Импульсный усилитель

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

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 резистивного каскада по переменному току представлена на рисунке 2.3.

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.

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

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.