Дипломная работа на тему "Усилитель модулятора лазерного излучения"

ГлавнаяНаука и техника → Усилитель модулятора лазерного излучения




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Усилитель модулятора лазерного излучения":


Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Министерство образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

Усилитель модулятора лазерного

излучения.

Пояснительная записка к курсовому

проекту по дисциплине «Схемотехни ка аналоговых электронных устройств»

Выполнил

студент гр.148-3

______Задорин О. А.

Проверил

преподаватель каф. РЗИ

______Титов А. А.

2001

РЕФЕРАТ Курсовая работа 34с., 12 рис., 1 табл., 5 источников, 1 приложение.

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД, ТРАНЗИСТОР, КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ, ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, ДИАПАЗОН ЧАСТОТ, НАПРЯЖЕНИЕ, МОЩНОСТЬ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ, ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ МОДЕЛЬ.

Объектом исследования в данной курсовой работе являются методы расчета усилительнх каскадов на основе транзисторов.

Цель работы - преобрести практические навыки в расчете усилительных каскадов на примере решения конкретной задачи.

В процессе работы производился расчет различных элементов широкополосного усилителя.

Заказать дипломную - rosdiplomnaya.com

Уникальный банк готовых успешно сданных дипломных проектов предлагает вам приобрести любые работы по необходимой вам теме. Качественное написание дипломных проектов по индивидуальным требованиям в Краснодаре и в других городах РФ.

Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0.

Содержание

1.Введение..........................................................................................3

2.Техническое задание......................................................................5

3.Расчётная часть…...........................................................................6

3.1 Структурная схема усилителя...........................................…..6

3.2 Распределение линейных искажений в области ВЧ........….6

3.3 Расчёт выходного каскада……………………………............6

3.3.1 Выбор рабочей точки..................................................6

3.3.2 Выбор транзистора.....................................................10

3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора………...10

3.3.4 Расчёт полосы пропускания…….…………….........14

3.3.5 Расчёт цепей термостабилизации…………….........15

3.4 Расчёт входного каскада

по постоянному току.……………………………….............21

3.4.1 Выбор рабочей точки……………………….............21

3.4.2 Выбор транзистора………………………….............21

3.4.3 Расчет сопротивления обратной связи во

входном каскаде…………………………………….22

3.4.4 Расчёт эквивалентной схемы

транзистора………………………………….............23

3.4.5 Расчет полосы пропускания………………………..24

3.4.6 Расчёт цепей термостабилизации.…………............25

3.5 Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей……………………………………………...............26

4 Заключение…………………………………………….…………29

Список использованных источников………………………………………..30

Приложение А Схема принципиальная……………………………………..31

РТФ КП.468740.001 ПЗ. Перечень элементов………………………………33

1.Введение

Целью данной работы являлось проектирование усилителя модулятора лазерного излучения. Данный усилитель является важным компонентом дефлектора или другими словами устройства предназначенного для управления светового пучка, в данном случае лазерного излучения. Работа дефлектора целеобразна при условии возникновения угла Брэга и основана на явлении дифракции света на звуке. Через звукопровод изготовленный из кристалл парателлурита в котором при помощи пьезо преобразователя возбуждается звуковая волна образующая внутри данного кристалла бегущую дифракционную решетку. Проходящий луч дифрагирует на этой решетке, то есть отклоняется от первоначального направления на угол пропорционально частоте звука. При этом его интенсивность оказывается пропорциональна мощности звуковых колебаний. Пьезо элемент играет роль переходника, между кристаллом и усилителем мощности в работе дефлектора и представляет собой пьезо электрик преобразующий колебания электрического сигнала в колебания звукового сигнала. Данный преобразователь характеризуется импедансом или другими словами комплексным сопротивлением ( который в нашем случае составляет Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. ). Ко входу данного преобразователя подключается разработанный мной усилитель. Дефлектор используется для сканирования лазерного пучка в одной плоскости, но при параллельном включении двух дефлекторов, возможно управление световым пучком и в двух мерном пространстве. В результате высокой монохроматичности, лазерное излучение имеет низкий уровень расходимости, что позволяет добиться хорошей фокусировки на больших расстояниях. Данное явление за счет своей зрелищности находит широкое применение при проведении тожеств, приемах, в рекламных компаниях и в предвыборных гонках. Имея так же большую точность, то есть возможность добиться при использовании дефлектора очень незначительных отклонений светового пучка от заданной точки, данный прибор может применяться в микрохирургии и изготовлении сверхсложных печатей, штампов, документов и ценных бумаг.

Теперь перейдем непосредственно к принципиальной схеме. Требуемые основные характеристики данного усилителя :

Rg ………………………………………50 [Ом]

Усиление ………………………………20 [дБ]

Uвых …………………………………….5 [B]

Допустимые частотные искажения …..2 [дБ]

Диапозон частот ………………………..от 10 МГц до 100 МГц

Нагрузочная емкость ……………………40 [пФ]

Нагрузочный резистор…………………..1000 [Ом]

Рабочий температурный диапазон……...от +10 0С до +60 0С

Из-за большой нагрузочной емкости происходит заметный спад амплитудно - частотной характеристики в области высоких частот. В результате чего появляется основная проблема при проектировании данного усилителя заключаюещаяся в том, чтобы обеспечить требуемый кофициент усиления в заданной полосе частот.

Наибольшей широкополосностью, при работе на ёмкостную нагрузку, обладает усилительный каскад с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению. Он и был выбран в качестве выходного каскада разработанного широкополосного усилителя мощности. Так же по сравнению с обыкновенным резистивным каскадом выбранный вариант более экономичный. Для компенсации завала АЧХ в области верхних частот при применении резистивного каскада пришлось бы ставить в цепи коллектора очень малое сопротивление порядка 6 [Ом], для уменьшения общего выходного сопротивления каскада, что естественно привело бы к увеличению тока в цепи коллектора и рассеваемой мощности, а соответственно и к выбору более дорогого по всем параметрам транзистора. Для выходного, каскада была использована активная коллекторная термостабилизация. Обладающая наименьшей, из всех известных мне схем термостабилизаций, мощностью потребления и обеспечивающая наибольшую температурную стабильность коллекторного тока. В результате предложенного решения на первом каскаде, добились усиления в 8 [дБ] с искажениями составляющие 1[дБ]. В качестве предоконечного использован каскад с комбинированной обратной связью [2], обладающие активным и постоянным в полосе пропускания выходным сопротивлением. Этот каскад реализован на транзисторе малой мощности КТ 371 А и так же, как и предыдущий обладает большей полосой частот. Данный каскад менее мощный поэтому для обеспечения требуемой температурной стабилизации вполне подошла эмиттерная стабилизация. В результате на втором каскаде, добились усиления 12 дБ.

Для уменьшения потребляемой мощности и увеличения КПД с 12 до 32 процентов, в цепи коллектора сопротивление заменяем дросселем сопротивление которого в рабочем диапазоне частот много больше, чем общее сопротивление нагрузки.

В результате предложенного решения общий коэффициент усиления составил 20 дБ требуемые по заданию.

2. Техническое задание

Усилитель должен отвечать следующим требованиям:

1.  Рабочая полоса частот: 10-100 МГц

2.  Линейные искажения

в области нижних частот не более 3 дБ

в области верхних частот не более 3 дБ

3.  Коэффициент усиления 20 дБ с подъёмом области верхних частот 6 дБ

4.  Амплитуда выходного напряжения Uвых=5 В

5.  Диапазон рабочих температур: от +10 до +60 градусов Цельсия

6.  Сопротивление источника сигнала Rг=50 Ом

7.  Сопротивления нагрузки Rн=1000 Ом

8.  Емкость нагрузки Сн=40 пФ

3. Расчётная часть

3.1 Структурная схема усилителя.

Учитывая то, что каскад с общим эмиттером позволяет получать усиление до 20 дБ, оптимальное число каскадов данного усилителя равно двум. Предварительно распределим на первый каскад по 8 дБ, а на второй каскад 12 дБ. Таким образом, коэффициент передачи устройства составит 20 дБ требуемые по заданию.

Структурная схема, представленная на рисунке 3.1, содержит кроме усилительных каскадов цепи отрицательной обратной связи, источник сигнала и нагрузку.

--------------------------------------------------

---------------------------------------------------------
Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. |
---------------------------------------------------------
--------------------------------------------------

|
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------   |
---------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Рисунок 3.1

3.2 Распределение линейных искажений в области ВЧ

Расчёт усилителя будем проводить исходя из того, что искажения распределены следующим образом: выходная КЦ–1 дБ, выходной каскад с межкаскадной КЦ–1.5 дБ, входной каскад со входной КЦ–0.5 дБ. Таким образом, максимальная неравномерность АЧХ усилителя не превысит 3 дБ.

3.3  Расчёт выходного каскада

3.3.1 Выбор рабочей точки

Как отмечалсь выше в качестве выходного каскада будем испльзовать каскад с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению обладающий наибольшей широкополосностью, при работе на ёмкостную нагрузку.

Расчитаем рабочую точку двумя способами:

1.При использовании дросселя в цепи коллектора.

2.При использовании активного сопротивления Rk в цепи коллектора.

1.Расчет рабочей точки при использовании при использовании дросселя в цепи коллектора.

Схема каскада приведена на рисунке 3.2.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок 3.2

Сопротивление обратной связи Rос находим исходя из заплонированного на выходной каскад коэффициента усиления, в разах, сопротивления генератора или другими словами выходного сопротивления предыдущего каскада и рассчитываем по следующей формуле [2]:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.1)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Координаты рабочей точки можно приближённо рассчитать по следующим формулам [1]:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.2)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.3)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.4)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.5)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. – начальное напряжение нелинейного участка выходных

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.характеристик транзистора, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.6)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.7)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.8)

Рассчитывая по формулам 3.3.2 и 3.3.5, получаем следующие координаты рабочей точки:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.мА,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.А

Найдём потребляемую мощность и мощность рассеиваемую на коллекторе

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Вт.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Вт.

Выбранное сопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.

Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току для выходного каскада представлены на рисунке 3.2

--------------------------------------------------

---------------------------------------------------------
Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. |
---------------------------------------------------------
--------------------------------------------------

Uk [B]

|
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------   |
---------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Рисунок 3.3

2.Расчет рабочей точки при использовании активного сопротивления Rk в цепи коллектора.

Схема каскада приведена на рисунке 3.4.

--------------------------------------------------

---------------------------------------------------------
Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. |
---------------------------------------------------------
Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. |
---------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Рисунок 3.4

Выберем Rк=Rн =1000 (Ом).

Координаты рабочей точки можно приближённо рассчитать по следующим формулам [1]:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.9)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.10)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.11)

Рассчитывая по формулам 3.3.20 и 3.3.21, получаем следующие значения:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.мА,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Найдём потребляемую мощность и мощность рассеиваемую на коллекторе по формулам (3.3.7) и (3.3.8) соответственно:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Вт.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Вт.

Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

--------------------------------------------------

Eп, (В)

|

Iко, (А)

|

Uко, (В)

|

Pрасс.,(Вт)

|

Pпотр.,(Вт)

|
---------------------------------------------------------

С Rк

| 155.7 | 5 | 7 | 22.57 | 22.57 |
---------------------------------------------------------

С Lк

| 7 | 2.75 | 7 | 1.027 | 1.027 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Из таблицы 3.1 видно, что для данного курсового задания целесообразно использовать дроссель в цепи коллектора.

Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току для выходного каскада представлены на рисунке 3.5

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок 3.5

3.3.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров:

1.  граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

2.  предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

3.  предельно допустимого тока коллектора

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

4.  предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ 610 А. Его основные технические характеристики приведены ниже.

Электрические параметры:

1.  Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.МГц;

2.  Постоянная времени цепи обратной связи Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.пс;

3.  Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

4.  Ёмкость коллекторного перехода при Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. В Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.пФ;

5.  Индуктивность вывода базы Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.нГн;

6.  Индуктивность вывода эмиттера Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.нГн.

Предельные эксплуатационные данные:

1.  Постоянное напряжение коллектор-эмиттер Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В;

2.  Постоянный ток коллектора Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.мА;

3.  Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. Вт;

4.  Температура перехода Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.К.

3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора

3.3.3.1 Схема Джиаколетто

--------------------------------------------------

---------------------------------------------------------
Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------
Многочисленные исследования показывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазоне частот удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная эквивалентная схема- схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 3.6. Подробное описание схемы можно найти [3].

Рисунок 3.6 – Схема Джиаколетто

Достоинство этой схемы заключается в следующем: схема Джиаколетто с достаточной для практических расчетов точностью отражает реальные свойства транзисторов на частотах f £ 0.5fт ; при последовательном применении этой схемы и найденных с ее помощью Y- параметров транзистора достигается наибольшее единство теории ламповых и транзисторных усилителей.

Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами [2].

--------------------------------------------------
--------------------------------------------------

при Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. В

|
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------   |
--------------------------------------------------------- -------------------------------------------------- Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.
Справочные данные для транзистора КТ610А:

Cк- емкость коллекторного перехода,

tс- постоянная времени обратной связи,

bо- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.

Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле :

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.12)

--------------------------------------------------

---------------------------------------------------------
Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------
где U¢кэосправочное или паспортное значение напряжения;

Uкэо – требуемое значение напряжения.

Сопротивление базы рассчитаем по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.
Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.13)

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.14)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Найдем ток эмиттера по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.15)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.А

Найдем сопротивление эмиттера по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.16)

где Iэо – ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.
Проводимость база-эмиттер расчитаем по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

(3.3.17)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.
Определим диффузионную емкость по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.
Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.18)

Крутизну транзистора определим по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

--------------------------------------------------

---------------------------------------------------------
Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. | Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. |
---------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------
(3.3.19)

3.3.3.2 Однонаправленная модель

Поскольку рабочие частоты усилителя заметно больше частоты Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., то из эквивалентной схемы можно исключить входную ёмкость, так как она не влияет на характер входного сопротивления транзистора. Индуктивность же выводов транзистора напротив оказывает существенное влияние и потому должна быть включена в модель. Эквивалентная высокочастотная модель представлена на рисунке 3.7. Описание такой модели можно найти в [2].

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок 3.7

Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам [2].

Входная индуктивность:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.20)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.–индуктивности выводов базы и эмиттера.

Входное сопротивление:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.21)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., причём Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. – справочные данные.

Крутизна транзистора:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.22)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Выходное сопротивление:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (3.3.23)

Выходная ёмкость:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (3.3.24)

В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.нГн;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.пФ;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.А/В;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.пФ.

3.3.4 Расчет полосы пропускания.

Проверим обеспечит ли выбранное сопротивлении обратной связи Rос, расчитанное в пункте 3.3.1, на нужной полосе частот требуемый коэффициент усиления, для этого воспользуемся следующими формулами[2]:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.(3.3.25)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.26)

Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле (3.3.12):

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Найдем сопротивление базы по формуле (3.3.13):

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле (3.3.14):

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Найдем ток эмиттера по формуле (3.3.15):

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.А

Найдем сопротивление эмиттера по формуле (3.3.16):

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом

Определим диффузионную емкость по формуле (3.3.18):

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.пФ

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.27)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.28)

где Yн – искажения приходящиеся на каждый конденсатор;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.дБ,

или

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.3.29)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Гц

Выбранное сопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.

3.3.5 Расчёт цепей термостабилизации

Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная.

3.3.4.1 Пассивная коллекторная термостабилизация

Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.8) используется на малых мощностях и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу через базовый делитель.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок 3.8

Расчёт, подробно описанный в [3], заключается в следующем: выбираем напряжение Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (в данном случае 7В) и ток делителя Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.(в данном случае Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. – ток базы), затем находим элементы схемы по формулам:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (3.3.30)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.31)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.– напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (3.3.32)

Получим следующие значения:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом.

3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация

Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.9. Её описание и расчёт можно найти в [2].

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок 3.9

В качестве VT1 возьмём КТ361А. Выбираем падение напряжения на резисторе Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. из условия Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.(пусть Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В), затем производим следующий расчёт:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (3.3.33)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (3.3.34)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (3.3.35)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (3.3.36)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.37)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ361А;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (3.3.38)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (3.3.39)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (3.3.40)

Получаем следующие значения:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.мА;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.кОм;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.А;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.А;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.кОм;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.кОм.

Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 по переменному току был заземлён.

3.3.4.3 Эмиттерная термостабилизация

Для выходного каскада выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.10. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [3].

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок 3.10

Расчёт производится по следующей схеме:

1.Выбираются напряжение эмиттера Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и ток делителя Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (см. рис. 3.4), а также напряжение питания Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

2. Затем рассчитываются Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

3. Производится поверка – будет ли схема термостабильна при выбранных значениях Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. Если нет, то вновь осуществляется подбор Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

В данной работе схема является термостабильной при Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. мА. Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В. Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (3.3.41)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (3.3.42)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (3.3.43)

Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной производится расчёт приведённых ниже величин.

Тепловое сопротивление переход – окружающая среда:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.44)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. – справочные данные;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.К – нормальная температура.

