Xreferat.com » Рефераты по науке и технике » Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Министерство образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

 

 

  ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КАЛИБРОВКИ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ

 

 

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

”Аналоговые электронные устройства (АЭУ)”

 

 

 

 

 

Студент гр.148-3

_________Д.В. Коновалов

7.05.2001

Руководитель

доцент каф. РЗИ

_________А.А. Титов

_________

 

 

Томск 2001

РЕФЕРАТ

 

 

Объектом исследования в данной курсовой работе являются методы расчета усилительных каскадов на основе транзисторов.

Цель работы - приобрести практические навыки в расчете усилительных каскадов на примере решения конкретной задачи.

В процессе работы производился расчет различных элементов широкополосного усилителя.

Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0.

 

 

 

 

 

Техническое задание

Исходные данные для проектирования широкополосного усилителя калибровки радиовещательных станций:

Диапазон частот: 0.5¸ 50МГц.

Допустимые частотные искажения 2дБ.

Коэффициент усиления 30дБ.

Выходная мощность Рвых.=20Вт.

Величина нагрузки Rн =50 Ом.

Сопротивление генератора RГ = 50 Ом.

Диапазон рабочих температур: от 0 до +60 градусов Цельсия.

1 ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время усилители получили очень широкое распространение практически во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности, в технике, в медицине, в музыке, на транспорте и во многих других. Усилители являются необходимым элементом любых систем связи, радиовещания, акустики, автоматики, измерений и управления.

При ремонте усилителей мощности, которые входят в состав радиовещательной станции, либо их поверке используется стандартная измерительная аппаратура с амплитудой выходного сигнала 1 вольт. Поэтому появляется необходимость усиления тестовых сигналов до амплитуды, обеспечивающей стандартный режим работы усилителя мощности радиовещательной станции. По-другому, такой усилитель называют усилителем раскачки, и к нему предъявляются следующие требования: обеспечение заданного уровня выходной мощности; широкополосность; повышенный коэффициент полезного действия; малый уровень нелинейных искажений. При проектировании такого усилителя необходимо использовать мощные биполярные транзисторы и межкаскадные корректирующие цепи, которые позволяют достичь требуемых параметров.

 

2 Определение числа каскадов

Число каскадов для любого усилителя выбирается исходя из того, какой коэффициент усиления должно обеспечивать заданное устройство. Для того чтобы обеспечить коэффициент усиления 30дБ необходимо соединить последовательно три усилительных каскада, так как одним каскадом невозможно достичь такого усиления, который может выдать примерно 10-12дБ.

3 Распределение искажения на ВЧ

Допустимые частотные искажения по заданию равны 2дБ. Исходя из числа усилительных каскадов найдем искажения приходящиеся на каждый каскад:

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

4 Расчет оконечного каскада

4.1 Расчет рабочей точки

Для расчета рабочей точки найдем выходное напряжение, которое должен выдавать усилитель, воспользовавшись следующим соотношением:

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

1. Расчет рабочей точки при использовании активного сопротивления Rk в цепи

коллектора.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

 

2. Расчет рабочей точки при использовании дросселя в цепи коллектора.

Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 4.2.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

 

Eп, (В)

Iко, (А)

Uкэо, (В)

Pрасс.,(Вт)

Pпотр.,(Вт)

С Rк

50.5

5

17.5

87.5

252.5

Без Rк

17.5

2.75

17.5

48.1

48.1

Из таблицы 4.1 видно, что для данного курсового задания целесообразно использовать дроссель в цепи коллектора.

Построим нагрузочные прямые, которые изображены на рисунке 4.4

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рисунок 4.4 – Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току

4.2 Выбор транзистора

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Из неравенства (4.10 ) определим значения допустимых параметров.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Исходя из полученных значений, выберем выходной транзистор КТ930Б с помощью справочника [2].

Транзистор имеет следующие допустимые параметры:

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

4.3 Расчет эквивалентных схем транзистора

4.3.1 Схема Джиаколетто

Многочисленные исследования показывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазоне частот удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная эквивалентная схема- схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 4.5. Подробное

описание схемы можно найти [3].

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рисунок 4.5 – Схема Джиаколетто

Достоинство этой схемы заключается в следующем: схема Джиаколетто с достаточной для практических расчетов точностью отражает реальные свойства транзисторов на частотах f £ 0.5fт ; при последовательном применении этой схемы и найденных с ее помощью Y- параметров транзистора достигается наибольшее единство теории ламповых и транзисторных усилителей.

Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

где U¢ кэо – справочное или паспортное значение напряжения;

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

4.3.2 Однонаправленная модель

Однонаправленная модель, так же как и схема Джиаколетто, является эквивалентной схемой замещения транзистора. Схема представляет собой высокочастотную модель, которая изображена на рисунке 4.6. Полное

описание однонаправленной модели можно найти в [4].

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рисунок 4.6 – Однонаправленная модель

Рассчитаем элементы схемы воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

4.4 Расчет схем термостабилизации

Выбор схемы обеспечения исходного режима транзисторного каскада тесным образом связан с температурной стабилизацией положения рабочей точки. Объясняется это следующим. Важной особенностью транзисторов является зависимость их вольт-амперных характеристик от температуры р-n переходов и, следовательно, от температуры внешней среды. Это явление нежелательно, так как температурные смещения статических характеристик обуславливают не только изменения усилительных параметров транзистора в рабочей точке, но и приводят к перемещению рабочей точки. Изменения в положении рабочей точки в свою очередь сопровождаются дальнейшим изменением усилительных параметров, так как последние зависят от режима. Таким образом, электрические показатели усилителя оказываются подверженными влиянию температуры и при неблагоприятных условиях могут существенным образом отклониться от нормы.

Для сохранения режима работы транзистора в условиях непостоянства температуры окружающей среды в схему каскада вводят специальные

элементы температурной стабилизации. Существует три вида температурной стабилизации: эмиттерная стабилизация, коллекторная стабилизация и активная коллекторная стабилизация.

4.4.1 Эмиттерная термостабилизация

Одной из распространенных схем с обратной связью, предназначенных для стабилизации режима, является схема с эмиттерной стабилизацией [5], которая изображена на рисунке 4.7.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рисунок 4.7 – Схема эмиттерной термостабилизации

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

4.4.2 Коллекторная термостабилизация

Коллекторная стабилизация является простейшей и наиболее экономичной из всех схем термостабилизации. Стабилизация положения точки покоя осуществляется параллельной отрицательной обратной связью по напряжению, снимаемой с коллектора транзистора. Полное описание и работу схемы можно найти в книге [5]. Схема коллекторной стабилизации представлена на рисунке 4.8.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рисунок 4.8 – Схема коллекторной термостабилизации

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

4.4.3 Активная коллекторная термостабилизация

В данном курсовом проекте использована активная коллекторная термостабилизация, которая является достаточно эффективной в мощных усилительных каскадах. Схема активной коллекторной термостабилизации изображена на рисунке 4.9.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рисунок 4.9 – Схема активной коллекторной термостабилизации

VT1 – транзистор КТ814: b о= 40, Uкэдоп.=20В, Iк =2.5А;

VT2 – транзистор КТ930Б.

Рассчитаем элементы схемы по следующим формулам:

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

4.5 Расчет корректирующих цепей

4.5.1 Выходная корректирующая цепь

Для передачи без потерь сигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому используется последовательное соединение корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов [6]. На рисунке 4.10 изображен пример построения такой схемы усилителя по переменному току.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рисунок 4.10 Схема усилителя с корректирующими цепями

Расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 4.11. Для получения максимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора, равное постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Это можно реализовать, включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 4.11.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рисунок 4.11 – Схема выходной корректирующей цепи

Выходную корректирующую цепь можно рассчитать с использованием методики Фано, которая подробно описана в методическом пособии [6]. Зная Свых и fв можно рассчитать элементы L1 и C1 .

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

4.5.2 Межкаскадная корректирующая цепь

Как упоминалось ранее, для передачи сигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому, от источника сигнала на вход первого усилительного элемента и от выходной цепи последнего усилительного элемента в нагрузку применяют различные схемы, называемые межкаскадными корректирующими цепями (МКЦ). Эти схемы одновременно служат и для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов, а также придания усилителю определенных свойств.

Существуем множество различных схем МКЦ, но в данном курсовом проекте используется межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка, которая изображена на рисунке 4.12.

Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка обеспечивает достаточно хорошее согласование между усилительными элементами и способствует максимальной отдачи выходной мощности усилительного элемента в нагрузку.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рисунок 4.12 – Каскад с межкаскадной корректирующей цепью

третьего порядка

В качестве усилительного элемента VT2 используется транзистор КТ930А.

Расчет межкаскадной корректирующей цепи третьего порядка производится по следующей методике.

В начале расчета определяют неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) приходящейся на каждый каскад. Затем из таблицы, которая находится в методическом пособии [6] по неравномерности АЧХ определяют коэффициенты а1 , а2,, а3. После находят нормированные значения Свых.н , Lвх.н и Rвх.н по следующим формулам:

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Для нахождения нормированных значений С1 , С2 , L1 рассчитывают следующие коэффициенты:

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рассчитаем межкаскадную корректирующую цепь между выходным и предоконечным каскадом. Для этого представим схему приведенную на рисунке 4.12 в виде эквивалентной схемы изображенной на рисунке 4.13.

Рассчитаем элементы МКЦ.

Значения выходных параметров транзистора КТ930А возьмем из пункта 5.2, где рассчитана эквивалентная схема этого транзистора.

КТ930А: Cвых.= 78.42 пФ;. Rвых.= 8.33 Ом.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рисунок 4.13 – Эквивалентная схема каскада

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Неравномерность АЧХ приходящейся на каждый каскад составляет 0.7дБ. Из таблицы находящейся в методическом пособии [6] коэффициенты а1 , а2,, а3 будут равны:

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

5 Расчет предоконечного каскада

5.1 Расчет рабочей точки

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

5.2 Расчет эквивалентной схемы транзистора

В качестве эквивалентной схемы расчитаем однонаправленную модель транзистора.

Рассчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и формулами приведенными в пункте 4.3.2.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Входную индуктивность определим по формуле 4.19.

Определим входное сопротивление по формуле (4.12), для этого найдем Ск при напряжении Uкэ = 10В воспользовавшись формулой (4.11.)

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

5.3 Расчет схемы термостабилизации

В предоконечном каскаде используется схема активной коллекторной термостабилизации.

Рассчитаем элементы схемы воспользовавшись формулами приведенными в пункте 4.4.3 и рисунком 4.9.

Выберем напряжение UR4=1В и расчитаем значение резистора R4 по формуле (4.32).

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

5.4 Расчет межкаскадной корректирующей цепи

Расчитаем межкаскадную корректирующую цепь между входным и предоконечным каскадом. Эквивалентная схема изображена на рисунке 5.1.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Рисунок 5.1 – Эквивалентная схема каскада

В качестве усилительного элемента VT1 используется транзистор КТ916А.

Рассчитаем элементы МКЦ.

Значения выходных параметров транзистора КТ916А возьмем из пункта 6.2, где рассчитана эквивалентная схема этого транзистора.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Нагрузкой для предоконечного каскада является параллельное соединение Rвых. транзистора и R1 .Где R1– сопротивление, входящее в межкаскадную корректирующую цепь, рассчитанное в пункте 4.5.2.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

6 Расчет входного каскада

6.1 Расчет рабочей точки

В качестве входного каскада используется транзистор КТ916А. Напряжение в рабочей точке будет равно:

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

Ток в рабочей точке изменяется в соответствии с коэффициентом усиления межкаскадной корректирующей цепи, которая рассчитана в пункте 5.4.

Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций

6.2 Расчет эквивалентной схемы транзистора

В качестве эквивалентной схемы расчитаем однонаправленную модель

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.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: