Технические дисциплины - Схемотехника

СОДЕРЖАНИЕ.

1. Введение.

2. Выбор и обоснование структурной схемы.

3. Расчёт оконечного каскада (эмиттерного повторителя).

4. Расчёт предоконечного каскада (дифференциального каскада)

5. Расчёт ГСТ для дифференциального каскада.

6. Расчёт регулировки усиления.

7. Заключение.

8. Список использованной литературы.

9. Приложения.

 

Введение.

Усилитель – это устройство, которое осуществляет преобразование энергии некоторого её источника (источника питания) под управлением входного сигнала.

Тип усилителя зависит от его назначения и свойств усиливаемого сигнала. В зависимости от спектра сигналы можно разделить на два вида:

  1. Сигналы характеризующиеся отношением fmax / fmin>>1 образуют вид апериодических усилителей.
  2. Сигналы характеризующиеся отношением fmax / fmin≈1 образуют вид радиочастотных усилителей.

Усилители можно разделить по диапазону частот и полосе пропускания (fв-fн). Усилители, у которых fн=0, называются усилителями постоянного тока(УПТ), в отличие от усилителей переменного тока, для которых fн>0. Среди усилителей переменного тока выделяют:

  1. усилители звуковой частоты (УЗЧ), полоса пропускания которых fв- fн≤20кГц;
  2. широкополосные усилители (ШУ), у которых fв>100кГц, а fн≈0Гц. К ним относятся импульсные усилители телевизионных (fв≈6.5МГц) и радиолокационных сигналов, которые называются видеоусилителями.

В данной работе, согласно техническому заданию, необходимо разработать широкополосных усилитель для стекловолоконной оптической связи., работающий на выходную нагрузку – кабель (ρ=75Ом). Источником сигнала является кабель (ρ=75Ом).

На входе волоконно-оптической линии связи располагается передатчик; состоящий из генератора с самовозбуждением, модулятора, усилителя и полупроводникового лазера или светодиода. В передатчике такой линии связи для модуляции лазерного источника света, выполненного на светодиодах обычно используется широкополосный усилитель с полосой частот до 300МГц.

 

Выбор и обоснование структурной схемы.

Проектирование усилительного устройства начинается с составления структурной схемы и выбора её элементов исходя из предъявленных к усилительному устройству требований. Структурная схема усилительного устройства в общем случае содержит источник сигнала и нагрузку. В данной курсовой работе структурная схема состоит из источника сигнала, нагрузки, эмиттерного повторителя, дифференциального каскада и ГСТ.

 

Источник сигнала и нагрузка заданы. Источником сигнала является кабель с волновым сопротивлением 75Ом. Выходной нагрузкой так же служит кабель с волновым сопротивлением 75Ом. На выходе данного усилителя используется эмиттерный повторитель, т.к. он обладает следующими достоинствами:

1)    имеет высокое входное сопротивление, малую входную ёмкость;

2)    малые линейные и нелинейные искажения(благодаря глубокой  обратной связи по напряжению);

3)    малое выходное сопротивление, благодаря чему он легко согласуется с низкоомными нагрузками. Это же позволяет ему работать на емкостную нагрузку без больших искажений.

4)    Отсутствует поворот фазы сигнала.

Предоконечным каскадом служит дифференциальный каскад, который так же является и входным. Он обеспечивает большую полосу пропускания. Производит усиление сигнала по напряжению.

 

Расчёт эмиттерного повторителя.

Исходные данные:

Сопротивление эмиттера по переменному току:

Уровень выходного сигнала:

Волновое сопротивление кабеля-нагрузки:

Остаточное напряжение на коллекторе:

 

Выбор транзистора:

1)    Определим размах эмиттерного тока:  При  вычислим максимальный ток коллектора

2)    Определим граничную частоту

3)    Определим напряжение источника питания: т.к. то максимальная рассеиваемая транзистором мощность определяется выражением:

Подходящим является транзистор КТ610А.

Параметры транзистора:

1)    постоянная времени цепи коллектора

2)    коэффициент усиления по току

3)    Максимальное напряжение коллектор эмиттерного перехода .

4)    Максимальный ток коллектора

5)    Ёмкость коллекторного перехода

6)    Максимальная рассеиваемая мощность

7)    Постоянное напряжение коллектор – база

 

Расчёт ЭП:

1)         Выберем сопротивление резистора , стандартное значение 2.2кОм.

