Проектирование широкополосного усилительного устройства (стр. 1 из 3)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

"ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОГО УСИЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА"

Екатеринбург 2008

Введение

Широкополосные усилители предназначены для усиления электрических сигналов, спектры которых простираются от нуля или нескольких герц до многих мегагерц. Они используются в современной импульсной радиосвязи, многоканальной электрической связи, телевидения, измерительной технике и т.д.

Широкополосные усилители применяются как для усиления гармонических сигналов с широкой полосой частот, так и для усиления импульсных сигналов с крутым фронтом и диапазоном длительностей импульсов.

Однако методы исследования, расчета и проектирования широкополосных усилителей гармонических сигналов и импульсных сигналов различны. Расчет широкополосных усилителей гармонических сигналов производится на основе спектральных, а импульсных усилителей на основе временных представлений.

Доработка ТЗ

Согласно ТЗ рассчитываем коэффициент усиления:

Регулировка СП-40 дБ.

Выбор структурной схемы

Рис. 1. Структурная схема широкополосного усилительного устройства

· Фазовращательный каскад представляет собой усилительный каскад в схеме включения с общим эмиттером и с общим коллектором c единичным коэффициентом усиления.

· Усилитель напряжения представляет собой усилительный каскад в схеме включения с общим эмиттером, он обеспечивает основное усиление входного сигнала по напряжению.

· Выходное устройство представляет собой два параллельно включенных усилительных каскада в схеме включения с общим коллектором (эмиттерный повторитель), на входе одного из каскадов стоит инвертор. Повторитель служит для небольшого усиления сигнала по току с выхода усилителя напряжения, а также для согласования усилителя с нагрузкой.

Расчетная часть

Расчет элементов схемы производился с помощью математического пакета Mathcad 2000 Professional.

В нашем случае, при выходном напряжении U_{вых эфф}=8 В и сопротивлении нагрузки R_н = 10⁶ Ом мощность рассеяния транзистора VT должна быть больше

. Для данной схемы выбираем транзистор КТ325А (используется для усиления сигналов высокой частоты, F_т=800 МГц, Р_доп=225 мВт).

Электрические параметры КТ325А:

1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ:

2.

;

3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ:

;

4. Ёмкость коллекторного перехода при Uкб=5 В, не более:

;

Предельные эксплуатационные данные:

1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер:

;

2. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора:

мВт;

3. Температура p-n перехода:

.

4. Максимальная температура окружающей среды:

.

Рис. 2. Физическая малосигнальная высокочастотная эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто)

широкополосный усилитель импульсный гармонический

– входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока;

– коэффициент передачи по току при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока;

– выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока (холостой ход входной цепи);

– коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока.

Вычисление параметров схемы Джиаколетто:

•

= – барьерная емкость коллекторного перехода;

•

= – выходное сопротивление транзистора;

•

= – сопротивление коллекторного перехода;

•

– сопротивление эмиттерного перехода эмиттерному току;

•

= – сопротивление эмиттерного перехода базовому току;

•

= – распределенное сопротивление базы;

t_ОС – постоянная времени обратной связи транзистора;

ориентировочное значение r_Б можно определить по формуле:

r_Б @ Н_12Б / Н_22Б;

•

= – диффузионная емкость эмиттерного перехода;

•

= – собственная постоянная времени транзистора;

•

– крутизна транзистора;

Фазовращательный каскад представляет собой усилительный каскад с схеме включения как с общим коллектором так и с общим эмиттером, он обеспечивает расщепление фазы с единичным коэффициентом усиления.

Фазовращательный каскад представляет собой два каскада в схеме включения с общим эмиттером и в схеме включения с общим коллектором:

Смысл данной схемы заключается что на выходе мы получаем два одинаковых сигнала, которые по фазе различаются на 180є.

Рис. 3. Схема расщепления фазы с единичным коэффициентом усиления

Для схемы включения с общим эмиттером коэффициент усиления равен:

, R₀ = R_i ||R_к||Rн=

Для схемы включения с общим коллектором коэффициент усиления равен:

,

Найдем значение R₀: →

Подберем значения

возьмем их равными

Произведем расчет граничных частот усилительного каскада, а также определим номиналы сопротивлений и емкостей, входящих в каскад:

• Граничная частота усилительного каскада в области нижних частот:

, используем номинал 4,7 нФ

• Граничная частота входной цепи каскада в области нижних частот:

, используем номинал 8.2 мкФ

Граничная частота выходной цепи усилительного каскада в области верхних частот: