Расчёт видео усилителя

2. Расчёт структурной схемы.

Амплитуда входного и выходного тока:

I_{вх m} = U_{вх m} / R_ист; I_{вх m} = 0,0015 /510^-3 = 3 мкА;

I_{вых m} = U_{вых m} / R_ист ;

I_{вых m} = 0,25 / 50 = 5 мА;

Определим общий коэффициент усиления:

К_{т общ} = I_{вых m} / I_{вх m};

К_{т общ} = 0,005 / 310^-6 = 1666;

Полярность входного сигнала должна соответствовать полярности выходного, поэтому число каскадов видео усилителя должно быть чётным.

Табл.1

N	1-2	2-3	3-4	4-5
Кр	Сотни раз	Тысячи раз	Десятки тысяч раз	Сотни тысяч раз

Согласно таблице 1 выбираем количество каскадов, исходя из рассчитываемого коэффициента усиления, учитывая, что количество каскадов должно быть полным:

N = 2;

Проверяем возможность усиления двумя каскадами:

К_{т необх} = К_{т общ} / К_{т ок} ;

К_{т необх} = 1666 / 50 = 33

Для согласования со входом предающей трубкой нужно добавить эмиттерный повторитель. Обычно транзистор в промежуточном каскаде включают по схеме с общим эмиттером. Полоса пропускания каскада с ОЭ зависит от граничной частоты f_h21б (граничная частота усиления потоку). В каскадах применяется эмиттерная высокочастотная коррекция, поэтому полоса пропускания будет также зависеть от наличия этой коррекции, от глубины отрицательной обратной связи и коэффициента коррекции. Отрицательная обратная связь расширяет полосу пропускания, но уменьшает коэффициент усиления по мощности предыдущего каскада. При использовании в предварительных каскадах транзисторов с низкой граничной частотой f_h21б для получения требуемой полосы пропускания приходиться увеличивать число каскадов.

Исходя из заданных условий, выбираем транзистор:

КТ312Б – n-p-n.

Табл.2

h21e	25-100	к	500 пс	Uкэ нас	0,18 В	Пт	50 МГц
fт	120 МГц	h21э	30	Iк доп	30 мА	iэб0	0,1 мкА
Ск	5 пФ	rб	80 Ом	iкб0 доп	0,2 мкА	Uкэм	30 В

Рк

225 мВт

Uкэ м

30 В

Uбэ нас

0,83 В

rб

80 Ом

Граничная частота транзистора равна:

f_h21б = mf_т ;

f_h21б = 1,6120 = 192 МГц ,

где m для диффузионных транзисторов равен 1,6.

Рассчитываем коэффициент усиления по току промежуточного каскада:

К_{т пк} = (0,2h_21э)²N_общ – 1 ;

К_{т пк} = (0,250)²(2-1) = 100 ;

Очевидно, что требуемое К_{т пк необх} = 100 от двух каскадов промежуточного усиления получить можно.

Произведём распределение допустимых на весь видео усилитель частотных искажений М_н и М_в между его цепями:

Табл.3.

Наименование каскадов и цепей	Допустимые искажения в дБ.
	НЧ	ВЧ
Выходная цепь ЭП	0	0
Входная цепь ЭП	0,5	0,7
Цепь эмиттерной стабилизации 2 каскада	0,35	0,3
Входная цепь 2 каскада	0,7	0,75
Цепь эмиттерной стабилизации 1 каскада	0,35	0,1
Входная цепь ВУ	0,7	0,75
Всего:	2,6	2,6

Рис. 1. Структурная схема видео усилителя

3. Расчёт эмиттерного повторителя, работающего на кабель.

Находим необходимый размах эмиттерного тока:

I_э = U_вых / R_н;

I_э = 0,25 / 50 = 0,005 А = 5 мА;

Максимальный ток коллектора:

i_{к мах} = 3I_э;

i_{к мах} = 35 = 15 мА;

Необходимая граничная частота усиления:

f_h21б  (10…20)F_в;

f_h21б  206 = 120 МГц;

Выбираем транзистор для оконечного каскада: ГТ 308Б

Табл.4

h21э	50-120	fT	120МГц	ik max	50 мА	CK	8пФ
rб	50 Ом	rэ	2.6 Ом	Uкэ мах	12 В	Uкб мах	20 В
Pk max	150 мВт	Тп	55 С

Определим напряжение источника коллекторного питания 2,8 В:

Е_к  i _{k max}R_н + е_кост;

Е_к  1550 + 0,7 = 1,45 В;

Принимаем стандартное значение напряжения источника Е_К=1,5 В

13. Определяем средний ток коллектора:

I_cр = Е_к / 2R_н ;

I_cр = 1,5 / 100 = 0,015 А = 15 мА;

14. Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе:

Р_к = I_{к ср} Е_к ;

Р_к = 0,0151,5 = 0,0225 Вт ;

Строим статические характеристики транзистора и определяем режим работы (см. приложение).

По статическим характеристикам определяем токи коллектора:

I_{к max} = 15 мА;

I _{k min} = 5 мА ;

I_{к 0} = 10 мА;

17. По выходным статическим характеристикам определяем токи базы и напряжения эмиттер – база :

I_{б max} = 0,3 мА ;

I _{б min} = 0,1 мА ;

I _б0 = 0,2 мА ;

U_{бэ max} = 0,2 В;

U_{бэ min} = 0,12 В;

U_бэ0 = 0,15 В;

Рассчитываем параметры эквивалентной схемы транзистора в рабочей точке:

С _к = С_{к спр}³ U _{кэ опр} / U _кэ0 ;

С _к = 8 ³ 12 /0,7 = 20,6 пФ ;

r_э = 26 / I _к0 ;

r_э = 26 / 14 = 1,8 Ом;

18. Определяем диффузионную ёмкость:

С_эд = 1 / 2f_h21бr_э ;

С _эд = 1 / 23,1412010⁶2,6 = 5,110^-10 Ф;

19. Определим время обратной связи:

_к = r_б С_к ;

_к = 508 = 400 пс;

20. Входное сопротивление транзистора по схеме с общим эмиттером:

R_{вх оэ} = r_б + r_э(1 + h_21э ) ;

R_{вх оэ} = 50 +2,6(1 + 77) = 252,8 Ом ;

Крутизна характеристики эмиттерного тока:

S_э = 1 + h_21э / r_б + r_э(1 + h_21э ) ;

S_э = 78 / 252,8 = 0,301 А/В;

22. Определяем величину сквозной характеристики эмиттерного тока:

S_{э скв} = 1 + h_21э / R_иэ + r_б + r_э(1 + h_21э ) ;

S_{э скв} = 78 / 1000 + 252,8 = 0,06 А/В ,

считаем , что эквивалентное сопротивление источника R_иэ = R_{к пр} = 1000 Ом ;

Определяем коэффициент передачи эмиттерного повторителя:

К_эп = S_эR_н / 1 + S_эR_н ;

К_эп = 0,30150 / 1 + (0,30150) = 0,94 ;

23. Входное сопротивление ЭП:

R_{вх эп} = R_{вх оэ} (1 + S_эR_н) ;

R_{вх эп} = 252,8(1 + 0,30150) = 4057,44 Ом ;

24. Рассчитываем выходное сопротивление :

R_вых = 1 / S_{э скв} ;

R_вых = 1 / 0,06 = 17 Ом ;

Строим входную вольт-амперную характеристику транзистора и отмечаем рабочую точку (см приложение).

26. Рассчитываем цепь температурной стабилизации режима :

T _nmax = Т_{0 окр max}+ Р_расR_пс ;

T _nmax = 30 + 15010^-30,225 = 30,03С ,

Если T _nmax  T _{n спр} , то радиатор не нужен.

Принимаем температуру переходов минимальную T _{n min} = 10С ;

27. Рассчитываем максимальное и минимальное значение напряжения база-эмиттер :

U_{бэ max} = U_бэ0 + 0,0022(20 - T _{n min}) ;

U_{бэ max} = 0,15 + 0,0022(20 - 10) = 0,172 В ;

U_{бэ min} = U_бэ0 - 0,0022(T _{n max} - 20 ) ;

U_{бэ min} = 0,15 – 0,0022(30,03 - 20) = 0,13 В ;

28. Принимаем сопротивление резистора в цепи базы :

R _д2 = (3 – 5)R_{к пр} = 4000 Ом ;

29. Рассчитываем сопротивление делителя R _д1 :

R_д1 = R _д2 (h_{21э min} / (1 + h_{21э min}))(Е _ист - U_{бэ max} ) – R_{э ст} I_kmin

(R_эст+ R_д2 )I _{k min}–(h_{21э min} /1+h_{21э min})( I _{k0 min} R_д2-U_{бэ max}) R _д1

R _д1 =(4000(50/51)(1,5–0,172) -50510^-3)/(4050510^-3-(50 /51)19,58) =5190 Ом ;

30. Определяем эквивалентное сопротивление делителя :

R _д = R _д1R _д2 / R _д1 + R _д2 ;

R _д = 51904000 / 5190 +4000 = 2260 Ом ;

31. Так как R_{вх эп} R _д , то коллекторная цепь ПОК включается в ОК без разделительного конденцатора и делителя в цепи базы..

4.Расчёт ПОК видео усилителя

32. Определяем напряжения эмиттер - земля и база - земля электронного прибора в точке покоя , то есть проверяем возможность получения от предыдущего каскада напряжения и тока видеосигнала :

U _эз0 = I_{к 0}R_н ;

U _эз0 = 1010^-350 = 0,5 В ;

U_бз0 = -( U_эз0 + U_бэ0 ) ;

U _бз0 = - (0,5 + 0,15) = -0,65 В ;

33. Размах тока базы электронного прибора :

I_б = I_э / 1 + h_21э ;

I_б = 510^-3 / 78 = 64 мкА ;

34. Размах тока в цепи коллектора :

I _{к пр} = I _б(R_{вх эп} / R_кпр) ;

I _{к пр} = 6410^-6 (4057 / 1000) = 0,026 мА ;

35. Определяем ток покоя транзистора ПОК :

I _{к0 пр} = 2I _{к пр} ;

I _{к0 пр} = 20,0026 = 0,052 мА ;

36. Определяем падение напряжения на резисторе R_к :

U_{Rк пр} = I _{к0 пр} R_{к пр} ;

U_{Rк пр} = 0,05210^-31000 = 0,052 В ;

37. Е _ист = 1,5 В, то напряжение на резисторе развязывающего фильтра :

U_{Rф пр} = Е_ист -  U _{кз пр} + U_{Rк пр}  ;

U_{Rф пр} = 1,5 - -0,65 + 0,052 = 0,9 В ;

38. Определяем сопротивление резистора фильтра :

R_{ф пр} = U_{Rф пр} / I _{э0 пр} ;

R_{ф пр} = 0,9 / 0,05210^-3 = 17307 Ом ;

Принимаем стандарт ОМЛТ – 0,125 R_{ф пр}=18 кОм ;

5.Рассчёт и построение сквозной динамической характеристики

39. Рассчитываем сквозную динамическую характеристику транзистора :

U _вых = f(Е _иэ) ;

U _вых = f(U _вх) ;

Данный расчёт сведём в таблицу.

Рассчитываем токи эмиттера :

i_э1 = i_к1 + i_б1 = 3 + 0,08 = 3,08 мА ;

i_э2 = i_к2 + i_б2 = 5 + 0,1 = 5,1 мА ;

i_э3 = i_к3 + i_б3 = 10 + 0,2 = 10,15 мА ;

i_э4 = i_к4 + i_б4 = 13 + 0,25 = 13,17 мА ;

i_э5 = i_к5 + i_б5 = 15 + 0,3 = 15,2 мА ;

i_э6 = i_к6 + i_б6 = 16 + 0,35 = 16,22 мА ;

Рассчитываем напряжения эмиттер-земля :

U _эз1 = i _э1R_э = 0,0030850 = 0,154 В;

U _эз2 = i _э2R_э = 0,005150 = 0,256 В;

U _эз3 = i _э3R_э = 0,0101550 = 0,507 В;

U_эз4 = i_э4R_э = 0,0131750 = 0,658 В;

U_эз5 = i_э5R_э = 0,015250 = 0,76 В;

U_эз6 = i_э6R_э = 0,0162250 = 0,81 В;

Рассчитываем входные напряжения :

U _вх1 = U _бэ1 + U _эз1 = 0,254 В;

U _вх2 = U _бэ2 + U _эз2 = 0,376 В;

U _вх3 = U _бэ3 + U _эз3 = 0,66 В;

U _вх4 = U _бэ4 + U _эз4 = 0,83 В;

U _вх5 = U _бэ5 + U _эз5 = 1,06 В;

U _вх6 = U _бэ6 + U _эз6 = 1,03 В;

Рассчитываем напряжения источник-земля :

Е _из1 = U _вх1 + i_б1  R _из = 0,334 В;

Е _из2 = U _вх2 + i_б2  R _из = 0,476 В;

Е _из3 = U _вх3 + i_б3  R _из = 0,86В;

Е _из4 = U _вх4 + i_б4  R _из = 1,08 В;

Е _из5 = U _вх5 + i_б5  R _из = 1,36 В;

Е _из6 = U _вх6 + i_б6  R _из = 1,38 В;

Табл. 5

N точек	I к, мА	iб,мА	Uкэ, В	U бэ , В	iэ , мА	U эз , В	U вх , В	Е из, В
1	3	0,08	1,25	0,1	3,08	0,154	0,254	0,334
2	5	0,1	1,15	0,12	5,12	0,256	0,376	0,476
3	10	0,2	0,6	0,15	10,15	0,507	0,66	0,86
4	13	0,25	0,25	0,17	13,17	0,658	0,83	1,08
5	15	0,3	0	0,2	15,2	0,760	1,06	1,36
6	16	0,35	0	0,22	16,22	0,811	1,03	1,38

40. По сквозной динамической характеристике определяем коэффициент передачи транзистора :

К’_{ср эп} = U _{вых max} - U _{вых рт} / U _{вх max} - U _{вх рт} ;

К’_{ср эп} = 0,811 – 0,507 / 1,06 – 0,66 = 0,76

К’_{ср эп} = U _{вых рт} - U _{вых min} / U _{вх рт} - U _{вх min} ;

К’_{ср эп} = 0,507 - 0,154 / 0,66 – 0,254 = 0,869 ;

Содержание

Развёрнутое техническое задание……………………….….……3

Введение……………………………………………………..…….4

Расчёт структурной схемы……………………………………….5

Расчёт ЭП, работающего на кабель………………………….…..8

Расчёт ПОК видео усилителя…………………………………...11

Расчёт и построение сквозной динамической хар-ки…………12

Заключение……………………………………………………….14 Список литературы………………………………………………15 Приложение………………………………………………………16

Задание для курсового проектирования

по курсу “Телевидение”

учащемуся дневного отделения курса 3 группы РРТ-01

колледжа «Энтел» при Алматинском институте энергетики и связи

Луганскому Денису Николаевичу.

Тема задания: Расчёт видео усилителя.

Исходные данные:

Передающая трубка…………………………….. ЛИ-420

Полоса частот……………………………………50 Гц-6 МГц

Искажения на f_max не более……………………..15 %

Выходной сигал………………………………….0,25 В

Размер мишени……………………..……………9,512,7 мм

Разрешающая способность в центре……………600

Сопротивление нагрузки…………………………50 Ом

Сопротивление источника……………………….5 кОм

М_н = М_в ………………………………………….. 2,6

Выходная ёмкость………………………………..8 пФ

При выполнении курсового проекта должны быть представлены:

Введение

1. Расчёт структурной схемы и определение числа каскадов пред усилителя;

Электрический расчёт эмиттерного повторителя, работающего на кабель.

3. Электрический расчёт пред оконечного каскада.

4. Расчёт и построение динамической характеристики. Расчёт коэффициента передачи пред оконечного каскада.

Заключение

Приложение

Список используемой литературы.

Графическая часть:

1.Структурная схема видео усилительного устройства.

2.Принципиальная электрическая схема устройства.

Лист замечаний

Введение

Видео усилитель – это усилитель, который усиливает электрический видеосигнал, который состоит из меняющихся картинок изображения. Для точного воспроизведения формы сигнала усилитель не должен вносить больших частотных и фазовых искажений. Для того, чтобы искажения формы сигнала отсутствовали, фазовые сдвиги в усилителе либо должны вообще отсутствовать, либо величина их должна быть пропорциональна частоте.

В данной курсовой работе нам нужно спроектировать и рассчитать предварительный усилитель телевизионной камеры, работающий на 50-омный кабель.

6. Прил