2)         Нагрузочная прямая

3)         Рабочая точка  в рабочей точке ток коллектора, напряжение коллектор – эмиттер и ток базы: .

4)         Расчёт параметров эквивалентной схемы транзистора

Сопротивление эмиттера

Диффузионная ёмкость

Сопротивление базы

5)         Входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ:

6)         Крутизна характеристики эмиттерного тока

7)         Полагая эквивалентное сопротивление источника сигнала  получим крутизну сквозной характеристики эмиттерного тока

8)         Коэффициент передачи ЭП:

9)         Входное сопротивление ЭП:

10)    Выходное сопротивление ЭП:

11)    Определим по входной характеристике транзистора напряжение база – эмиттер в рабочей точке . Справочное значение коэффициента усиления по току  значение коэффициента усиления по току, вычисленное по входной характеристике:

Производится расчёт токов базы:

Рассчитанный ток базы в рабочей точке соответствующее значение напряжения

 

 

12)    Рассчитаем цепи температурной стабилизации режима. Вычислим максимальную температуру p-n переходов транзистора:

 

Минимальная температура переходов:

Рассчитаем максимальное и минимальное напряжение эмиттер-база:

 

Сопротивление цепи коллектора предыдущего каскада:

Сопротивление резистора делителя в цепи базы:

Стандартное значение

Сопротивление второго резистора делителя составит:

 

Ближайшее стандартное сопротивление .

Определим эквивалентное сопротивление делителя:

Применение делителя с таким низким коэффициентом деления приведёт к сильному снижению коэффициента усиления тока. Поэтому целесообразно непосредственно, без разделительного конденсатора, соединить базу транзистора ЭП с коллектором транзистора предыдущего каскада.

13)    проверим возможность получения от предыдущего каскада требуемых напряжения и тока видеосигнала. Для этого определим  и  транзистора ЭП в точке покоя:

 

При непосредственной связи оконечного каскада с предоконечным на коллекторе последнего в точке покоя должно действовать напряжение

Определим необходимый размах тока базы транзистора эмиттерного повторителя:

Размах тока в цепи коллектора предоконечного каскада .

Т.к. делитель отсутствует, а , то  (данное значение сопротивления является сопротивлением нагрузки предыдущего каскада). Ток покоя коллектора транзистора предыдущего каскада равен: .

Этот ток создаёт падение напряжения .

Следовательно, при напряжении источника напряжение на резисторе развёртывающего фильтра предыдущего каскада

14) Рассчитаем динамические характеристики ЭП: сквозную характеристику и

 

 

 

№ точек

 

 

 

 

 

 

 

 

1

10

9.8

0

0.65

10

0.75

1.4

1.4

2

50

6

0.5

0.7

50.5

3.79

4.49

4.58

3

100

2.5

1

0.8

101

7.58

8.38

8.56

4

112

1.25

1.5

0.82

113.5

8.51

9.33

9.6

5

120

0.6

2

0.85

122

9.15

10

10.36

6

125

0.5

2.5

0.85

127.5

9.56

10.41

10.86

 

Для схемы с ОК:

 

Рассчитаем для рабочего участка сквозной  динамической характеристики коэффициент нелинейности:

 

Расчёт коэффициента передачи по динамической характеристике:

 

 

Коэффициент передачи, рассчитанный по динамической характеристике, практически совпадает с рассчитанным по параметрам цепи.

 

Схема ЭП:

 

 

15) Расчёт коэффициента линейных искажений:

Коэффициент усиления по току транзистора предыдущего каскада

;

Крутизна транзистора предыдущего каскада:А/В.

Полное максимальное сопротивление в цепи коллектора предыдущего каскада:

 

В децибелах:

 

Расчёт дифференциального каскада.

Исходные данные:

 

Частотные искажения дифференциального каскада выбираются

  1. Для получения от каскада максимального усиления следует выбирать транзисторы с граничной частотой в 10-50 раз выше верхней частоты сигнала , подходящим является транзистор KT 658A2 c параметрами:

1)    граничная частота: ;

2)    максимальная рассеиваемая рассеваемая мощность на коллекторе

3)    Максимальный ток коллектора:

4)    Максимальное напряжение коллектор - эмиттер .

