Розрахунок структурної схеми підсилювача кабельної мережі телебачення

1 Розрахунок структурної схеми пристрою.

1.1 Визначення опору навантаження

  Опір навантаження визначається експлуатаційним призначенням пристрою. Підсилювач кабельної мережі телебачення має навантаження яке задане у технічному завданні R_н=75Ом.

1.2 Вибір схеми каскаду кінцевого підсилення

  Вибір схеми каскаду кінцевого підсилення ( ККП ) зумовлено кількома факторами, основними з яких є: вихідна потужність, значення частотних і нелінійних спотворень.

Для забезпечення вихідної напруги =10B в ККП використовується  двохтактний вихідний каскад із навантаженням R_н=75Ом.

          1.3 Визначення корисної потужності, що забезпечується транзистором ККП.

  Величина корисної потужності, яка віддається транзистором визначається за формулою:

,                                                  (1.1)

 ( Вт ).

Вибір транзистора ККП здійснюється на основі попереднього визначення потужності втрат Р_к, максимальної напруги на переході колектор – емітер, та максимального колекторного струму, окрім цього необхідно врахувати і частотні можливості транзистора.

  Для підсилювача кабельної мережі телебачення максимальна потужність втрат Р_к вибирається з умови:

Р_к=( 5…10 ) Р_вих ≤ Р_{к.мах.доп}                                  (1.4)

Р_к=8∙1,3=10.4 ( Вт ).

  Необхідні значення струму І₀ і напруги U_к.е.0 робочої точки вибирається з умови:

U_вих ≤ ( 0,2…0,3 ) U_к.е.0 => U_к.е.0 ≥     ,     (1.5)       І₀ ≥ ( 2…3 )∙І_вих ,                                                 (1.6)   І_вих =                                                              (1.7)

І_вих =  (А);-

І₀ ≥ 2,5∙0.134 = 0.34 (А);

U_к.е.0 ≥ (В).

  Для забезпечення необхідної вихідної потужності, живлення каскаду повинно здійснюватись напругою Е_к.

                                           ,                                           (1.8)

де U_зал  - для потужних транзисторів складає ( 2…4 ) В. Отже вибираємо рівним U_зал =2 В.

 (В).

  Максимальне значення напруги на колекторі буде дорівнювати:

                                                                                 (1.9)

 (В).       

  Максимальне значення колекторного струму буде дорівнювати сумі струмів.

І_{к.мах.доп} ≥ І_кт+І_к0,                                                               (1.10)

,                               (1.11)

Звідки:

І_к.м. (А);

І_{к.мах.доп} ≥ 0.19+0.34=0.53 (А).

Амплітуда струму вхідного кола ККП, що дозволяє визначити положення робочої точки транзистора на його вхідній характеристиці, а також забезпечує вибір транзисторів каскадів попереднього підсилення за струмом, відповідно дорівнює :

  - для схеми з спільним емітером      

                                           I _б.м ,                                                      (1.7)

Виберемо  h_21е = 40[  ],                                                  

I _б.м  (А).

Умови для вибору транзистора ,  виконуються:

10,4Вт<30Вт,  30В<=60В.

За довідником [1] обираємо транзистор 2Т903Б з параметрами:

Р_к.мах =30Вт,                                U_{б.к.0.мах} =5В

U_к.е.мах =60В,                                          I_к.мах =3А,

F_гр =300МГц,                               h_21е =40-80,

C_к =180пФ,                                  100мА/В.

U_к.е.мах- Максимальна постійна напруга між колектором і емітером,

C_к- Ємність колектора,

Р_к.мах- Максимальна потужність колектора,

I_к.мах- Максимальний струм колектора,

F_гр- Максимальна робоча транзистора частота ,

U_{б.к.0.мах}- Максимальна напруга між колектором і базою транзистора,

h_21е-Статистичний коефіцієнт передачі струму.

- крутість транзистора в робочій точці.

1.4 Вибір типу транзистора КПП

Вибір транзистора КПП здійснюється на основі попереднього визначення потужності втрат Р_к, максимальної напруги на переході колектор – емітер, та максимального колекторного струму.

Для КПП  (кОм)

1.5 Визначення корисної потужності, що забезпечується транзистором КПП

  Для обраного каскаду підсилення, дивись формулу(1.1)

 (Вт).

                                       (1.8)

 (Вт);

U_зал складає (2…4) В. Звідки виберемо U_зал =4В.

 (В);

  Максимальне значення колекторної напруги буде дорівнювати:

,                                  (1.9)

 ( В ).     

  Максимальне значення колекторного струму буде дорівнювати сумі струмів.

,                                            (1.10)

,                                            (1.11) 

(мА),

                                                     ,                                           (1.12)

(мА),

(мА).

Умови для вибору транзистора ,  виконуються:

1(мВт)< 250(мВт),  28(В)<=50(В).

  Для каскаду попереднього підсилення  вибирається транзистор КТ3102А з основними параметрами[1]:

U_к.е.мах = 50В,                             Р_к.мах = 250 мВт,                       

T_п.мах =125 ºС,                            I_к.мах = 100  мА,

С_к=6пФ,                                     F_ш =4 Дб,

F_гр=150МГц,                             h_21е = 100…250.

U_к.е.мах- Максимальна постійна напруга між колектором і емітером,

I_к.мах- Максимальний струм колектора,

Р_к.мах- Максимальна потужність колектора,

F_ш- Шумові властивості транзистора,

T_п.мах- Температура поверхні транзистора,

C_к- Ємність колектора,

F_гр- Максимальна робоча транзистора частота ,

h_21е- Статистичний коефіцієнт передачі струму.

  1.6 Визначення загального коефіцієнта підсилення пристрою по потужності К_р

  Для підсилювача на біполярних транзисторах загальний коефіцієнт підсилення по потужності дорівнює:

                                                     ,                                       (1.13)

де Р_вх вихідна потужність джерела сигналу, яким є відео детектор з вихідною напругою U_вих.дж = ( 100…300 ) мВ і вихідним опором 5…10 кОм. Вибираємо

U_вих.дж =U_вх=150 ( мВ )

R_вих.дж=10 ( кОм )

,                                              (1.14)

Звідки   ( Вт ) = 4 ( мкВт ).

Загальний коефіцієнт підсилення буде становити:

 ( дБ ).

1.7 Визначення кількості каскадів підсилення

Кількість каскадів підсилення визначається виходячи з загального коефіцієнта підсилення по потужності К_{р.заг ( дБ )}