Усилитель мощности для 1-12 каналов TV

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

 Усилитель мощности для 1-12 каналов TV

Пояснительная записка к курсовому

проекту по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств»

Выполнил

студент гр.148-3

______Далматов В.Н.

Проверил

преподаватель каф. РЗИ

______Титов А.А.

2001

Содержание

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

2.Техническое задание ......................................................................4

3.Расчётная часть …...........................................................................5

3.1 Определение числа каскадов ...........................................…..5

3.2 Распределение линейных искажений в области ВЧ ........….5

3.3 Расчёт выходного каскада……………………………............5

3.3.1 Выбор рабочей точки...................................................5

3.3.2 Выбор транзистора...................................................…9

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

3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации…...………..........12

3.4 Расчёт входного каскада по постоянному току………..…..16

3.4.1 Выбор рабочей точки……………………….............16

3.4.2 Выбор транзистора………………………….............16

3.4.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора…...........17

3.4.4 Расчёт цепей термостабилизации.…………............17

3.5 Расчёт корректирующих цепей……………………..............18

3.5.1 Выходная корректирующая цепь………….............18

3.5.2 Расчёт межкаскадной КЦ……………………..........19

3.5.3 Расчёт входной КЦ …………………………............22

3.6 Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей………………………………………...…...............24

4 Заключение…………………………………………….…………26

5 Приложение А……………………………………………………27

6 Приложение Б…………………………………………………….29

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

1. Введение

В данной курсовой работе требуется рассчитать усилитель мощности для 1-12 каналов TV. Этот усилитель предназначен для усиления сигнала на передающей станции, что необходимо для нормальной работы TV-приёмника, которого обслуживает эта станция. Так как мощность у него средняя(5 Вт), то применяется он соответственно на небольшие расстояния(в районе деревни, небольшого города).В качестве источника усиливаемого сигнала может служить видеомагнитофон, сигнал принятый антенной ДМВ и преобразованный в МВ диапазон. Так как усиливаемый сигнал несёт информацию об изображении, то для получения хорошего качества изображения на TV-приёмнике на усилитель налагаются следующие требования: равномерное усиление во всём диапазоне частот и при этом иметь достаточную мощность и требуемый коэффициент усиления. С экономической точки зрения должен обладать максимальным КПД.

Достижение требуемой мощности даёт использование схемы каскада со сложением напряжения. 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.

2. Техническое задание

Усилитель должен отвечать следующим требованиям:

1.   Рабочая полоса частот: 49-230 МГц

2.   Линейные искажения

в области нижних частот не более 2 дБ

в области верхних частот не более 2 дБ

3.   Коэффициент усиления 25 дБ

4.   Мощность выходного сигнала Pвых=5 Вт

5.   Сопротивление источника сигнала и нагрузки Rг=Rн=75 Ом

3. Расчётная часть

3.1 Определение числа каскадов.

При выборе числа каскадов примем во внимание то, что у мощного усилителя один каскад с общим эмиттером позволяет получать усиление до 6 дБ, а так как нужно получить 15 дБ оптимальное число каскадов данного усилителя равно трём, тогда, в общем, усилитель будет иметь коэффициент усилния 18 дБ (запас 3 дБ).

3.2 Распределение линейных искажений в

области ВЧ

Расчёт усилителя будем проводить исходя из того, что искажения распределены между каскадами равномерно, а так как всего три каскада и общая неравномерность должна быть не больше 2 дБ, то на каждый каскад приходится по 0,7 дБ.

3.3           Расчёт выходного каскада

3.3.1 Выбор рабочей точки

Для расчёта рабочей точки следует найти исходные параметры Iвых и Uвых, которые определяются по формулам:

Для каскада со сложением напряжений будут справедливы те же формулы , но нагрузка ощущаемая каждым транзистором будет составлять половину R_н и мощность каждого транзистора будет равна половине исходной мощности. Тогда исходные параметры примут следующие значения:

Выберем, по какой схеме будет выполнен каскад: с дроссельной нагрузкой, резистивной нагрузкой или по схеме со сложением напряжений. Рассмотрим эти схемы и выберем ту, которую наиболее целесообразно применить.

А) Расчёт каскада с резистивной нагрузкой:

Схема каскада представлена на рисунке 3.3.1

Рисунок 3.3.1 Схема каскада с резистивной нагрузкой

 

где U_ост – остаточное напряжение на коллекторе и при расчёте берут равным U_ост=(1~3)В. Тогда:

Напряжение питания выбирается равным плюс напряжение на :

Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они приведены на рисунке 3.3.2.
. Рисунок 3.3.2. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току

Произведём расчет мощностей: потребляемой и рассеиваемой на коллекторе, используя следующие формулы:

Б) Расчёт дроссельного каскада:

Схема дросеельного каскада представлена на рисунке 3.3.3.