5)    Ёмкость коллектора

6)    Сопротивление базы

7)    Коэффициент усиления по току

 

  1. Учитывая высокую граничную частоту крутизны каскада, считаем, что его верхняя граничная частота определяется граничной частотой выходной цепи
  2. Рассчитаем частотные искажения каскада
  3. Для получения максимального коэффициента усиления используем схему простой в.ч. коррекции. По семейству обобщённых частотных характеристик определим  для определения  - обобщённой частоты, считая коэффициент коррекции
  4. Полная ёмкость, нагружающая каскад, считая ёмкость монтажа
  5. Вычислим сопротивление нагрузки  стандартное сопротивление . Индуктивность корректирующей катушки:
  6. Определим амплитуду коллекторного тока ДУ
  7. Величина тока генератора стабильного тока (ГСТ):
  8. Определим сопротивление эмиттера каскада с ОК:

10.   Рассчитаем крутизну транзисторов с ОК в рабочей точке:

 

11.  Коэффициент усиления каскада

12.  Входное сопротивление каскада

13.  Входная ёмкость каскада с ОК в схеме с ДУ:

14.  Граничная частота крутизны каскада  необходимо введение сопротивления обратной связи. Требуемый коэффициент усиления: . Запас по коэффициенту усиления

15.  Сопротивление обратной связи:  стандартное значение

16.  Граничная частота с учётом отрицательной обратной связи

17.  Расчёт каскада по постоянному току

1)    Необходимая величина источника питания  выбираем симметричное питание

2)    На семействе выходных характеристик строится нагрузочная прямая переменного тока для  и   падение напряжения, вызванное током ГСТ, составляет

Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе каждого транзистора:

18.  Расчёт цепи для выравнивания баз транзисторов ДУ:

Напряжение входного сигнала

 

Ток базы первого транзистора

Потенциал базы входного транзистора

Такой разностью потенциалов можно пренебречь и заземлить базу второго транзистора непосредственно.

 

Схема дифференциального каскада:

 

 

 

Расчёт ГСТ для дифференциального каскада.

Выберем транзистор КТ 501Б с параметрами:

 

Размах тока базы:

Пусть напряжение на резисторе , стандартное значение

, стандартное значение

, стандартное значение

Схема ГСТ:

 

Расчёт регулировки усиления.

Регулировка усиления проводится в цепи эмиттера дифференциального каскада путём изменения величины сопротивления обратной связи. Минимальное значение резистора ограничено шириной полосы усиливаемых частот:

Максимальное значение определяется заданной глубиной регулировки усиления: ,

 

Следовательно, сопротивления переменного резистора обратной связи должно меняться от 0 до 8.6 Ом. Резистор выбирается непроволочный с логарифмическим законом изменения сопротивления. Новая глубина регулировки: . В децибелах

 

Заключение.

В данном курсовом проекте, был разработан широкополосный усилитель для стекловолоконной оптической связи. Была разработана принципиальная электрическая схема, удовлетворяющая всем заданным параметрам курсового проекта. Основными достоинствами данного усилителя являются: 1) его относительная простота, 2) низкие линейные и нелинейные искажение, наличие плавной регулировки усиления. К недостаткам можно отнести неучтённый в данном курсовом проекте уровень шума усилителя, а так же не высокое качество элементов из-за за того, что объём производства данного транзистора является серийным.

 

Список использованной литературы.

  1. Проектирование усилителей телевизионных сигналов: Александрова Т. С. Издательство <СВЯЗЬ>. М.1971
  2. Методические указания по курсовому дипломному проектированию “Интегральные широкополосные дифференциальные усилители” Смирнов А. В. Рязань 1993.
  3. Методические указания по курсовому дипломному проектированию”Дифференциальные каскады широкополосного усиления”  Смирнов А. В. Рязань 1990.
  4. Методическое указание к курсовому проекту “Регулировка усиления” Осокин В. С. Рязань 1990.
  5. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник /  К.  М. Брежнева, Е. И. Гатман, Т. И. Давыдова и др.; Под ред. Б. Л. Перельмана. М.: Радио и связь, 1981. 656 с.
  6. Курс лекций по дисциплине ”Схемотехника аналоговых электронных устройств” ./Попов Д.И.
  7. Усилительные устройства: Войшвилло Г. В. М.: Радио и связь. 1983.

 

В тексте несколько схем и формул.

Работа пересылается по заявке!

 

 

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить