Усилитель систем контроля радиовещательных станцийРабота усилителя в составе средств контроля предъявляет к нему ряд противоречивых требований. Это малый уровень нелинейных искажений, реализация повышенного коэффициента полезного действия, по возможности полное использование транзисторов усилителя по мощности [1]. Для наиболее эффективного достижения требуемой мощности воспользуемся мощным ВЧ трансформатором, который задаёт такой режим работы транзистора, при котором он выдаёт максимальную мощность. Для коррекции АЧХ усилителя используются разные приёмы : введение отрицательных обратных связей, применение межкаскадных корректирующих цепей. Так как проектируемый усилитель является усилителем мощности то введение ОС влечёт за собой потерю мощности в цепях ОС что снижает КПД и следовательно применять её в данном усилителе не целесообразно. Применение межкаскадных корректирующих цепей (МКЦ) значительно повышает КПД. В данном усилителе используется МКЦ 3-го порядка, так как она обладает хорошими частотными свойствами. Усилитель систем контроля радиовещательных станций разработанный с использованием транзисторов 2Т947А и КТ903А, имеет следующие технические характеристики : полоса рабочих частот (0.15-2) МГц ; коэффициент усиления 48.6 дБ ; неравномерность амплитудно-частотной характеристики + 1,4 дБ ; значение выходной мощности 40 Вт ; сопротивление генератора и нагрузки 50 Ом ; напряжение питания 24.5 В. 2. Техническое задание Усилитель должен отвечать следующим требованиям: 1. 2. в области нижних частот не более 3 дБ в области верхних частот не более 3 дБ 3. 4. P вых=40 Вт 5. R г= R н=50 Ом 3. Расчётная часть 3.1 Определение числа каскадов . Число каскадов для любого усилителя выбирается исходя из того, какой коэффициент усиления должно обеспечивать заданное устройство. Для того чтобы обеспечить коэффициент усиления 35дБ необходимо соединить последовательно два усилительных каскада, так как одним каскадом невозможно достичь такого усиления. 3.2 Распределение линейных искажений в области ВЧ Расчёт усилителя будем проводить исходя из того, что искажения распределены между каскадами равномерно, и так как используется всего 2 каскада, а общая неравномерность, должна быть не больше 3 дБ, то из этих условий находим искажения приходящиеся на 1 каскад :
 3.1 Выражая из формулы (4.1) U вых и подставляя R н =50(Ом), Р вых. =40(Вт) получим :  Зная выходное напряжение , найдем выходной ток :  3.2 Так как значения выходного напряжения и тока высокие, то с целью максимального использования выходного транзистора усилителя по мощности, на выходе усилителя следует установить трансформатор импедансов 1/9 на длинных линиях [2] . Который уменьшает выходное напряжение в 3 раза и нагрузку в 9 раз. Тогда исходные параметры примут следующие значения :    При дальнейшем рассчёте, нужно выбрать по какой схеме будет выполнен каскад : при использовании дросселя или активного сопротивления в цепи коллектора.
Рассмотрим обе схемы и выберем ту, которую наиболее целесообразно применить. А) Расчёт каскада при использовании активного сопротивления в цепи коллектора : Схема каскада представлена на рисунке 3.3.1
 =7 ( А) (3.3) Ток в рабочей точке найдем по следующей формуле :  (3.4) Напряжение в рабочей точке найдем по формуле :  (3.5) где  – остаточное напряжение на коллекторе (при расчёте берут равным  :  Напряжение питания выбирается равным  плюс падение напряжения на  :  (3.6) Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они преведены на рисунке 3.3.2.  I, А  11  5.5 R~    7.7 R _  23.5 46.6 70 U , В Рисунок 3.3.2. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.
Произведём рассчёт потребляемой и рассеиваемой на коллекторе мощности, используя следующие формулы :
Определим потребляемую и рассеиваемую мощность транзистора по формулам : Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в таблице 3.1. Таблица 3.1.
  (3.9) Из неравенства (3.9) определим значения допустимых параметров :   Исходя из полученных значений, выберем выходной транзистор 2Т947А. [3] Транзистор имеет следующие допустимые параметры :  Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры: 1. при Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Существует много разных моделей транзистора. В данной работе произведён расчёт моделей : схемы Джиаколетто, которая представлена на рисунке 3.3.5 и однонаправленной модели цепи на ВЧ . А) Расчёт схемы Джиаколетто : Схема Джокалетто представлена на рисунке 3.3.5. Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами. Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода по формуле:
(3.15) Подставляя численные значения получим :  Б) Расчёт однонаправленной модели на ВЧ : Однонаправленная модель является эквивалентной схемой замещения транзистора, так же как и схема Джиаколетто. Схема представляет собой высокочастотную модель, которая изображена на рисунке 3.3.6. Полное описание однонаправленной модели можно найти в [4].  Рисунок 3.3.6 Параметры эквивалентной схемы рассчитываем по приведённым ниже формулам.
Входная индуктивность: Существует несколько вариантов схем термостабилизации : эмиттерная стабилизация, коллекторная стабилизация и активная коллекторная стабилизация. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования предъявляются к термостабильности. В данной работе рассмотрены две схемы : эмиттерная и активная коллекторная стабилизации. 3.3.4.1 Эмиттерная термостабилизация.
 (3.16)  (3.17)  (3.18)  (3.19)  (3.20)  (3.21)  (3.22) где I дел. – ток делителя ; P R э – мощность рассеиваемая на резисторе R э . Выберем напряжение U э =3В и по приведенной формуле (3.16) определим сопротивление R э :  Базовый ток найдем из формулы (3. 17 ).  Ток делителя рассчитываем по формуле (3. 18 ).  Определим напряжение питания по формуле ( 3 .2 1 ).  Значения сопротивлений базового делителя найдем из формул (3. 19 , 3 .2 0 ).   Мощность , рассеиваемая на резисторе R э рассчитывается по формуле ( 3 .22).   3.3.4.2 Коллекторная термостабилизация Наиболее экономичной и простейшей из всех схем термостабилизации является коллекторная стабилизация.
Стабилизация положения точки покоя осуществляется отрицательной параллельной обратной связью по напряжению, снимаемой с коллектора транзистора. Схема коллекторной термостабилизации представлена на рисунке 3.3.8.
Расчитаем основные элементы схемы по следующим формулам Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора VT 1 по переменному току был заземлён. Как было сказано выше, эмиттерную термостабилизацию в мощных каскадах применять “ невыгодно ” так как на резисторе, включённом в цепь эмиттера, расходуется большая мощность, поэтому в нашем случае необходимо выбрать активную коллекторную стабилизацию. 3.3.5 Расчёт корректирующих цепей 3.3.5.1 Расчёт выходной корректирующей цепи Для того чтобы сигнал был передан от одного каскада многокаскадного усилителя к другому, без потерь сигнала, используется последовательное соединение корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов. Пример построения такой схемы усилителя по переменному току показан на рисунке 3.3.10. Возникает задача : выбор предоконечного транзистора. Обычно он выбирается ориентировочно. В качестве входного усилительного элемента VT1 используется транзистор КТ903А При расчёте будут использоваться коэффициенты : Электрические параметры: 1. 2. 3. Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.3.5. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3. Принципиальная схема её представлена на рисунке 3.3.8. Расчёт производится аналогично расчёту выходного каскада. Отличием является лишь то, что коллекторный ток Эквивалентная схема изображена на рисунке 3.3.13.
 Значения входных параметров транзистора КТ903А возьмем из пункта 3.4.3.  Нагрузкой для входного каскада является параллельное соединение R вых . транзистора и R 1 .Где R 1 – сопротивление, входящее в межкаскадную корректирующую цепь, рассчитанное в пункте 3.4.5.  Нормируем входные и выходные параметры по формулам (3.38.1,3.38.2,3.38.3)    Для нахождения нормированных значений С 1 , С 2 , L 1 определим следующие коэффициенты по формулам (3.39-3.43). Нормированные значения элементов С 1 , С 2 , L 1 найдем по соответствующим формулам :   Найдем нормированные значения элементов С 1 , С 2 , L 1 :  Рассчитаем коэффициент усиления по формулам (3.45,3.48) :  Найдем значения элементов МКЦ из формул (3.46,3.47) :  3.5 Расчёт дополнительных элементов 3.5.1 Расчёт разделительных ёмкостей.
