Усилитель приёмного блока широкополосного локатораКурсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ на курсовое проектирование по курсу “ Аналоговые электронные устройства ” студент гр. 148-3 Воронцов С.А. Тема проекта: Усилитель приёмного блока широкополосного локатора. Исходные данные для проектирования аналогового устройства. 1. Диапазон частот от 100 МГц до 400 МГц. 2. Допустимые частотные искажения М н 3 dB, М В 3 dB. 3. Коэффициент усиления 15 dB . 4. Сопротивление источника сигнала 50 Ом. 5. Амплитуда напряжения на выходе 1 В. 6. Характер и величина нагрузки 50 Ом. 7. Условия эксплуатации (+10 +50) С. 8. Дополнительные требования : согласование усилителя по входу и выходу. Содержание 1 Введение ------------------------------------------ ----------------------------- 5 2 Основная часть ---------------------------------------------------------------- 6 2.1 Анализ исходных данных -------------------------------------------------- 6 2.2 Расчёт оконечного каскада ----------------------------------------------- 6 2.2.1 Расчёт рабочей точки ---------------------------------------------------- 6 2.2.2 Расчёт эквивалентных схем замещения транзистора ------------- 9 2.2.2.1 Расчёт параметров схемы Джиаколетто -------------------------- 9 2.2.2.2 Расчёт однонаправленной модели транзистора ------------------ 9 2.2.3 Расчёт и выбор схемы термостабилизации --------------------------10 2.2.3.1 Эмитерная термостабилизация -------------------------------------- 10 2.2.3.2 Пассивная коллекторная ---------------------------------------------- 11 2.2.3.3 Активная коллекторная ----------------------------------------------- 12 3 Расчёт входного каскада по постоянному току ------------------------ 13 3 .1 Выбор рабочей точки ------------------------------------------------------ 13 3 .2 Выбор транзистора --------------------------------------------------------- 13 3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора------------------------------- 14 3.3 .1 Расчёт цепи термостабилизации-----------------------------------------14 4.1 Расчёт полосы пропускания выходного каскада-----------------------15 4.2. Расчёт полосы пропускания входного каскада------------------------ 17 5 Расчёт ёмкостей и дросселей ---------------------------------------------18 6 Заключение --------------------------------------------------------------------20 7 Список использованных источников---------------------------------------- 21 1 Введение Цель работы – приобретение навыков аналитического расчёта широкополосного усилителя по заданным к нему требованиям. Всё более широкие сферы деятельности человека не могут обойтись без радиолокации. Следовательно, к устройствам радиолокации предъявляются всё более жёсткие требования. В первую очередь это хорошее согласование по входу и выходу, хорошая повторяемость характеристик усилителей при их производстве, без необходимости подстройки , миниатюризация. Всеми перечисленными выше свойствами обладают усилители с отрицательными комбинированными обратными связями [1] , что достигается благодаря совместному использованию последовательной местной и параллельной обратной связи по напряжению 2 Основная часть 2.1 Анализ исходных данных Исходя из условий технического задания, наиболее оптимальным вариантом решения моей задачи будет применение комбинированной обратной связи. [2] Вследствие того, что у нас будут комбинированные обратные связи, которые нам дадут хорошее согласование по входу и выходу, в них будет теряться 1/2 выходного напряжения, то возьмём U вых в 2 раза больше заданного, т.е. 2В. 2.2 Расчёт оконечного каскада 2.2.1 Расчёт рабочей точки Возьмём U вых в 2 раза больше чем заданное, так как часть выходной мощности теряется на ООС. [2] U вых =2 U вых(заданного) =2 (В) Расчитаем выходной ток : I вых =
 Рисунок 2.2.1.1- Резистивный каскад Рисунок 2.2.1.2- Нагрузочные прямые. по переменному току.
Расчитаем выходной ток для каскада с резистором в цепи коллектора : I вых ~ =
Расчитаем выходной ток для каскада с индуктивностью в цепи коллектора : I вых =
 ; 2. предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер  3. предельно допустимого тока коллектора  4. предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе  Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ996А. Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры: 1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ
Рисунок 2.2.2.1.1- Эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто). Найдём параметры всех элементов схемы :[2] Пересчитаем ёмкость коллектора из паспортной : С к(треб) =С к(пасп)*
Рисунок 2.2.2.2.1- Однонаправленная модель транзистора. Параметры эквивалентной схемы расчитываются по приведённым ниже формулам. [2] Входная индуктивность: Выходное сопротивление:
Рассчитаем параметры элементов данной схемы. U э = 4 (В) ; E п = U кэ0 +U э = 7 (В) ; R э =
 .1(Ом) ; U R к =7 (В); E п = U кэ0 + U R к =10 (В); Iб =  ; R б =  =2875 (Ом) . 2.2.3.3 Активная коллекторная термостабилизация. Можно сделать чтобы R б зависило от напряжения в точке А см. рис.(2.2.3.2.1). Получим что при незначительном уменьшении (увеличении) тока коллектора значительно увеличится (уменьшится) ток базы. И вместо большого R к можно поставить меньшее на котором бы падало порядка 1В см. рис.(2.2.3.3.1). [1] b 2 =100; Rк=   ,73 (Ом); E п = U кэ0 + U R =4 (В); I д2 =10 I б2 =10  R 3 =  ,75 ( к Ом); R 1 =  R 2 =  =4.75 (кОм) .
Данная схема требует значительное количество дополнительных элементов, в том числе и активных. Если С ф утратит свои свойства, то каскад самовозбудится и будет не усиливать, а генерировать.Основываясь на проведённом выше анализе схем термостабилизации выберем эмитерную. 3 Расчёт входного каскада по постоянному току 3.1 Выбор рабочей точки При расчёте требуемого режима транзистора промежуточных и входного каскадов по постоянному току следует ориентироваться на соотношения, приведённые в пункте 2.2.1 с учётом того, что Электрические параметры: 1. граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ
 Рисунок 4.1.1- Усилитель приёмного блока широкополосного локатора на четырёх каскадах. 4.2. Расчёт полосы пропускания входного каскада Все расчёты ведутся таким же образом, как и в пункте 4.1 с той лишь разницей что берутся данные для транзистора КТ3115А-2.Этот транзистор является маломощным, тем самым, применив его в первых трёх каскадах, где уровень выходного сигнала небольшой, мы добьемся меньших потерь мощности.  (Ом) ; R э =  (Ом) ;  ;  ; Так каr в усилителе 4 каскада и общий уровень частотных искажений равен 3 дБ, то Y в для одного каскада примем равным:   ; Подставляя все данные в (4.1.5) находим f в :   Все требования к усилителю выполнены 5 Расчёт ёмкостей и дросселей.
|
= 
Расчитаем каскады с резистором и индуктивностью в цепи коллектора : 
Расчитаем ток и напряжение в рабочей точке : U кэ0 = U вых +U ост , U ост примем равным 2В. (2.2.1) I к0 = I вых ~ +0,1I вых ~ (2.2.2) U кэ0 =3 (В) I к0 =0,088 (А) Расчитаем выходную мощность : P вых = 
0,04 (Вт) Напряжение питания тогда будет : E п = U кэ0 + U R к =U кэ0 + I к0 R к =7,4 (В) Найдём потребляемую и рассеиваемую мощность: u^2/2R P расс = U кэ0 I к0 =0,264 (Вт) Р потр = E п I к0 =0,651(Вт) 
= 
= 
2. Постоянная времени цепи обратной связи 
3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ 
4. Ёмкость коллекторного перехода при 
В 
5. Индуктивность вывода базы 
6. Индуктивность вывода эмиттера 
Предельные эксплуатационные данные: 1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер 
2. Постоянный ток коллектора 
3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора 
Вт; 2.2.2 Расчёт эквивалентных схем замещения транзистора . 
Найдём g б = 
r б = 
: r б = 
I к0 в мА : r э = 
0 =55 по справочнику ; Cэ = 
f Т =5000Мгц по справочнику; R i = 
Ом), g i =0.01(См), где U кэ(доп)=20В I ко(доп)=200мА. 2.2.2.2Расчёт однонаправленной модели транзистора. 
, (2.2.2.1) где 
Входное сопротивление: 
(2.2.2.2) где 
– справочные данные.
. (2.2.2.3) Выходная ёмкость: 
(2.2.2.4) В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы: L вх = L б +L э =1+0,183=1,183 (нГн) ; R вх =r б =2,875 (Ом); R в ых =R i =100 (Ом); С вых =С к(треб) =2,92 (пФ) ; f max =f т =5 ( ГГц) 2.2.3 Расчёт и выбор схемы термостабилизации. 2.2.3.1 Эмитерная термостабилизация. 
= 
R б1 = 
I д =10 I б , I б = 
=10 
0 8 (А) ; R б1 = 
1 (Ом) ; R б2 = 
=534, 1 (Ом). Наряду с эмитерной термостабилизацией используются пассивная и активная коллекторная термостабилизации. [1] 2.2.3.2Пассивная коллекторная термостабилизация : Ток базы определяется R б . При увеличении тока коллектора напряжение в точке А падает и следовательно уменьшается ток базы, а это не даёт увеличиваться дальше току коллектора. Но чтобы стал изменяться ток базы, напряжение в точке А должно измениться на 10-20%, то есть R к должно быть очень велико, что оправдывается только в маломощных каскадах [1]. 
заменяется на входное сопротивление последующего каскада. Но, при малосигнальном режиме, за основу можно брать типовой режим транзистора (обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов 
мА и 
3.2 Выбор транзистора Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 2.2.1. Этим требованиям отвечает транзистор КТ3115А-2. Его основные технические характеристики приведены ниже.
2. Постоянная времени цепи обратной связи 
3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ 
4. Ёмкость коллекторного перехода при 
5. Индуктивность вывода базы 
7. Ёмкость эмиттерного перехода 
Предельные эксплуатационные данные: 1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер 
2. Постоянный ток коллектора 
3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора 
Вт; 3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 2.2.2.2.1 Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 2.2.2.1 
3.3 Расчёт цепи термостабилизации Для входного каскада также выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.3.1. 
Рисунок 3.3.1 Метод расчёта схемы идентичен приведённому в пункте 2.2.3.1 с той лишь особенностью что присутствует, как видно из рисунка, сопротивление в цепи коллектора 
мА. Напряжение питания рассчитывается по формуле 
Расчитывая элементы получим: 
кОм; 4.1 Расчет полосы пропускания выходного каскада Поскольку мы будем использовать комбинированные обратные [1] , то все соответствующие элементы схемы будут одинаковы, т.е. по сути дела расчёт всего усилителя сводится к расчёту одного каскада. 
Рисунок 2.3.1 - Схема каскада с комбинированной ООС Достоинством схемы является то, что при условиях 
и 
(4.1.1) схема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие 
³ 0,7. Поэтому практически отсутствует взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании [6]. При выполнении условия (1.53), коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением: 
(4.1.2) где 
(4.1.3) 
Из (2.3.1), (2.3.3) не трудно получить, что при заданном значении 
(4.1.4) При заданном значении 
каскада равна : 
(4.1.5) где 
Нагружающие ООС уменьшают максимальную амплитуду выходного сигнала 
каскада, в котором они используются на величину 
При выборе 
и 
из (4.1.3), ощущаемое сопротивление нагрузки транзистора каскада с комбинированной ООС равно 
Расчёт K о : Для реализации усилителя используем четыре каскада. В этом случае коэффициент усиления на один каскад будет составлять : Ко= 
4.5 дБ или 1.6 раза 15/4 
; 
; Общий уровень частотных искажений равен 3 дБ, то Y в для одного каскада примем равным: 