Широкополосный усилитель

2222.cdw

Усилитель для аппаратуры
Принципиальная электрическая схема

ЭУР.docx

Саратовский государственный технический
Электронные устройства роботов
«Усилитель для аппаратуры уплотнения сигнала»
Капцов Иван Сергеевич
Егоров Игорь Владимирович
Исходные данные для расчета
Расчет колебательного контура
Расчет эмиттерного повторителя
Расчет термостабилизации
Список использованной литературы
Получить практические навыки построения широкополосного резонансного усилителя на базе биполярных транзисторов расчета коэффициента усиления полосы пропускания и значений элементов корректирующих цепей. Основные результаты работы: вывод и представление в удобном для проектирования виде расчетных соотношений для усилительных каскадов в процессе работы были осуществлены инженерные решения (выбор транзисторов схем стабилизации и коррекции) и расчет номиналов схем.
В результате работы получили готовую схему усилительного устройства с известной топологией и номиналами элементов которую можно использовать для практического применения.
Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2007
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. Таким образом усилительные элементы обладают управляющими свойствами.
Усилитель рассматриваемый в данной работе используется в радиотехнических системах различного назначения в том числе и в системах нелинейной радиолокации обеспечивая заданный уровень облучения нелинейного элемента.
Это необходимо для получения требуемого минимального уровня изучаемых нелинейным элементом составляющих обогащенного спектра сигнала.
Техническое задание:
Выходная мощность: Рвых=15 Вт.
Амплитуда напряжения на выходе: Uвых=150 В
Напряжение питания: Eпит=27 В
Коэффициент усиления по напряжению: Ku=250;
Нижняя частота усиления: 250 кГц
Верхняя частота усиления: 300 кГц
Коэффициент нелинейных искажений: не более 3%
Выходное сопротивление источника сигнала: 1 кОм
По сути усилитель для аппаратуры уплотнения сигнала является широкополосным усилителем. Для его реализации я выбрал схему двухтактного резонансного усилителя на биполярных транзисторах.
Так как коэффициент усиления составляет 250 то целесообразно использовать резонансный усилитель с трансформаторной связью.
Так как в режиме оптимального согласования необходимо соблюдение соотношений:
То коэффициент для оптимального согласования:
Произведем расчет под наши параметры:
Амплитуда выходного напряжения составляет 150 В мощность 15 Вт формула нахождения мощности имеет вид: из нее находим I вых =
Найдем оптимальный коэффициент трансформации:
Тогда Uвых= так как напряжения на выходе усилителя не может превышать Eпит то необходимо взять больший коэффициент трансформации.
Тогда Uвых= так как мощность на коллекторе остается неизменной найдем ток протекающий через коллектор: Iк =
Под эти параметры подходит мощный n-p-n транзистор средних частот КТ815Б имеющий следующие характеристики:
Граничное напряжение транзистора: 40В
Статический коэффициент передачи тока: 40
Граничная частота: 3МГц
Для нормальной работы усилителя транзистор должен находится в режиме Б как видно из выходной ВАХ полученный Iк и Eпит обеспечивают нужную нагрузочную линию.
Расчет колебательного контура:
Найдем Rк = т.к коллекторное сопротивление в двухтактном резонансном усилителе представляет собой нагрузку а нагрузкой в резонансных усилителях является колебательный контур то полное сопротивление будет являться комплексным числом Z в результате чего нагрузочная линия повернется вокруг неподвижной рабочей точки. Рассчитаем эквивалентное сопротивление колебательного контура исходя из ТЗ:
Согласно таблице 8.1 [2] добротность катушки на диапазоне частот 0.2-0.4 МГц должна составлять Qu=100-300 откуда найдем индуктивность:
На этом расчет колебательного контура можно считать оконченным.
Входное сопротивление равно: r=ΔuвхΔiб=0.6950мкА=631.6
eг = т.е на базу транзистора поступит сигнал равный 0.19 В.
Как видно при использовании 1 каскада не удается добиться требуемого коэффициента усиления для его повышения необходимо значительно увеличить входное сопротивление. Так же нам придется формировать 2 противофазных напряжения для этого будем использовать парафазный усилитель так же на потребуется значительно увеличить входное сопротивление для того чтобы весь сигнал доходил на базу усилителя поэтому перед парафазным каскадом поставим каскад с общим коллектором так же называемый эмиттерным повторителем..
Рассчитаем парафазный каскад:
Для того чтобы парафазный каскад являлся таковым необходимо чтобы сопротивление на коллекторе было равным сопротивлению на эмиттере.
Реализуем его на КТ815Б. Сопротивлением нагрузки будет являться входное
сопротивление резонансного каскада рассчитаем другие параметры схемы:
Выходное сопротивление парафазных каскадов не превышает 50 Ом.
Входное сопротивление Rк=Rэ=500 Ом. При таких параметрах парофазный каскад будет повторять сигнал на входе.
Iэ=URэ = 0.6600 = 0.001
Для обеспечения высокого входного сопротивления Rд выберем равным 20000 Ом.
Так как в каскаде присутствуем обратная связь то линия нагрузки сдвинется на величину обратной связи соответственно изменится и коэффициент усиления: он станет равным 098.
Для нормального согласования каскадов емкость конденсаторов выберем равной 30мкФ
Рассчитаем эмиттерный повторитель:
Реализуем эмиттерный повторитель на КТ815Б
Сопротивлением нагрузки будет являться входное
сопротивление парафазного рассчитаем другие параметры схемы: Для увеличения входного сопротивления исключим из данной схемы R2.
Rэ выбирается примерно равным Rн присвоим ему значение 60Ом.
rвх=(1+40)(464 *600) = 12 кОм
R1 > rвх R1 = 20 кОм
Выходное сопротивление каскада будет равно 50 Омам.
Обычно коэффициент передачи по напряжению находится в пределах от 0.95 до 0.995.
Тогда на вход парафазного каскада поступит сигнал равный 06*095=0.57 В
Тогда после прохождения парафазного каскада на вход двухтактного усилителя поступит сигнал равный 0.5586.
В результате изменения входного сопротивления измениться и коэффициент усиления пересчитаем его:
r=ΔuвхΔiб=0.558950мкА=587
Расчет термостабилизации:
Для термостабилизации рабочей точки будем использовать пассивную эмиттерную термостабилизацию.
Для того чтобы стабилизация была эффективной необходимо чтобы на напряжение на резисторе было не менее 3-5 В (в расчетах возьмем 6 В)
XСэ Rэ тогда Cэ >> мы возьмем 30 мкФ
С введением термостабилизации появится обратная связь которая повлияет на коэффициент усиления это необходимо учесть при вычислении общего коэффициента усиления усилителя.
Общий коэффициент усиления равен:
Вычислим КПД усилителя:
КПД=Рвых Р0=1.51.73=0.86 или 86%
Так как расстройка в каскадах отсутствует оба каскада будут собираться на одинаковых элементах.
Гусев В.Г. Гусев Ю.М. - Электроника (1991)(2-e перер. и доп.)
Цикин Г.С Электронные усилители
Брежнева К.М Транзисторы Для Аппаратуры Широкого Применения
Горюнов Н.Н Справочник по биполярным транзисторам
Титов А.А Проектирование широкополосных усилителей
Белкин М.К Белинский В.Т. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств
Беляк Г.И. Широкополосные усилители