Расчёт усилителя гармонических сигналов

Согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки, подключаемой через коаксиальный кабель. Коэффициент частотных искажений на верхних и нижних частотах. Принципиальная схема выходного каскада. Справочные данные транзистора.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Техническое задание

2. Анализ технического задания

3. Расчет числа каскадов (усилительных секций), выбор типов ИС и транзисторов

4. Расчет выходного каскада

5. Расчет промежуточных и входного каскадов

6. Машинный расчет усилителя

7. Заключение о соответствии параметров спроектированного усилителя требованиям ТЗ

Список используемой литературы

1. Техническое задание

Рассчитать усилитель гармонических сигналов, удовлетворяющий следующим требованиям:

ЭДС входного сигнала: E=3мВ

Активная нагрузка: RНД=75 Ом

Частотные искажения: MН=2,5 дБ; МВ=2,0 дБ

Минимальная рабочая температура: tmin=5С

Максимальная рабочая температура: tmax=40С

Внутреннее сопротивление источника: Rист=200 Ом

Нижняя граничная частота: fН=75Гц.

Верхняя граничная частота: fВ=20МГц.

Коэффициент гармоник: KГ=9%

Амплитуда выходного сигнала: Uвых=1.5В

Допустимая нестабильность коэффициента усиления в заданном диапазоне рабочих температур не должна превышать 10%.

2. Анализ технического задания

Рассчитываемый усилитель имеет высокую верхнюю граничную частоту, что потребует применения высокочастотных усилительных секций типа общий эмиттер-общая база с использованием коррекции эмиттерной противосвязью, которая дополнительно стабилизирует коэффициент усиления каскада.

Умеренные требования по нижней граничной частоте позволяют использовать конденсаторы как в цепях межкаскадной связи, так и в цепях эмиттерной стабилизации. В проекте необходимо предусмотреть согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки, подключаемой через коаксиальный кабель. Т.к сопротивление нагрузки мало, выходной каскад следует выполнить по схеме с общим эмиттером на достаточно мощном транзисторе, а предоконечный каскад- на интегральной схеме, имеющей малое выходное сопротивление (типа К265УВ7). Входное сопротивление усилителя не оговорено, а сопротивление генератора мало, что позволяет не выделять входной каскад, полагая вносимые им искажения такими же, как и у промежуточных каскадов.

3. Расчет числа каскадов(усилительных секций),выбор типов ИС и транзисторов

Найдем расчетный коэффициент усиления:

где KЗ=1.5, -коэффициент запаса усиления;

-коэффициент, учитывающий потери усиления входной цепи усилителя; KС=1, -коэффициент согласования по выходу;

RВХ=1.5кОм -входное сопротивление усилителя.

Определим требуемое число активных каскадов:

Km=40 -максимально возможное усиление одно-двухтранзисторных ИС. Положим число активных каскадов N=3.

Коэффициент усиления каждого каскада:

Коэффициент частотных искажений на верхних частотах:

Коэффициент частотных искажений на нижних частотах:

Нестабильность усиления в каждом каскаде:

Верхняя граничная частота одного некорректированного каскада:

Так как граничная частота усилителя достаточно высока, можно использовать усилительные секции общий эмиттер-общая база с коррекцией эмиттерной противосвязью.

Из графика (см. [1], cтр.15, рис.2) по заданной кривой (1) находим проигрыш в площади усиления по сравнению с простой параллельной коррекцией:

По графику (см.[2], стр.15, рис.1) определим выигрыш, обеспечиваемый простой параллельной коррекцией при заданных частотных искажениях на высоких частотах:

=0.9 -глубина коррекции;

Окончательно выигрыш в площади усиления при эмиттерной коррекции:

Необходимая верхняя граничная частота корректированного каскада:

Необходимая площадь усиления каждого каскада:

Для сравнения определим требования к усилительным каскадам при N=2

Ki=K / N=5.0%; =39.65 МГц

Как видно, при использовании двухкаскадного усилителя на каждый из каскадов накладываются довольно жесткие требования по площади и коэффициенту усиления, которые будет тяжело обеспечить, особенно в выходном каскаде. В итоге остановимся на варианте с тремя активными каскадами, т.к требуемые в этом случае коэффициенты и площади усиления каждого каскада могут быть обеспечены с помощью двухкаскадной усилительной секции общий эмитер-коллекторный повторитель, реализованной, например, в интегральной микросхеме К265УВ7.

Выходной каскад построим по схеме с общим эмиттером на дискретном транзисторе с коррекцией эмиттерной противосвязью и с гальванической связью с предыдущим каскадом. Применение гальванических связей между каскадами позволяет сократить общее число конденсаторов, снизить их суммарную емкость, уменьшает тем самым габариты и вес усилителя, его стоимость, повышает надежность.

4. Расчет выходного каскада

Рис.1 Принципиальная схема выходного каскада.

Согласование с внешней нагрузкой обеспечивается выбором коллекторного сопротивления

RК=R1==RНД=75 Ом; тогда RН=/2=37.5 Ом

Амплитуда переменной составляющей коллекторного тока:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Определим напряжение питания. Для этого положим:

IK=0.1IK=6 мА; -допустимое приращение коллекторного тока в результате температурной нестабильности характеристик.

UОСТ=12В - остаточное напряжение на коллекторе.

-напряжение на эмиттере транзистора.

UНС- постоянная составляющая на выходе ИС К265УВ7.

Полученное значение округляем до большего типового значения EK=15В. Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке:

UКЭ=EK -UЭ -IKRK=15-5.37-0.0675=5.13В

Необходимое сопротивление постоянному току в эмиттере:

Для выбора транзистора по энергетическим параметрам запишем систему неравенств:

где UКдоп -максимальное напряжение на коллекторе транзистора

IКдоп -максимальный коллекторный ток транзистора

PКдоп -максимальная допустимая рассеиваемая мощность.

По справочнику выбираем транзистор, удовлетворяющий указанным условиям- КТ610А.