Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Схемотехника и АЭУ
Выполнл студент гр. 180 Курманов Б.А.
Министерство образования Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
2003
Реферат
Курсовая работа 29с., 12 рис., 3 табл., 2 источника.
УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД, ТРАНЗИСТОР, КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ, ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, НАПРЯЖЕНИЕ, МОЩНОСТЬ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, СКВАЖНОСТЬ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ.
Целью данной работы является приобретение навыков аналитического расчёта усилителя по заданным требованиям.
В процессе работы производился расчёт параметров усилителя, анализ различных схем термостабилизации, были рассчитаны эквивалентные модели транзистора, рассмотрены варианты коллекторной цепи транзистора.
В результате работы получили принципиальную готовую схему усилителя с известной топологией и известными номиналами элементов.
Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2002.
СОДЕРЖАНИЕ
| 1.Введение |
| 2.Предварительный расчет усилителя |
| 2.1 Расчет рабочей точки |
| 3. Выбор транзистора |
| 4. Расчет схемы термостабилизации |
| 4.1 Эмиттерная термостабилизация |
| 4.2 Пассивная коллекторная термостабилизация |
| 4.3 Активная коллекторная термостабилизация |
| 5. Расчёт параметров схемы Джиаколетто |
| 6. Расчет высокочастотной индуктивной коррекции |
| 7. Промежуточный каскад |
| 7.1 Расчет рабочей точки. Транзистор VT2 |
| 7.1.1 Расчет высокочастотной индуктивной коррекции |
| 7.1.2 Расчет схемы термостабилизации |
| 7.2 Транзистор VT1 |
| 7.2.1 Расчет схемы термостабилизации |
| 8. Искажения вносимые входной цепью |
| 9. Расчет Сф, Rф, Ср |
| 10. Заключение |
| Литература |
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ № 2
на курсовое проектирование по дисциплине “Схемотехника АЭУ”
студенту гр.180 Курманову Б.А.
Тема проекта Импульсный усилитель
Сопротивление генератора Rг = 75 Ом.
Коэффициент усиления K = 25 дБ.
Длительность импульса 0,5 мкс.
Полярность "положительная".
Скважность 2.
Время установления 25 нс.
Выброс 5%.
Искажения плоской вершины импульса 5%.
Амплитуда 4В.
Полярность "отрицательная".
Сопротивление нагрузки Rн = 75 Ом.
Условия эксплуатации и требования к стабильности показателей усилителя 20 - 45 °С.
Срок сдачи проекта на кафедру РЗИ 10.05.2003.
Дата выдачи Задания 22.02.2003.
Руководитель проектирования _____________
Исполнитель ______________
1.Введение
Импульсные усилители нашли широкое применение. Особенно широко они применяются в радиотехнических устройства, в системах автоматики, в приборах экспериментальной физики, в измерительных приборах.
В зависимости от задач на импульсные усилители накладываются различные требования, которым они должны отвечать. Поэтому усилители могут различаться между собой как по элементной базе, особенностям схемы, так и по конструкции. Однако существует общая методика, которой следует придерживаться при проектировании усилителей.
Задачей представленного проекта является отыскание наиболее простого и надежного решения.
Для импульсного усилителя применяют специальные транзисторы, имеющие высокую граничную частоту. Такие транзисторы называются высокочастотными.
Итогом курсового проекта стали параметры и характеристики готового импульсного усилителя.
2.Предварительный расчет усилителя
2.1 Расчет рабочей точки
Исходные данные для курсового проектирования находятся в техническом задании.
Средне статистический транзистор даёт усиление в 20 дБ, по заданию у нас 25 дБ, отсюда получим, что наш усилитель будет иметь как минимум 2 каскада. Однако исходя из условия разной полярности входного и выходного сигнала число каскадов должно быть нечетным, следовательно число каскадов составит 3.
Структурная схема многокаскадного усилителя представлена на рис.2.1
Рисунок 2.1 - Структурная схема усилителя
По заданному напряжению на выходе усилителя рассчитаем напряжение коллектор эмиттер и ток коллектора (рабочую точку).
Iко=
Uкэо=
Рассмотрим два варианта реализации схемы питания транзисторного усилителя: первая схема реостатный каскад, вторая схема дроссельный каскад.
Дроссельный каскад:
Схема дроссельного каскада по переменному току представлена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Схема дроссельного каскада
Rн=75 (Ом).
Расчетные формулы:
(2.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4)
Исходя из формул 2.1 - 2.4 вычислим напряжение Uкэо и ток Iко.
Eп = Uкэо = 4В
Pвых = Вт
Pпотр = Вт
η =
Резистивный каскад:
Схема резистивно
Рисунок 2.3 - Схема резистивного каскада
Rк=75(Ом), Rн=75 (Ом), Rн~=37,5 (Ом).
