Проектирование широкополосного усилительного устройства

Проектирование широкополосного усилительного устройства

Проектирование широкополосного усилительного устройства

Введение

усилитель каскад буферный регулировка

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.

1. Структурная схема усилителя

Так как на одном каскаде трудно реализовать усиление 57 дБ, то для того чтобы обеспечить такой коэффициент усиления, используем сложение двух каскадов.

Структурная схема усилителя, представлена на рисунке

Rг                                                                                                              

Входной каскад - Каскад ОЭ (предварительный усилитель).

Буферный каскад - Каскад ОК (для избежания влияния входного каскада на предоконечный).

Предоконечный каскад - Каскад ОЭ (усилительный каскад).

Оконечный каскад - Каскад ОК (для согласования предоконечного каскада с нагрузкой).

. Выбор транзистора

Транзистор для широкополосного усилителя в нашем случае выбираем, исходя из следующих условий:

·        граничная частота

·        допустимое напряжение коллектор-эмиттер

Нашим требованиям для предоконечного, оконечного и буферного каскадов удовлетворяет транзистор производителяNation ONE модель.

Справочные данные транзистора Q2N5180

Постоянное напряжение коллектор - эмиттер

при R_Б≤3 кОм……………………………………………….…..10В

Постоянное напряжение

эмиттер - база………………………………………….……4В

Постоянный ток коллектора………………………………………30 мА

Постоянный рассеиваемая мощность

коллектора………………………………………………….…..150 мВт

. Выбор рабочей точки и расчет параметров транзистора

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

Выберем рабочую точку исходя из построения нагрузочной прямой:

- Ток коллектора в рабочей точке:

Напряжение питания:

Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке:

 находим по входным и выходным характеристикам транзистора.

Рассчитаем параметры транзистора в рабочей точке:

- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.

Крутизна транзистора:

Собственная постоянная времени транзистора:

4. Расчет оконечного каскада

ЗададимRэ=470 Ом

Тогда эквивалентное сопротивление выходной цепи оконечного каскада:

Коэффициент усиления каскада по напряжению:

Входное сопротивление каскада:

Входная емкость:

Постоянная времени выходной цепи в области верхних частот

Постоянная времени входной цепи

Верхняя граничная частота коэффициента усиления:

. Расчет предоконечного усилительного каскада

Т.к. для данного транзистора Р_доп=225 мВт

Из ряда номиналов Е24 выбираем Rk=1,2 кОм;

Расчет делителя напряжения.

Для получения фиксированного напряжения смещения на базе транзистора применяется резистивный делитель напряжения.

Ток делителя:

Из ряда номиналов E24 выбираем:

Входное сопротивление каскада.

 - входная динамическая емкость транзистора

. Расчет буферного каскада

Зададим Rэ=1000 Ом

Тогда эквивалентное сопротивление выходной цепи оконечного каскада:

Коэффициент усиления каскада по напряжению:

Входное сопротивление каскада:

Входная емкость:

Постоянная времени выходной цепи в области верхних частот

Верхняя граничная частота коэффициента усиления:

7. Расчет входного усилительного каскада

Т.к. для данного транзистора Р_доп=225 мВт

Из ряда номиналов Е24 выбираем Rk=1,2 кОм;

 - входная динамическая емкость транзистора

Тогда общий коэффициент усиления усилительного устройства равен:

Верхняя частота коэффициента усиления:

8. Расчет регулировки усиления

В качестве ступенчатой регулировки усиления будем использовать последовательную ООС по току в предоконечном каскаде:_u=57 - 20=37 дБ

ТогдаK_ос=6дБ

Коэффициент передачи цепи ОС:

Фактор обратной связи:

Сопротивление в цепи эмиттера:

.

Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован широкополосный усилитель на биполярных транзисторах, была рассчитана его принципиальная электрическая схема и спроектирована печатная плата. По результатам расчетов и результатам компьютерного моделирования можно сделать вывод о том, что данный усилитель удовлетворяет техническому заданию с заданной степенью точности.

В связи с тем, что в библиотеках транзисторов в программном пакете «Electronics Workbench V 5.12» представлены модели только зарубежных производителей, я был вынужден использовать аналог транзистора, который изначально планировал задействовать в курсовом проекте, проектирование печатной платы производилось с помощью программы ОrCAD 9.2.

Список литературы

1.   Павлов В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств / В.Н. Павлов, В.Н. Ногин. М.: Радио и связь, 2003. 320 с.

2.   Ровдо А.А. Схемотехника усилительных каскадов на биполярных транзисторах /А.А. Ровдо. М.:Изд.дом «Додэко-ХХI», 2005.256 с.

3.       Титов А.А. Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на биполярных транзисторах: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию для студентов радиотехнических специальностей. - Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2002. 47 с.