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

Студент гр. 180 Т. А. Сизиков

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

РТФ КП 468714.001 ПЗ

2003

Реферат

Курсовой проект 48 стр., 1 табл., 20 рис., 8 ист.

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, РАБОЧАЯ ТОЧКА, ДРОССЕЛЬНЫЙ КАСКАД, ВХОДНАЯ ЦЕПЬ, НАГРУЗОЧНЫЕ ПРЯМЫЕ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, ЭМИТТЕРНАЯ КОРРЕКЦИЯ, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ ТРАНЗИСТОРА, ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ДЖИАКОЛЕТТО.

Объектом разработки является широкополосный усилитель.

Цель данной работы – приобретение практических навыков в расчете усилителей на примере конкретной задачи.

В процессе работы производился анализ различных схем реализации усилительного устройства, расчет его параметров и элементов. В результате была разработана схема усилителя, отвечающая требованиям технического задания.

Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе MicrosoftWorld 2000, а рисунки в графическом редакторе PaintBrush.

Техническое задание

Усилитель должен отвечать следующим требованиям:

1 Рабочая полоса частот: 0,8-30 МГц

2 Допустимые частотные искажения

в области нижних частот не более 1,5 дБ

в области верхних частот не более 3 дБ

3 Коэффициент усиления 30 дБ

4 Амплитуда выходного сигнала Uвых=8В

5 Диапазон рабочих температур: от +25 до +50 градусов Цельсия

6 Сопротивление источника сигнала и нагрузки Rг=Rн=50 Ом

Содержание

1 Введение5

2 Структурная схема усилителя6

2.1 Определение числа каскадов6

3 Распределение искажений АЧХ6

4 Расчет выходного каскада7

4.1 Расчет рабочей точки7

4.1.1 Расчет рабочей точки для резистивного каскада7

4.1.2 Расчет рабочей точки для дроссельного каскада11

4.2 Выбор транзистора выходного каскада13

4.3 Расчет эквивалентных схем транзистора14

4.3.1 Расчет схемы Джиаколетто14

4.3.2 Расчет высокочастотной однонаправленной модели17

4.4 Расчет цепей термостабилизации18

4.4.1 Эмиттерная термостабилизация18

4.4.2 Пассивная коллекторная термостабилизация20

4.4.3 Активная коллекторная термостабилизация21

4.5 Расчет некорректированного каскада24

4.5.1 Анализ каскада в области верхних частот24

4.5.2 Расчет искажений, вносимых входной цепью27

4.6 Расчет элементов эмиттерной коррекции29

5 Расчет входного каскада32

5.1 Расчет рабочей точки32

5.2 Выбор транзистора входного каскада33

5.3 Расчет эквивалентных схем транзистора33

5.4 Расчет схемы термостабилизации34

5.5 Расчет не корректированного каскада35

5.6 Расчет элементов эмиттерной коррекции36

5.7 Расчет искажений, вносимых входной цепью38

6 Расчёт коллекторных дросселей и разделительных ёмкостей40

7 Амплитудно-частотная характеристика усилителя43

8 Заключение45

Список использованных источников46

Схема электрическая принципиальная47

Перечень элементов48

1 Введение

В данном курсовом проекте рассчитывается широкополосный усилитель СВЧ. В настоящее время такие усилители могут применяться в осциллографии, в исследованиях прохождения радиоволн в различных средах, в том числе прохождения различных длин волн в городских условиях. Также в последнее время весьма актуальна задача поиска и обнаружения подслушивающе–передающих устройств (“жучков”). Одним из основных требований в данном случае является обеспечение необходимого усиления принимаемого сигнала в широкой полосе частот. Но так как коэффициент усиления транзистора на высоких частотах составляет единицы раз, то при создании усилителя необходимо применять корректирующие цепи, обеспечивающие максимально возможный коэффициент усиления каждого каскада усилителя в заданной полосе частот.

2 Структурная схема усилителя

2.1 Определение числа каскадов

Так как на одном каскаде трудно реализовать усиление 30дБ, то для того, чтобы обеспечить такой коэффициент усиления, используем сложение двух каскадов. Учитывая, что входная цепь ослабляет общий коэффициент усиления всего усилителя считаем, что каждый каскад в среднем даёт усиление в 9 раз, или 19,085 дБ.

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

Рисунок2.1-Структурная схема усилителя

3 Распределение искажений АЧХ

Исходя из технического задания, устройство должно обеспечивать искажения в области верхних не более 3дБ и в области нижних частот не более 1.5дБ. Так как используется два каскада, то получаем, что каждый может вносить не более 1.5дБ искажений в общую АЧХ. Так как наибольшие искажения в АЧХ усилителя обычно вносит входная цепь, то распределим их с запасом, т.е. YB для каждого каскада возьмем по 0.5дБ а на входную цепь оставим 2дБ.

Эти требования накладывают ограничения на номиналы элементов, вносящих искажения.

4 Расчет выходного каскада

4.1 Расчет рабочей точки

Рабочей точкой называются ток и напряжение на активном элементе при отсутствии входного воздействия.

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.

4.1.1 Расчет рабочей точки для резистивного каскада

Принципиальная схема резистивного каскада и эквивалентная схема по переменному току представлены на рисунках 4.1,а и 4.1,б соответственно.

Рисунок 4.1,а - Принципиальная схема резистивного каскада

Рисунок 4.1,б- Эквивалентная схема по переменному току

Сопротивлением по переменному току для резистивного каскада будет являться параллельное соединение сопротивлений Rk и Rн (рисунок 4.1,б):

(4.1)

Принимая сопротивление коллекторной цепи транзистора Rk равным сопротивлению нагрузки Rн (Rн = 50 Ом), согласно формуле (4.1), получаем:

По известному сопротивлению нагрузки по переменному току и выходному напряжению можно найти выходной ток:

(4.2)

В результате ток равен:

Зная выходное напряжение и ток, определим координаты рабочей точки согласно следующим формулам:

,(4.3)

гдеIко – ток в рабочей точке;

Iвых – выходной ток;

Iост - остаточный ток, принимается равным 0.1*Iвых.

,(4.4)

где Uкэо – напряжение в рабочей точке;

Uвых – выходное напряжение;

Uнас - начальное напряжение нелинейного участка выходных

характеристик транзистора, выбирается от 1В до 2В.

Полагая Uнас=1.5В, по формулам (4.3) и (4.4) находим:

Напряжение источника питания для схемы, представленной на рисунке 4.1,а, будет составлять сумму падений напряжений на сопротивлении Rк и транзисторе:

.(4.5)

Перепишем выражение (4.5) в следующем виде:

.(4.6)

Выражение (4.6) есть ни что иное как уравнение прямой (в данном случае ток Iкo является функцией аргумента Uкэо), которая называется нагрузочной прямой по постоянному току. В пределах этой прямой и будет изменяться рабочая точка.

Для проведения прямой выберем две точки с координатами (Еп,0) и (0,Iкmax):

В сигнальном режиме строится нагрузочная прямая по переменному току. Для построения данной прямой зададимся некоторым приращением тока и соответствующим приращением напряжения, учитывая, что в данном случае сопротивление нагрузки будет определяться выражением (4.1):

.(4.7)