Температура перехода:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.45)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.К – температура окружающей среды (в данном случае взята максимальная рабочая температура усилителя);

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. – мощность, рассеиваемая на коллекторе.

Неуправляемый ток коллекторного перехода:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.46)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. – отклонение температуры транзистора от нормальной;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. лежит в пределах Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.А;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. – коэффициент, равный 0.063–0.091 для германия и 0.083–0.120 для кремния.

Параметры транзистора с учётом изменения температуры:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.47)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. равно 2.2(мВ/градус Цельсия) для германия и

3(мВ/градус Цельсия) для кремния.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.48)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.(1/ градус Цельсия).

Определим полный постоянный ток коллектора при изменении температуры:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (3.3.49)

где

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (3.3.50)

Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (3.3.51)

Рассчитывая по приведённым выше формулам, получим следующие значения:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.К;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.К;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.А;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.А;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.А.

Как видно из расчётов условие термостабильности не выполняется.

3.4 Расчёт входного каскада по постоянному току

3.4.1 Выбор рабочей точки

При расчёте требуемого режима транзистора промежуточных и входного каскадов по постоянному току следует ориентироваться на соотношения, приведённые в пункте 3.3.1 с учётом того, что Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. заменяется на входное сопротивление последующего каскада. Но, при малосигнальном режиме, за основу можно брать типовой режим транзистора (обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. мА и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В). Поэтому координаты рабочей точки выберем следующие Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.мА, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В. Мощность, рассеиваемая на коллекторе Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.мВт.

3.4.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ371А. Его основные технические характеристики приведены ниже.

Электрические параметры:

1.  граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.ГГц;

2.  Постоянная времени цепи обратной связи Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.пс;

3.  Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

4.  Ёмкость коллекторного перехода при Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.пФ;

5.  Индуктивность вывода базы Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.нГн;

6.  Индуктивность вывода эмиттера Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.нГн.

Предельные эксплуатационные данные:

1.  Постоянное напряжение коллектор-эмиттер Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.В;

2.  Постоянный ток коллектора Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.мА;

3.  Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. Вт;

4.  Температура перехода Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.К.

3.4.3 Расчет входного каскада

Как уже отмечалсь в качестве входного каскада будем испльзовать каскад с комбинированной отрицательной обратной связью состоящцю из Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. обладающая, как и выходной наибольшей широкополосностью, и одновременно играет роль согласующего устройства между выходным каскадом и генератором, его схема по переменному току изображена на рисунке 3.11.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок 3.11

Сопротивление обратной связи Rос находим исходя из следующих соотношений [2]:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.4.1)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.4.2)

Входное сопротивление выходного каскада равно сопротивлению генератора:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом.

Выбрали сопротивление в цепи эмиттера такое, чтобы выполнялись выше записанные равенства (3.4.1) и (3.4.2):

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом.

Тогда исходя из соотношений (3.4.1) и (3.4.2) находим сопротивление обратной связи:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом.

3.4.4 Расчёт эквивалентной схемы транзистора

3.4.4.1 Схема Джиаколетто

Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.6. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.1.

Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом

--------------------------------------------------

---------------------------------------------------------
Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. | Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. |
---------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

3.4.4.2 Однонаправленная модель

Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.7. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.2

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.нГн;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.пФ;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.А/В;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.пФ.

3.4.5 Расчет полосы пропускания

Проверим добъёмся ли нужной полосы частот при выбранном сопротивлении Rос, для этого воспользуемся следующими формулами [2]:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.4.3)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.4.4)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.4.5)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (3.4.6)

Используя формулы (3.3.18) и (3.3.19) найдем коэффициент N:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Используя формулы (3.3.12), (3.3.13), (3.3.14), (3.3.15), (3.3.16), (3.3.18), и характеристики транзистора приведенной в пункте 3.4.2, убедимся в том, что выбранное сопротивление обратной связи обеспечит на нужной полосе частот требуемый коэффициент усиления:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.пФ.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.мА.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Ом

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.пФ

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и дос
<p>Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 556

Другие дипломные работы по специальности "Наука и техника":

Описание работы электрической схемы охранного устройства с автодозвоном по телефонной линии

Смотреть работу >>

Самолет Хаукер Харрикейн

Смотреть работу >>

Устройство измерения отношения двух напряжений

Смотреть работу >>

Цивилизация богов. Прогноз развития науки и техники в 21-м столетии

Смотреть работу >>

Крестовый поход солнца

Смотреть работу >>