Широкополосный усилитель. Расчет каскада промежуточного усиления. Расчёт ГСТ для каскада промежуточного усиления

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра радиотехнических систем

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине:

«Основы схемотехники»

на тему: «Широкополосный усилитель»

Выполнил: ст. гр. 613

Проверил:

Рязань, 2009 год.

Содержание.

Задание на курсовой проект........................................................................................................ 2

Введение.................................................................................................... 4

Выбор и обоснование структурной схемы......................................................................................................... 5

Расчет выходного каскада (эмиттерный повторитель)............................................................................................. 7

Расчет каскада промежуточного усиления.................................................................................................... 9

Расчёт ГСТ для каскада промежуточного усиления.................................................................................................. 13

Расчет входного каскада..................................................................................................... 14

Расчёт ГСТ для входного каскада..................................................................................................... 18

Заключение............................................................................................. 19

Принципиальная схема усилителя................................................................................................ 20

Список литературы.............................................................................................. 21

Введение.

Усилители электрических сигналов применяются в широкой области современной техники: в радиоприемных и радиопередающих устройствах, телевидении, аппаратуре звукоусиления и звукозаписи, системах звукового вещания, радиолокации, ЭВМ. Как правило, усилители осуществляют усиление электрических колебаний с сохранением их формы. Усиление происходит за счет электрической энергии источника питания.

Современная техника не редко требует усиления электрических сигналов, имеющих очень широкую полосу частот – от единиц или десятков герц до многих мегагерц. Усилители с высшей рабочей частотой порядка мегагерца и выше, и низшей рабочей частотой порядка килогерца или меньше, имеют очень большое отношение высшей частоты к низшей; такие усилители называются широкополосными.

Примером вышесказанного является предложенная в техническом задании тема «Широкополосный усилитель» с диапазоном рабочих частот от 34 Гц до 12.4 МГц. В качестве нагрузки усилителя используется кабель с волновым сопротивлением ρ=190 Ом и ёмкостью с=180 пФ. Так же в разрабатываемом устройстве должна быть предусмотрена плавная регулировка усиления, равная 20 дБ.

Выбор и обоснование структурной схемы.

Проектируемый усилитель состоит из нескольких каскадов. В данном случае, для достижения усиления по напряжению К_U=2500,  необходимо использовать три каскада.

Структурная схема устройства приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема усилителя.

Особенностью резисторных каскадов используемых в данном устройстве является:

-  они не обладают дрейфом нуля, передаваемым на следующий каскад, и без затруднений позволяют обеспечить необходимые напряжения на усилительных элементах при питании многокаскадного усилителя от одного источника.

-  они могут усиливать сигналы в очень широкой полосе частот, потребляют малую мощность питания, не чувствительны к магнитным полям, имеют малые габариты, вес и стоимость.

Вследствие простоты, дешевизны и хороших характеристик резисторные каскады являются наиболее употребляемым типом каскада предварительного усиления. Резисторная схема связи, кроме того, широко используется в качестве входного и выходного устройств в усилителях переменного тока.

1.  Выходной каскад.

Выходной каскад обеспечивает требуемый размах напряжения (тока) в нагрузке и необходим для согласования сопротивления нагрузки и выходного сопротивления дифференциального усилителя. Требуемое выходное напряжение U_вых=0,8В. Так как нагрузка усилителя относительно мала, то в качестве выходного каскада выбираем эмиттерный повторитель.

2.  Каскад промежуточного усиления.

В качестве каскада промежуточного усиления используем дифференциальный усилитель (ДУ). ДУ - одна из важнейших разновидностей транзисторных усилителей широко применяется в аналоговых схемах различного типа. ДУ широко используются в устройствах с широкой полосой пропускания и обладают малыми искажениями, а так же стабильным усилением.

3.  Входной каскад.

Входной каскад выполним на основе ДУ, но добавим плавный регулятор усиления, выполненный по схеме, представленной на рис. 2. Плавную регулировку усиления будем осуществлять путем изменения глубины обратной связи.

Рис. 2. Регулятор усиления, используемый в ДУ.

Так как усилители на основе ДУ имеют хорошие высокочастотные свойства и высокую стабильность режима, то каскады соединяются последовательно без использования переходных конденсаторов.

Генератор стабильного тока (ГСТ) для питания дифференциальных каскадов выполним по схеме зеркала тока для повышения стабильности режима работы усилителя.

Расчет выходного каскада (эмиттерный повторитель).

Выходной каскад выполнен по схеме, представленной на рис. 3.

Рис. 3. Выходной каскад усилителя.

1.  Определим максимальный ток коллектора:

2.  Постоянный ток:

3.  Из условия  выбираем транзистор.

Данному условию соответствует КТ363А с параметрами:

-  =1 (ГГц)

-  =1,5 (пФ)

-  =30 (мА)

-  =150 (мВт)

- 

-  =20

-  =70

4.  Среднее значение:

5.  Сопротивление эмиттерного перехода:

6.  Крутизна:

7.  Коэффициент передачи:

8.  Входное сопротивление:

9.  Входная ёмкость:

Расчет каскада промежуточного усиления.

Каскад промежуточного усиления выполнен по схеме, представленной на рис. 4.

Рис. 4. Каскад промежуточного усиления.

1.  Выберем выходной транзистор VT9. Это будет сборка 2ТС3130А с параметрами:

-  =600 (МГц)

-  =1,3 (пФ)

- 

-  =40

-  =200

- 

2.  Расчёт ВЧ коррекции.

Распределим искажения между каскадами по формуле:

М_в,дБ= М_{в вх},дБ+ М_{в пр},дБ

2,7=1,7+1,0

Тогда М_{в пр}=

Искажения выходной цепи:

М_с= М_{в пр}=1,12

Выбираем коэффициент коррекции: m=0,414.

Для семейства обобщённых характеристик,

Рис. 5. Нормированные АЧХ

при помощи графиков нормированных АЧХ

(представленных на рис. 5), с учётом Y_c и m находим X_c:

X_c=1,2

Паразитная ёмкость:

 

Сопротивление нагрузки каскада:

Индуктивность корректирующего дросселя:

3.  Выходное напряжение каскада:

Найдём амплитуду коллекторного тока выходного каскада:

4.  Определяем постоянный ток транзистора VT9:

=0,8 (мА)

5.  Базовый ток:

6.  Выберем транзисторы VT7 и VT8 исходя из условия . Таким условиям удовлетворяет сборка 2ТС398А с параметрами:

-  =1000 (МГц)

-  =1,5 (пФ)

- 

-  =40

-  =250

- 

7.  Находим величину тока ГСТ:

8.  Определяем сопротивление эмиттерного перехода:

9.  Рассчитываем крутизну транзисторов дифференциального каскада:

10. Коэффициент усиления каскада:

11. Входное сопротивление каскада:

12. Входная ёмкость каскада:

13. Оценим граничную частоту крутизны рассчитанного каскада:

14. Выбираем стабилитрон VD2 (КС147А).

Задаём режим стабилитрона, исходя из следующих условий:

=4 В

, но не более 5 мА

=3 мА

15. Рассчитываем сопротивление резистора R11:

16. Рассчитываем сопротивление резистора R9:

17. Рассчитаем сопротивление резистора R10.

Вначале найдём постоянное напряжение на базе выходного транзистора (ЭП):

, где =0,6(В)

Выбираем R122R_н:

Постоянный ток через резистор R12:

Постоянный ток через резистор R10:

Тогда

18. Уточним коэффициент усиления каскада:

Расчёт ГСТ для каскада промежуточного усиления.

ГСТ (для каскада промежуточного усиления) выполнен по схеме, представленной на рис. 6.

Рис. 6. ГСТ для каскада промежуточного усиления.

1.  Ток ГСТ =0.00161 (А)

2.  Выберем напряжение 

3.  Выберем ток I₁из условия :

I₁=0,7(мА)

4.  Сопротивление резистора R14:

5.  Из условия  находим сопротивление резистора R15:

6.  Определяем сопротивление резистора R13:

7.  Для ГСТ выбираем сборку транзисторов КТС395А с параметрами:

-  =8 (пФ)

-  =100 (мА)

-  =40

-  =120.

Расчет входного каскада.

Входной каскад усилителя выполнен по схеме, представленной