

Широкополосный усилитель мощности (3.13)

Широкополосный усилитель мощности (3.14)

б) Однонаправленная модель.

Однонаправленная модель представлена на рис. 3.6 [1].

При определении значений элементов высокочастотной модели воспользуемся паспортными данными транзистора:

Широкополосный усилитель мощности (3.15)

где Широкополосный усилитель мощности – входное сопротивление, Широкополосный усилитель мощности – выходная емкость, Широкополосный усилитель мощности – выходное сопротивление.

Широкополосный усилитель мощности

Рисунок 3.6 - Однонаправленная модель.

В паспортных данных значение индуктивности не указано, воспользуемся параметрами ближайшего аналога - транзистора КТ913, поделив их на 3:

Широкополосный усилитель мощности

где Широкополосный усилитель мощности – индуктивности выводов базы и эмиттера.

В результате получим:

Широкополосный усилитель мощности

Широкополосный усилитель мощности

3.3.3. Расчет схем термостабилизации рабочей точки транзистора выходного каскада.

Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рис.3.7.

Широкополосный усилитель мощности

Рисунок 3.7 – Схема эмиттерной термостабилизации.

Расчет номиналов элементов осуществляется исходя из заданной рабочей точки.

Напряжение на резисторе Широкополосный усилитель мощности должно быть не менее 3-5 В (в расчетах возьмем 3В), чтобы стабилизация была эффективной.

Рабочая точка:

Uкэ0= 13В,

Iк0=0.22А.

Учтя это, получим:

Широкополосный усилитель мощности, где Широкополосный усилитель мощности, а коллекторный ток – Широкополосный усилитель мощности, что было получено ранее, тогда:

Широкополосный усилитель мощности и Широкополосный усилитель мощности Вт (3.16)

Базовый ток будет в Широкополосный усилитель мощности раз меньше коллекторного тока:

Широкополосный усилитель мощности, (3.17)

а ток базового делителя на порядок больше базового:

Широкополосный усилитель мощности (3.18)

Учтя то, что напряжение питания будет следующим:

Широкополосный усилитель мощности, (3.19)

найдем значения сопротивлений, составляющих базовый делитель:

Широкополосный усилитель мощности (3.20)

Широкополосный усилитель мощности (3.21)

Схема активной коллекторной термостабилизации усилительного каскада приведена на рис. 3.8 [1].

Широкополосный усилитель мощности

Рисунок 3.8 – Схема активной коллекторной термостабилизации.

В качестве управляемого активного сопротивления выбран маломощный транзистор КТ 361А со средним коэффициентом передачи тока базы 50. Напряжение на сопротивлении цепи коллектора по постоянному току должно быть больше 1 В или равным ему, что и применяется в данной схеме.

Энергетический расчет схемы:

Широкополосный усилитель мощности. (3.22)

Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:

Широкополосный усилитель мощности

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: