Расчёт видео усилителя
2. Расчёт структурной схемы.
Амплитуда входного и выходного тока:
Iвх m = Uвх m / Rист;
Iвх m = 0,0015 /510-3 = 3 мкА;
Iвых m = Uвых m / Rист ;
Iвых m = 0,25 / 50 = 5 мА;
Определим общий коэффициент усиления:
Кт общ = Iвых m / Iвх m;
Кт общ = 0,005 / 310-6 = 1666;
Полярность входного сигнала должна соответствовать полярности выходного, поэтому число каскадов видео усилителя должно быть чётным.
Табл.1
N |
1-2 | 2-3 | 3-4 | 4-5 |
Кр |
Сотни раз | Тысячи раз | Десятки тысяч раз | Сотни тысяч раз |
Согласно таблице 1 выбираем количество каскадов, исходя из рассчитываемого коэффициента усиления, учитывая, что количество каскадов должно быть полным:
N = 2;
Проверяем возможность усиления двумя каскадами:
Кт необх = Кт общ / Кт ок ;
Кт необх = 1666 / 50 = 33
Для согласования со входом предающей трубкой нужно добавить эмиттерный повторитель. Обычно транзистор в промежуточном каскаде включают по схеме с общим эмиттером. Полоса пропускания каскада с ОЭ зависит от граничной частоты fh21б (граничная частота усиления потоку). В каскадах применяется эмиттерная высокочастотная коррекция, поэтому полоса пропускания будет также зависеть от наличия этой коррекции, от глубины отрицательной обратной связи и коэффициента коррекции. Отрицательная обратная связь расширяет полосу пропускания, но уменьшает коэффициент усиления по мощности предыдущего каскада. При использовании в предварительных каскадах транзисторов с низкой граничной частотой fh21б для получения требуемой полосы пропускания приходиться увеличивать число каскадов.
Исходя из заданных условий, выбираем транзистор:
КТ312Б – n-p-n.
Табл.2
h21e |
25-100 |
к |
500 пс |
Uкэ нас |
0,18 В |
Пт |
50 МГц |
fт |
120 МГц |
h21э |
30 |
Iк доп |
30 мА |
iэб0 |
0,1 мкА |
Ск |
5 пФ |
rб |
80 Ом |
iкб0 доп |
0,2 мкА |
Uкэм |
30 В |
Рк |
225 мВт |
Uкэ м |
30 В |
Uбэ нас |
0,83 В |
rб |
80 Ом |
Граничная частота транзистора равна:
fh21б = mfт ;
fh21б = 1,6120 = 192 МГц ,
где m для диффузионных транзисторов равен 1,6.
Рассчитываем коэффициент усиления по току промежуточного каскада:
Кт пк = (0,2h21э)2Nобщ – 1 ;
Кт пк = (0,250)2(2-1) = 100 ;
Очевидно, что требуемое Кт пк необх = 100 от двух каскадов промежуточного усиления получить можно.
Произведём распределение допустимых на весь видео усилитель частотных искажений Мн и Мв между его цепями:
Табл.3.
Наименование каскадов и цепей |
Допустимые искажения в дБ. |
|
НЧ |
ВЧ |
|
Выходная цепь ЭП | 0 | 0 |
Входная цепь ЭП | 0,5 | 0,7 |
Цепь эмиттерной стабилизации 2 каскада | 0,35 | 0,3 |
Входная цепь 2 каскада | 0,7 | 0,75 |
Цепь эмиттерной стабилизации 1 каскада | 0,35 | 0,1 |
Входная цепь ВУ | 0,7 | 0,75 |
Всего: |
2,6 |
2,6 |
Рис. 1. Структурная схема видео усилителя
3. Расчёт эмиттерного повторителя, работающего на кабель.
Находим необходимый размах эмиттерного тока:
Iэ = Uвых / Rн;
Iэ = 0,25 / 50 = 0,005 А = 5 мА;
Максимальный ток коллектора:
iк мах = 3Iэ;
iк мах = 35 = 15 мА;
Необходимая граничная частота усиления:
fh21б (10…20)Fв;
fh21б 206 = 120 МГц;
Выбираем транзистор для оконечного каскада: ГТ 308Б
Табл.4
h21э |
50-120 |
fT |
120МГц |
ik max |
50 мА |
CK |
8пФ |
rб |
50 Ом |
rэ |
2.6 Ом |
Uкэ мах |
12 В |
Uкб мах |
20 В |
Pk max |
150 мВт |
Тп |
55 С |
Определим напряжение источника коллекторного питания 2,8 В:
Ек i k maxRн + ек ост;
Ек 1550 + 0,7 = 1,45 В;
Принимаем стандартное значение напряжения источника ЕК=1,5 В
13. Определяем средний ток коллектора:
Icр = Ек / 2Rн ;
Icр = 1,5 / 100 = 0,015 А = 15 мА;
14. Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе:
Рк = Iк ср Ек ;
Рк = 0,0151,5 = 0,0225 Вт ;
Строим статические характеристики транзистора и определяем режим работы (см. приложение).
По статическим характеристикам определяем токи коллектора:
I к max = 15 мА;
I k min = 5 мА ;
Iк 0 = 10 мА;
17. По выходным статическим характеристикам определяем токи базы и напряжения эмиттер – база :
I б max = 0,3 мА ;
I б min = 0,1 мА ;
I б0 = 0,2 мА ;
Uбэ max = 0,2 В;
Uбэ min = 0,12 В;
Uбэ0 = 0,15 В;
Рассчитываем параметры эквивалентной схемы транзистора в рабочей точке:
С к = Ск спр3 U кэ опр / U кэ0 ;
С к = 8 3 12 /0,7 = 20,6 пФ ;
rэ = 26 / I к0 ;
rэ = 26 / 14 = 1,8 Ом;
18. Определяем диффузионную ёмкость:
С эд = 1 / 2f h21бrэ ;
С эд = 1 / 23,141201062,6 = 5,110-10 Ф;
19. Определим время обратной связи:
к = rб Ск ;
к = 508 = 400 пс;
20. Входное сопротивление транзистора по схеме с общим эмиттером:
Rвх оэ = rб + rэ(1 + h21э ) ;
Rвх оэ = 50 +2,6(1 + 77) = 252,8 Ом ;
Крутизна характеристики эмиттерного тока:
Sэ = 1 + h21э / rб + rэ(1 + h21э ) ;
Sэ = 78 / 252,8 = 0,301 А/В;
22. Определяем величину сквозной характеристики эмиттерного тока:
Sэ скв = 1 + h21э / Rиэ + rб + rэ(1 + h21э ) ;
Sэ скв = 78 / 1000 + 252,8 = 0,06 А/В ,
считаем , что эквивалентное сопротивление источника Rиэ = Rк пр = 1000 Ом ;
Определяем коэффициент передачи эмиттерного повторителя:
Кэп = SэRн / 1 + SэRн ;
Кэп = 0,30150 / 1 + (0,30150) = 0,94 ;
23. Входное сопротивление ЭП:
Rвх эп = Rвх оэ (1 + SэRн) ;
Rвх эп = 252,8(1 + 0,30150) = 4057,44 Ом ;
24. Рассчитываем выходное сопротивление :
Rвых = 1 / Sэ скв ;
Rвых = 1 / 0,06 = 17 Ом ;
Строим входную вольт-амперную характеристику транзистора и отмечаем рабочую точку (см приложение).
26. Рассчитываем цепь температурной стабилизации режима :
T n max = Т0 окр max + РрасRпс ;
T n max = 30 + 15010-30,225 = 30,03С ,
Если T n max T n спр , то радиатор не нужен.
Принимаем температуру переходов минимальную T n min = 10С ;
27. Рассчитываем максимальное и минимальное значение напряжения база-эмиттер :
Uбэ max = Uбэ0 + 0,0022(20 - T n min) ;
Uбэ max = 0,15 + 0,0022(20 - 10) = 0,172 В ;
Uбэ min = Uбэ0 - 0,0022(T n max - 20 ) ;
Uбэ min = 0,15 – 0,0022(30,03 - 20) = 0,13 В ;
28. Принимаем сопротивление резистора в цепи базы :
R д2 = (3 – 5)Rк пр = 4000 Ом ;
29. Рассчитываем сопротивление делителя R д1 :
R д1 = R д2 (h21э min / (1 + h21э min))(Е ист - Uбэ max ) – Rэ ст I k min
(Rэ ст + R д2 )I k min–(h21э min /1+h21э min)( I k0 min R д2-Uбэ max) R д1
R д1 =(4000(50/51)(1,5–0,172) -50510-3)/(4050510-3-(50 /51)19,58) =5190 Ом ;
30. Определяем эквивалентное сопротивление делителя :
R д = R д1R д2 / R д1 + R д2 ;
R д = 51904000 / 5190 +4000 = 2260 Ом ;
31. Так как Rвх эп R д , то коллекторная цепь ПОК включается в ОК без разделительного конденцатора и делителя в цепи базы..
4.Расчёт ПОК видео усилителя
32. Определяем напряжения эмиттер - земля и база - земля электронного прибора в точке покоя , то есть проверяем возможность получения от предыдущего каскада напряжения и тока видеосигнала :
U эз0 = Iк 0Rн ;
U эз0 = 1010-350 = 0,5 В ;
U бз0 = -( U эз0 + Uбэ0 ) ;
U бз0 = - (0,5 + 0,15) = -0,65 В ;
33. Размах тока базы электронного прибора :
I б = I э / 1 + h21э ;
I б = 510-3 / 78 = 64 мкА ;
34. Размах тока в цепи коллектора :
I к пр = I б(Rвх эп / Rкпр) ;
I к пр = 6410-6 (4057 / 1000) = 0,026 мА ;
35. Определяем ток покоя транзистора ПОК :
I к0 пр = 2I к пр ;
I к0 пр = 20,0026 = 0,052 мА ;
36. Определяем падение напряжения на резисторе Rк :
URк пр = I к0 пр Rк пр ;
URк пр = 0,05210-31000 = 0,052 В ;
37. Е ист = 1,5 В, то напряжение на резисторе развязывающего фильтра :
URф пр = Еист - U кз пр + URк пр ;
URф пр = 1,5 - -0,65 + 0,052 = 0,9 В ;
38. Определяем сопротивление резистора фильтра :
Rф пр = URф пр / I э0 пр ;
Rф пр = 0,9 / 0,05210-3 = 17307 Ом ;
Принимаем стандарт ОМЛТ – 0,125 Rф пр=18 кОм ;
5.Рассчёт и построение сквозной динамической характеристики
39. Рассчитываем сквозную динамическую характеристику транзистора :
U вых = f(Е иэ) ;
U вых = f(U вх) ;
Данный расчёт сведём в таблицу.
Рассчитываем токи эмиттера :
i э1 = i к1 + i б1 = 3 + 0,08 = 3,08 мА ;
i э2 = i к2 + i б2 = 5 + 0,1 = 5,1 мА ;
i э3 = i к3 + i б3 = 10 + 0,2 = 10,15 мА ;
i э4 = i к4 + i б4 = 13 + 0,25 = 13,17 мА ;
i э5 = i к5 + i б5 = 15 + 0,3 = 15,2 мА ;
i э6 = i к6 + i б6 = 16 + 0,35 = 16,22 мА ;
Рассчитываем напряжения эмиттер-земля :
U эз1 = i э1Rэ = 0,0030850 = 0,154 В;
U эз2 = i э2Rэ = 0,005150 = 0,256 В;
U эз3 = i э3Rэ = 0,0101550 = 0,507 В;
U эз4 = i э4Rэ = 0,0131750 = 0,658 В;
U эз5 = i э5Rэ = 0,015250 = 0,76 В;
U эз6 = i э6Rэ = 0,0162250 = 0,81 В;
Рассчитываем входные напряжения :