Томский государственный университет

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

ИМПУЛЬСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине

«Схемотехника аналоговых электронных устройств»

РТФ КП.468.001 ПЗ

Студент гр. 1А2

_______ Т.П. Шершнева

_______

Руководитель

доцент кафедры РЗИ

_______ А.А. Титов

_______

2005
Реферат

Курсовой проект 24 с., 9 рис., 1 табл., 2 источника, 2 прил.

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД, ТРАНЗИСТОР, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ, ВРЕМЯ УСТАНОВЛЕНИЯ, СПАД ПЛОСКОЙ ВЕРШИНЫ, СКВАЖНОСТЬ, ТЕР­МОСТАБИЛИЗАЦИЯ, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ, ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ.

Объектом исследования в данном курсовом проекте 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 импульсного усилителя.

Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2002.

Содержание

1 Введение. 4

2 Расчетная часть. 5

2.1 Структурная схема усилителя. 5

2.2 Расчет выходного каскада. 6

2.3 Расчёт цепей термостабилизации. 9

2.3.1 Эмиттерная термостабилизация. 9

2.3.2 Пассивная коллекторная термостабилизация. 10

2.4 Выбор транзистора. 12

2.5 Расчет эквивалентной схемы транзистора. 13

2.6 Расчет высокочастотной эмиттерной коррекции. Оконечный каскад. 15

2.7 Расчет высокочастотной эмиттерной коррекции. Промежуточный каскад. 17

2.9 Расчёт разделительных и блокировочных емкостей. 20

Список использованных источников. 22

1 Введение

В настоящее время наблюдается стремительный рост приборов, работающих не с аналоговыми сигналами, а именно с импульсными. Преобладающее применение импульсных устройств обусловлено их высоким КПД, более высокой точностью, меньшей критичностью к изменению температуры, большей помехоустойчивостью. В связи с этим особо актуальной становится задача разработки импульсных усилителей (ИУ), способствующих более полному восприятию поступающей в импульсной форме информации.

Целью данного курсового проекта являлся расчет импульсного усилителя.

2 Расчетная часть

2.1 Структурная схема усилителя

Для обеспечения требуемого коэффициента усиления равного 28 дБ и одинако­вой полярности сигнала на входе и выходе примем число каскадов усили­теля равное 2, причем основной вклад в усиление сигнала вносит выходной каскад. Входной же отвечает в основном за обеспечение одинаковой полярности входного и выходного сигналов.

Структурная схема усилителя, приведенная на рисунке 2.1, содержит кроме усилительных каскадов источник сигнала и нагрузку.

Рисунок 2.1 – Структурная схема усилителя

2.2 Расчет выходного каскада

Рассмотрим две схемы реализации выходного каскада: резистивную и дроссельную. Выбор той или иной схемы осуществим на основе полученных данных расчета. Критерий выбора – оптимальные энергетические характеристики схемы. Также выберем транзистор, удовлетворяющий требованиям задания.

а) Резистивная схема

Рисунок 2.2 - Каскад с активным сопротивлением в цепи коллектора.

Расчеты производятся при условии, что

, .

Найдем :

,

тогда

,

,

Определим напряжения источника питания :

Найдём потребляемую мощность, мощность, рассеиваемую на коллекторе, вы­ходную мощность и мощность, рассеиваемая на Rк:

;

;

;

Находим КПД:

.

б) Дроссельная схема

Рисунок 2.3 - Каскад с дросселем в цепи коллектора.

Пусть , ,

, т.к. сопротивление дросселя по переменному току .

;

.

Найдем Еп с учётом того, что сопротивление дросселя по постоянному току :

.

Найдём потребляемую мощность и мощность рассеиваемую на коллекторе:

;

.

Находим КПД:

.

Найдем величину дросселя

,

где - нижняя граничная частота:

.

Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Результаты расчетов рабочей точки двумя способами

Каскад	, (В)	, (В)	, (А)	, (А)	, (Вт)	, (Вт)	η, (%)	, (А)
Резистивный	24,01	7,51	0,33	0,03	7,92	2,47		0,3
Дроссельный	7,51	7,51	0,165	0,015	1,2	1,2		0,15

Из таблицы 2.1 видно, что для данного курсового задания целесообразно ис­пользовать дроссель в цепи коллектора.

2.3 Расчёт цепей термостабилизации

Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термоста­бильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: эмиттер­ная, пассивная коллекторная и активная коллекторная.

2.3.1 Эмиттерная термостабилизация

Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 2..

Рисунок 2.4 – Схема эмиттерной термостабилизации

Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть ), затем производим следующий расчёт:

;

;

;

;

;

;

;

2.3.2 Пассивная коллекторная термостабилизация

Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 2.5) исполь­зуется на малых мощностях. Напряжение отрицательной обратной связи, регули­рующее ток через транзистор подаётся на базу через базовый делитель.

Рисунок 2.5 – Схема пассивной коллекторной термостабилизации

Расчёт заключается в следующем: выбираем напряжение (в данном случае ), затем находим элементы схемы по формулам:

;

;

,

где – напряжение на переходе база-эмиттер;

;

2.3.3 Активная коллекторная термостабилизация

Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 2.6

Рисунок 2.6 – Схема активной коллекторной термостабилизации

Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть ), затем производим следующий рас­чёт:

;

;

;

;

;

,

;

;

.

Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы пере­менная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина бло­кировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 по пере­менному току был заземлён.

Из расчетов схем термостабилизаций видно, что более целесообразно применять схему эммитерной термостабилизации.

2.4 Выбор транзистора

Выбор транзистора для оконечного каскада осуществляется с учетом следую­щих предельных параметров [2]:

;

;

;

,

где - верхняя граничная частота

.

Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ 606 А.. Его основ­ные технические характеристики приведены ниже [3].

Электрические параметры:

Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ;

Постоянная времени цепи обратной связи при ;

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;

Ёмкость коллекторного перехода при .

Предельные эксплуатационные данные:

Постоянное напряжение коллектор-эмиттер ;

Постоянный ток коллектора ;

2.5 Расчет эквивалентной схемы транзистора

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 2.7 [1].

Рисунок 2.7 – Эквивалентная схема Джиаколетто

Значения элементов схемы Джиаколетто могут быть рассчитаны по паспорт­ным данным транзистора по следующим формулам:

где U_кб – справочное или паспортное значение напряжения;

U_к – требуемое значение напряжения.

;

;

;

;

;

;

;

.

Перейдем к однонаправленной модели.

Схема однонаправленной модели транзистора приведена на рисунке 2.8

Рисунок 2.8 – Однонаправленная модель

Значения элементов схемы замещения, приведенной на рисунке 2.8, могут быть рассчитаны по следующим формулам:

;

;

Расчет некорректированного каскада:

; ;

;

Пусть искажения распределены на каждый каскад поровну и равны по 1,5 дБ, тогда ;

.

.

Видно, что получилась полоса пропускания, превышающая требуемую зада­нием, следовательно, выходной каскад можно использовать без какой-либо коррек­ции.

2.6 Расчет высокочастотной эмиттерной коррекции. Оконечный каскад.

Принципиальная схема каскада с эмиттерной коррекцией приведена на рис.2.9,

Рисунок 2.9 – принципиальная схема каскада с эммитерной коррекцией

где R1, C1 - элементы коррекции. При отсутствии реактивности нагрузки эмиттерная коррекция вводится для коррекции искажений АЧХ вносимых транзистором, увеличивая амплитуду сигнала на переходе база-эмиттер с ростом частоты усиливаемого сигнала

Рассчитаем параметры каскада при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора возьмем из справочника) и условий:

· Искажения вносимые транзистором равны 0.5 Дб т.е. Y_в=0,94

·

Подставляя известные и найдем:

Входное сопротивление каскада с эмиттерной коррекцией может быть аппроксимировано параллельной RC-цепью:

7.

2.7 Расчет высокочастотной эмиттерной коррекции. Промежуточный каскад.

Рассчитаем параметры каскада при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора возьмем из справочника) и условий:

· Искажения вносимые транзистором равны 0.5 Дб т.е. Y_в=0,94

·

·

·

.

;

.

При заданном значении F, значение определяется выражением:

Подставляя известные и найдем:

2.8 Расчет искажений вносимых входной цепью.

Рассчитаем и входной цепи, при использовании транзистора КТ610А и условий: ; =0,9; и - входное сопротивление и входная емкость каскада.

Таким образом получаем:

т.е. этот результат нас устраивает полностью.

2.9 Расчёт разделительных и блокировочных емкостей

Рассчитаем разделительные емкости:

,

где – сопротивление предыдущего каскада.

– сопротивление следующего каскада.

– кол-во разделительных конденсаторов.

;

;

.
3 Заключение

Рассчитанный усилитель имеет следующие технические характеристики:

1. Сопротивление источника сигнала Rг=50 Ом.

2. Коэффициент усиления ku=36.

3. Длительность импульса Ти=0,7 мкс.

4. Скважность Q=3.

5. Время установления tу=12нс.

6. Искажения плоской вершины импульса Δ=9%

7. Полярность входного сигнала отрицательная.

8. Полярность выходного сигнала отрицательная.

Список использованных источников

1. Титов А.А. Расчёт элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на биполярных транзисторах: учебно-методическое пособие. – Томск: ТУСУР, 2002. – 45 с.

2. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник /Под ред. Горю­нова Н.Н. –М.: Энергоатомиздат, 1985 – 903с.

РТФ КП 468714.001 ЭЗ

Изм.

Лист.

N^0 докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Шершнева Т.П.

Усилитель звуковой частоты Схема электрическая принципиальная

Лит.

масса

Масш.

Провер.

Титов А.А.

лист 1

листов 1

ТУСУР РТФ гр.1А2

Поз. обозн.

Наименование.

Кол-во.

Примечание.

Конденсаторы

С1

К10 – 17 200нФ ± 10% ОЖО.460.172 ТУ

С2

К10 – 17 160нФ ± 10% ОЖО.460.172 ТУ

С3

К10 – 17 150пФ ± 10% ОЖО.460.172 ТУ

С4

К10 – 17 1,2нФ ± 10% ОЖО.460.172 ТУ

С5

К10 – 17 150пФ ± 10% ОЖО.460.172 ТУ

С6

К10 – 17 180нФ ± 10% ОЖО.460.172 ТУ

Резисторы

R1, R7

МЛТ – 0.125 – 590 Ом ± 10% ГОСТ 7113-77

R2, R8

МЛТ – 0.125 – 118 Ом ± 10% ГОСТ 7113-77

R3

МЛТ – 0.125 – 50 Ом ± 10% ГОСТ 7113-77

R4

МЛТ – 0.125 – 1,6 Ом ± 10% ГОСТ 7113-77

R5

МЛТ – 0.125 – 24,2 Ом ± 10% ГОСТ 7113-77

R6

МЛТ – 0,125 – 21,4 Ом ± 10% ГОСТ 7113-77

Транзисторы

VT1

КТ 606А

VT2

КТ 606А

Катушки индуктивности

L1

Индуктивность 4мГн ±5%

РТФ КП.468714.001 ПЭЗ

Изм.

Лист.

N^0 докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Шершнева Т.П.

Усилитель звуковой частоты Перечень элементов

Лит.

Лист

Листов

Провер.

Титов А.А.

ТУСУР РТФ гр.1А2

Дата добавления: 2015-12-07