Расчитаем разделительные конденсаторы по следующей формуле [3]: Расчитаем разделительные конденсаторы С 1 , С 6 , С 11 , которые изображены на принципиальной схеме (см. Приложение А). Искажения , приходящиеся на каждый конденсатор , будут равны : Блокировочные конденсаторы С 4 , С 9 , определим из следующего условия : Выражая из соотношения (3.50) емкость С, получим : Конденсаторы фильтра С5, С10, определим из следующего условия : Подставляя численные значения получаем : Расчитаем дроссель L к в цепи коллектора исходя из следующего соотношения : Усилитель имеет запас по усилению 13.6дБ, это необходимо для того, чтобы в случае ухудшения параметров отдельных элементов коэффициент передачи усилителя не опускался ниже заданного уровня. Список используемых источников. 1 Широкополосные радиопередающие устройства /Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А.; Под ред. О.В. Алексеева.- М.: Связь. 1978 г. 2 Цыкин Г.С. Усилительные устройства.-М .: Связь, 1971.-367с. 3 Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник/А.А. Зайцев и др. Под ред. А.В.Голомедова.-М.: Радио и Связь, 1989.-640 с.:Ил. 4 Горбань Б.Г. Широкополосные усилители на транзисторах. – М. : Энергия, 1975.-248с. 5 Мамонкин И.Г. Усилительные устройства: Учебное пособие для вузов. – М.: Связь, 1977. 6 Титов А.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах – http://referat.ru/download/ref-2764.zip
КатегорииТехнологияИстория экономических ученийМенеджмент (Теория управления и организации)ФилософияХимияАдминистративное правоМеждународные экономические и валютно-кредитные отношенияМатематикаБухгалтерский учетМикроэкономика, экономика предприятия, предпринимательствоРадиоэлектроникаФизикаТеория систем управленияМаркетинг, товароведение, рекламаБанковское дело и кредитованиеПравоПолитология, ПолитисторияОхрана природы, Экология, ПриродопользованиеПедагогикаПсихология, Общение, ЧеловекМедицинаВетеринарияТеория государства и праваФизкультура и СпортСельское хозяйствоУголовное правоТехникаПрограммирование, Базы данныхПрограммное обеспечениеБиологияУголовное и уголовно-исполнительное правоАрхитектураИсторияЗдоровьеРелигияСоциологияМатериаловедениеКриминалистика и криминологияГосударственное регулирование, Таможня, НалогиЭкономическая теория, политэкономия, макроэкономикаМеталлургияБиржевое делоКомпьютерные сетиУголовный процессРимское правоГеография, Экономическая географияРазноеЦенные бумагиИстория государства и права зарубежных странЛитература, ЛингвистикаИсторическая личностьВоенная кафедраИстория отечественного государства и праваТранспортАвиацияАстрономияКосмонавтикаГражданская оборонаПодобные работы Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станцийecho "Усилители являются необходимым элементом любых систем связи, радиовещания, акустики, автоматики, измерений и управления. При ремонте усилителей мощности, которые входят в состав радиовещательной Емкостные преобразователиecho "Датчик... Что это такое? Понятием “датчик” в общем случае обозначают дешевый, но надежный приемник и преобразователь измеряемой величины, обладающий умеренной точностью и пригодный для серийного Широкополосный усилитель мощностиecho "Полученные данные могут использоваться при создании реальных усилительных устройств. Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 97 и представлена на дискете 3,5” (в конверте Усилитель приёмного блока широкополосного локатораecho "Курсовая 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. Усилитель корректорecho "Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0, (представлена на дискете). Техническое задание Тема проэкта: широкополосный усилитель-корректор 1 . Диапазон частот от 20МГц д Усилитель генератора с емкостным выходомecho "Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2000 и представлена на дискете 3,5” (в конверте на обороте обложки). Задание на курсовое проектирование по курсу «Аналоговые электр Усилитель радиорелейной линии связиecho "Полученный усилитель может быть использован для компенсации потерь мощности в радиорелейных линиях связи. Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0 (представлена на дис Передающее устройство одноволоконной оптической сетиecho "Линейные тракты волоконнооптических систем передачи строятся как двухволоконные однополосные одно кабельные, одноволоконные одно полосные однокабельные, одноволоконные многополосные одно кабельн
|
(3.1) где М общ. – частотные искажения усилителя ; М кас. – частотные искажения одного усилительного каскада ; 
3.7 
3.8 Б) Расчёт каскада с дросселем в цепи коллектора : Схема данного каскада представлена на рисунке 3.3.3. 
Рисунок 3.3.3. Схема каскада с дросселем в цепи коллектора . В данном каскаде нагрузкой по переменному току является непосредственно нагрузочное сопртивление R н . Тогда в ыходной ток будет равен :: 
Найдем ток и напряжение в рабочей точке : 
Напряжение питания будет равно : 
Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они представлены на рисунке 3.3.4. 
I, А R_ R~ 3.85 
Анализируя полученные результаты можно прийти к выводу, что целесообразней использовать каскад с дросселем в цепи коллектора, так как значительно снижаются потребляемая мощность и величина питающего напряжения.
В 
2. 
3. 
В 
4. 
5. 
Предельные эксплуатационные данные: 1. 
2. 
А; 3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора Как показывает практика, даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Очень удобно анализировать свойства транзистора при малом сигнале, в широком диапозоне частот, с помощью физических эквивалентных схем.
Рисунок 3.3.5 Схема Джиаколетто.
(3.10) При чём 
и 
доложны быть измерены при одном напряжении U кэ. А так как справочные данные приведены при разных значениях напряжний, то необходимо воспользоваться формулой перехода, которая позволяет вычислить 
(3.11) В нашем случае получаем: 
Подставим полученное значение в формулу: 
(Сим) (3.12) Проводимость база-эмиттер расчитаем по формуле: 
(2.11) где, 
– сопротивление эмиттеного перехода транзистора. Тогда 
Емкость эмиттерного перехода: 
Выходное сопртивление транзистора : 
(3.13) Из формулы (3.13) найдем проводимость : 
(3.14) Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле : 
, где 
Входное сопротивление равно сопротивлению базы в схеме Джиаколетто : 
Выходное сопротивление имеет значение: 
Выходная ёмкость имеет значение: 
3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации Выбор схемы обеспечения исходного режима транзисторного каскада тесным образом связан с температурной стабилизацией положения рабочей точки [5] . Это объясняется тем, что ВАХ транзисторов зависят от температуры рn переходов и, следовательно от температуры окружающей среды. Это приводит к смещению статических характеристик, чем обуславливается не только изменения усилительных параметров транзистора в рабочей точке, но и приводит к перемещению рабочей точки, что приводит к изменению усилительных параметров. При расчёте цепей термостабилизации нужно для начала выбрать вариант схемы.
(3.22) 
(3.23) 
(3.24) Выберем напряжение U R к =5В и расчитаем значение сопротивления R к по формуле (3.22) : 
Базовый ток найдем из формулы (3.17) : 
Зная базовый ток, рассчитаем сопротивление R б по формуле (3.23) : 
Определим рассеиваемую мощность на резисторе R к по формуле (3.24) : 
3.3.4.3 Активная коллекторная термостабилизация В данном курсовом проекте использована активная коллекторная термостабилизация, которая является достаточно эффективной в мощных усилительных каскадах. Схема активной коллекторной термостабилизации изображена на рисунке 3.3.9 [6] . 
Рисунок 3.3.9 Схема активной коллекторной термостабилизации. В качестве VT 1 возьмём КТ814. Выбираем падение напряжения на резисторе 
из условия 
; (3.25) 
; (3.26) 
; (3.27) 
; (3.28) 
, (3.28) где 
– статический коэффициент передачи тока транзистора КТ361 включенного по схеме с ОБ; 
(3.29) 
; (3.30) 
. (3.31) Получаем следующие значения: 
Ом; 
мА; 
В; 
А; 
Ом; 
кОм. 
Ом.
Рисунок 3.3.10. Схема усилителя с корректирующими цепями Расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 3.3.10. Для получения максимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора, равное постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Это можно реализовать, включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 3.3.11 [6] . 
Рисунок 3.3.11. – Схема выходной корректирующей цепи Выходную корректирующую цепь можно рассчитать с использованием методики Фано, которая подробно описана в методическом пособии [6]. Зная С вых и f в можно рассчитать элементы L 1 и C 1 Рассчитаем нормированное значение С выхн по следующей формуле : 
(3.32) Подставляя соответсвующие значения получим: 
Основываясь на данные таблицы, которая представлена в методическом пособии [6], по значению нормированной выходной емкости находим нормированные значения L 1 и C 1 , а так же коэффициент n . Получим следующие значения : 
3.3.5.2 Расчёт межкаскадной корректирующей цепи. В данном усилителе имеются две межкаскадные корректирующие цепи, служащие для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов, а также придания усилителю определенных свойств. Это цепи, между выходным и предоконечным каскадами, и между предоконечным и входным каскадами. В данном случае применена корректирующая цепь третьего порядка, которая изображена на рисунке 3.3.12. Цепь такого вида обеспечивает реализацию усилительного каскада с заданной неравномерностью АЧХ, лежащей в пределах необходимых отклонений (повышение или понижение) с заданными частотными искажениями [6] . 
Рисунок 3.3.12. Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка . При расчёте используются однонаправленные модели на ВЧ выходного и предоконечного транзисторов.
2.77, 2.13, 2.46, что соответствует неравномерности АЧХ 1.4дБ на каждый каскад. После находят нормированные значения С вых.н , L вх.н и R вх.н по следующим формулам : 
(3.36) 
(3.37) 
(3.38) Подставим исходные параметры и в результате получим: 
Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты: 
(3.39) 
(3.40) 
(3.41) получим: 
Отсюда найдем нормированные значения 
(3.42) где 
(3.43) 
При расчете получим: 
и в результате получим следующие значения: 
Рассчитаем дополнительные параметры: 
(3.44) 
(3.45) где S 210 - коэффициент передачи оконечного каскада. Для выравнивания АЧХ в области нижних частот используется резистор 
(3.46) Найдем истинные значения остальных элементов по формулам: 
(3.47) 
Коэффициент усиления рассчитаем по формуле : 
(3.48) 3.4 Расчёт входного каскада 3.4.1 Выбор рабочей точки Входной каскад выполнен на транзисторе КТ9 0 3А. Для того чтобы усилитель имел один источник питания, необходимо напряжение в рабочей точке оставить неизменным, то есть можно записать : 
Ток в рабочей точке изменяется в соответствии с коэффициентом усиления межкаскадной корректирующей цепи, которая рассчитана в пункте 3.3.5.2. 
3.4.2 Расчет эквивалентной схемы транзистора Выбор транзистора был произведён в пункте 3.3.5.2, его название КТ903А, осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ903А. Его основные технические характеристики приведены ниже.
4. 
5. 
6. 
Предельные эксплуатационные данные: 1. 
2. 
3. P к =30 Вт.
3.4.3 Расчёт цепи термостабилизации Как было сказано в пункте 3.3.4.2., для данного усилителя предпочтительней выбрать во всех каскадах активную коллекторную термостабилизацию.
будет иметь другое значение. Оно будет равно значению 
Ом; 
А; 
В; 
А; 
Ом; 
Ом. 
Ом На этом расчёт термостабилизации закончен. 3.4.4 Расчёт входной КЦ В качестве входной корректирующей цепи используется межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка.
(3.49) где Y н – искажения приходящиеся на каждый конденсатор ; R 1 – выходное сопротивление транзистора ; R 2 – сопротивление нагрузки ; В нашем случае число разделительных конденсаторов будет равно трем.
Рассчитаем значение конденсаторов С 1 , С 6 , С 11 по формуле (3.49). 
3.5.2 Расчёт блокировочных емкостей.
(3.50) где R – это сопротивление R 2 в схеме активной коллекторной термостабилизации.
(3.51) Определим значения емкостей С 4 , С 9 по формуле (3.51) : 
3.5.3 Расчёт конденсаторов фильтра.
(3.52) где Rэто сопротивление R4 в схеме активной коллекторной термостабилизации.
3.5.4 Расчёт дросселя.
(3.53) где (R//C) – параллельное соединение элементов МКЦ. Выражая из соотношения (3.53) L к , получим : 
(3.54) Определим численные значения индуктивностей L 2 , L 4, по формуле (3.54). 
4 Расчет коэффициента усиления всего усилителя На общий коэффициент усиления влияют предоконечный, оконечний и входной каскады: 
и переведем его в децибелы: 
5 Заключение В результате работы был рассчитан усилитель, который имеет следующие параметры : 1. Рабочая полоса частот 0.15 – 2МГц. 2.Допустимые частотные искажения 3дБ. 3.Коэффициент усиления 48.6дБ. 4.Питание Е п =24.5В. 5.Выходная мощность Р вых. =40Вт.