Рисунок 3.3.3. Схема дроссельного каскада.

Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они представлены на рисунке 3.3.4.

Рисунок 3.3.4 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Произведём расчёт мощности :

Каскад с дроссельной нагрузкой имеет лучшие параметры по сравнению с каскадом с резистивной нагрузкой. Это и меньшее напряжение питания, и меньшая рассеиваемая транзистором мощность, однако, не удается найти транзистор который бы выдавал необходимую на нагрузку мощность (по заданию 5 Вт) в заданной полосе частот (49-230 МГц).Поэтому рассчитаем каскад со сложением напряжений. В схеме со сложением напряжений, мощности, выдаваемые двумя транзисторами, складываются на нагрузке. То есть каждый транзистор должен отдавать лишь половину необходимой на нагрузке мощности.

В) Расчёт каскада со сложением напряжений:

Схема каскада со сложением напряжений представлена на рисунке 3.3.5.

Рисунок 3.3.5. Схема каскада со сложением напряжений.

Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они представлены на рисунке 3.3.6.

Рисунок 3.3.6 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Произведём расчёт мощности :

Для удобства сравнения каскадов составим таблицу в которую занесем напряжение питания каскадов, потребляемую и рассеиваемую ими мощности, а так же напряжение коллектор-эммитер и ток коллектора.

Табл. 3.3.1 характеристики каскадов

Анализируя полученные результаты представленные в таблице 3.3.1 можно прийти к выводу, что целесообразней использовать схему каскада со сложением напряжений, так как значительно снижаются потребляемая мощность и величина питающего напряжения. Так же выбор каскада со сложением напряжений обусловлен большой полосой пропускания, по заданию от 49МГц до 230МГц, и достаточно большой выходной мощностью – 5 Вт. При выборе другого каскада, резестивного или дроссельного, возникают проблемы с выбором транзистора, тогда как каскад со сложением напряжений позволяет достич заданные требования.

3.3.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров:

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

;

2.           предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер

;

3.            предельно допустимого тока коллектора

;

4.            предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе

.

Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ934Б. Его основные технические характеристики приведены ниже.[1]

Электрические параметры:

1.            Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;

2.            Постоянная времени цепи обратной связи при В пс;

3.            Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;

4.            Ёмкость коллекторного перехода при В пФ;

5.           

6.            Индуктивность вывода базы нГн;

7.           

8.            Индуктивность вывода эмиттера нГн

Предельные эксплуатационные данные:

1.            Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;

2.            Постоянный ток коллектора А;

3.            Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт;

3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора

Существует много разных моделей транзистора. В данной работе произведён расчёт моделей: схемы Джиаколетто и однонаправленной модели на ВЧ.

В соответствии с [2, 3,], приведенные ниже соотношения для расчета усилительных каскадов основаны на использовании эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 3.3.7, либо на использовании его однонаправленной модели [2, 3] приведенной на рисунке 3.3.8

А) Расчёт схемы Джиаколетто:

Схема Джиаколетто представлена на рисунке 3.3.7.

Рисунок 3.3.7 Схема Джиаколетто.

Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода по формуле:

(2.9)

При чём  и  доложны быть измерены при одном напряжении Uкэ. А так как справочные данные приведены при разных напряжниях, необходимо воспользоваться формулой перехода, котоая позволяет вычислить  при любом значении напряжения Uкэ:

(2.10)

в нашем случае:

Подставим полученное значение в формулу :

, тогда

Найдем значения остальных элементов схемы:

, где (2.11)

– сопротивление эмиттеного перехода транзистора

Тогда

Емкость эмиттерного перехода:

Выходное сопртивление транзистора:

(2.12)

(2.13)

Б) Расчёт однонаправленной модели на ВЧ:

Схема однонаправленной модели на ВЧ представлена на рисунке 3.3.8 Описание такой модели можно найти в [3].

Рисунок 3.3.8 однонаправленная модель транзистора

Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам.

Входная индуктивность:

,

где –индуктивности выводов базы и эмиттера, которые берутся из справочных данных.

Входное сопротивление:

, (3.3.4)

Выходное сопротивление имеет такое же значение, как и в схеме Джиаколетто:

.

Выходная ёмкость- это значение ёмкости  вычисленное в рабочей точке:

.

3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации

При расчёте цепей термостабилизации нужно для начала выбрать вариант схемы. Существует несколько вариантов схем термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. Рассмотрим эти схемы.

3.3.4.1 Эмиттерная термостабилизация

Эмитерная стабилизация применяется в основном в маломощных каскадах и является достачно простой в расчёте и при этом эффективной. Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 3.3.9. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [4].

Рисунок 3.3.9 эммитерная термостабилизация

Расчёт производится по следующей схеме:

1.Выбираются напряжение эмиттера  и ток делителя , а также напряжение питания ;