Исходя из формул 2.1 - 2.4 вычислим напряжение Uкэо и ток Iко.
Eп = Iко*Rк+Uкэо = 8,4В
Pвых = Вт
Pпотр = Вт
η =
Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1.
| Eп, (В) | Iко, (А) | Uко, (В) | Pвых.,(Вт) | Pпотр.,(Вт) | PRк,(Вт) | η | |
| Rк | 8,4 | 0,0587 | 4 | 0,107 | 0,496 | 0,255 | 0,22 |
| Lк | 4 | 0,0293 | 4 | 0,107 | 0,117 | 0,91 |
3. Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров:
PRк ≤ Pк доп*0,8
Iко ≤ 0,8*Iк max
fв(10-100) ≤ fт
Uкэо ≤ 0,8*Uкэ доп
Исходя из данных технического задания. Тогда верхняя граничная частота оконечного каскада:
(3.1)
fТ>(10..100) fв,
fT=140МГц.
Этим требованиям полностью соответствует транзистор 2Т602А. Параметры транзистора приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Параметры используемого транзистора
| Наимено-вание | Обозначение | Значения |
| Ск | Емкость коллекторного перехода | 4 пФ |
| Сэ | Емкость эмиттерного перехода | 25 пФ |
| Fт | Граничная частота транзистора | 150 МГц |
| Βо | Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ | 20-80 |
| Tо | Температура окружающей среды | 25оС |
| Iкбо | Обратный ток коллектор-база | 10 мкА |
| Iк | Постоянный ток коллектора | 75 мА |
| Тперmax | Температура перехода | 423 К |
| Pрас | Постоянная рассеиваемая мощность (без теплоотвода) | 0,85 Вт |
Далее рассчитаем выберем схему термостабилизации.
4. Расчет схемы термостабилизации
4.1 Эмиттерная термостабилизация
Эмиттерная стабилизация применяется в основном в маломощных каскадах, и получила наиболее широкое распространение. Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 - Схема эмиттерной термостабилизации
Расчёт произведем поэтапно:
1. Выберем напряжение эмиттера , ток делителя и напряжение питания ;
2. Затем рассчитаем .
Напряжение эмиттера выбирается равным порядка . Выберем .
Ток делителя выбирается равным , где - базовый ток транзистора и вычисляется по формуле:
(мА);(4.1.1)
Тогда:
(мА)(4.1.2)
Напряжение питания рассчитывается по формуле: (В)
Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:
Ом;(4.1.3)
(4.1.4)
(Ом);(4.1.5)
(Ом);(4.1.6)
Данная методика расчёта не учитывает напрямую заданный диапазон температур окружающей среды, однако, в диапазоне температур от 0 до 50 градусов для рассчитанной подобным образом схемы, результирующий уход тока покоя транзистора, как правило, не превышает (10-15)%, то есть схема имеет вполне приемлемую стабилизацию.
4.2 Пассивная коллекторная термостабилизация
Рисунок 4.2 - Схема пассивной коллекторной термостабилизации.
Пусть URк=10В
Rк= (Ом);(4.2.1)
Еп=Uкэо+URк=10+10=20В(4.2.2)
Rб= =5,36 (кОм)(4.2.3)
Ток базы определяется Rб. При увеличении тока коллектора напряжение на Uкэо падает и следовательно уменьшается ток базы, а это не даёт увеличиваться дальше току коллектора. Но чтобы стал изменяться ток базы, напряжение Uкэо должно измениться на 10-20%, то есть Rк должно быть очень велико, что оправдывается только в маломощных каскадах.
4.3 Активная коллекторная термостабилизация
Рисунок 4.3 - Схема активной коллекторной термостабилизации
Сделаем так чтобы Rб зависело от напряжения Ut. Получим что при незначительном изменении тока коллектора значительно изменится ток базы. И вместо большого Rк можно поставить меньшее на котором бы падало небольшое (порядка 1В) напряжение.
Статический коэффициент передачи по току первого транзистора bо1=30. UR4=5В.
R4===85 (Ом)(4.3.1)
(4.3.2)
Iко1 = Iбо2 =
Pрас1 = Uкэо1*Iко1 = 5*1,68*10-3 = 8,4 мВт
R2===2,38 (кОм)(4.3.3)
R1===672 (Ом)(4.3.4)
R3 = (Ом)(4.3.5)
Еп = Uкэо2+UR4 = 10+5 = 15В(4.3.6)
Данная схема требует значительное количество дополнительных элементов, в том числе и активных. При повреждении емкости С1 каскад самовозбудится и будет не усиливать, а генерировать, т.е. данный вариант не желателен, поскольку параметры усилителя должны как можно меньше зависеть от изменения параметров его элементов. Наиболее приемлема эмиттерная термостабилизация.