658

Проектирование широкополосного усилительного устройства

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Структурная схема усилителя. Выбор рабочей точки и расчет параметров транзистора. Расчет входного усилительного каскада. Методы исследования, расчета и проектирования широкополосных усилителей гармонических сигналов и импульсных сигналов

Русский

2013-01-06

643.5 KB

108 чел.

Федеральное агентство по образованию

ФГАОУ ВПО Уральский Федеральный Университет

им. 1-го Президента России Б.Н. Ельцина

Кафедра «Радиоэлектроника информационных систем»

Оценка работы        

Члены комиссии      

  

Проектирование широкополосного усилительного устройства

( Вариант № 39)

Курсовой  проект

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

210302 000000 039 П3


Подпись Дата Ф.И.О.

Руководитель   Марков Ю.В.

Студент   Сиренко Д.В.

 

Группа Р-38055ц

Номер зачетной книжки:09853319

Екатеринбург 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ……………………………………………………3

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………4

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ……………………………………………………………5

  1.  Структурная схема усилителя…………………......................................5
  2.  Выбор транзистора……………………………………………….….......6
  3.  Выбор рабочей точки и расчет параметров транзистора…………......8
  4.  Расчет оконечного каскада…………………………………………........9
  5.  Расчет предоконечного усилительного каскада………………………..10
  6.  Расчет буферного каскада………………….………………………........11
  7.  Расчет входного усилительного каскада………………………….......12
  8.  Расчет регулировки усиления…………………………………….........13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………14

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………15

Приложение 1. Результаты проектирования…………………………………16

Приложение 2. АЧХ……………………………………………………………16

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Согласно ТЗ необходимо спроектировать широкополосный усилитель со следующими параметрами:

Коэффициент усиления:

Выходное напряжение:                                 

Сопротивление нагрузки:                                            

Ёмкость нагрузки:                                                         

Сопротивление генератора:                                         

Регулировка усиления:                                              ступенчатая

Полосы частот по уровню 3 дБ                                   10Гц-40МГц

КПД >1%

Особые требования:    На транзисторах


ВВЕДЕНИЕ

Широкополосные усилители предназначены для усиления электрических сигналов, спектры которых простираются от нуля или нескольких герц до многих мегагерц. Они используются в современной импульсной радиосвязи, многоканальной электрической связи, телевидения, измерительной технике и т. д.

Широкополосные усилители применяются как для усиления гармонических сигналов с широкой полосой частот, так и для усиления импульсных сигналов с крутым фронтом и диапазоном длительностей импульсов.

Однако методы исследования, расчета и проектирования широкополосных усилителей гармонических сигналов и импульсных сигналов различны. Расчет широкополосных усилителей гармонических сигналов производится на основе спектральных, а импульсных усилителей на основе временных представлений.


ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

  1.  Структурная схема усилителя.

Так как на одном каскаде трудно реализовать усиление 57 дБ, то для того чтобы обеспечить такой коэффициент усиления, используем сложение двух каскадов.

Структурная схема усилителя, представлена на рисунке

Rг   

 

Входной каскад – Каскад ОЭ(предварительный усилитель).

Буферный каскад – Каскад ОК (для избежания влияния входного каскада на предоконечный) .

Предоконечный каскад – Каскад ОЭ (усилительный каскад).

Оконечный каскад – Каскад ОК (для согласования предоконечного каскада с нагрузкой).

2. Выбор транзистора

Транзистор для широкополосного усилителя в нашем случае выбираем, исходя из следующих условий:

  •  граничная частота
  •  допустимое напряжение коллектор-эмиттер

Нашим требованиям для предоконечного, оконечного и буферного  каскадов  удовлетворяет транзистор производителяNationONEмодель Q2N5180.

Справочные данные транзистора Q2N5180

Наименование

Обозначение

Значения

Режим измерения

min

max

UК, В

IЭ, мА

IК, мА

f, МГц

Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте

|h21э|

8

5

10

100

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ

h21э

60

300

10

10

100

Емкость эмиттерного перехода, пФ

Сэ

2.5

10

Емкость коллекторного перехода, пФ

Ск

5

10

Постоянное напряжение коллектор – эмиттер  

при RБ≤3 кОм……………………………………………………….…..10В

Постоянное напряжение

эмиттер – база……………………………………………………….…...4В

Постоянный ток коллектора……………………………………………30мА

Постоянный рассеиваемая мощность

коллектора…………………………………………………………..…..150 мВт

3.Выбор рабочей точки и расчет параметров транзистора

Рабочей точкой называются ток и напряжение на активном элементе при отсутствие входного воздействия.

Выберем рабочую точку исходя из построения нагрузочной прямой:

- Ток коллектора в рабочей точке:

- Напряжение питания:

- Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке:

находим по входным и выходным характеристикам транзистора.

Рассчитаем параметры транзистора в рабочей точке:

- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ .

Крутизна транзистора:

Собственная постоянная времени транзистора:

4. Расчет оконечного каскада

ЗададимRэ=470 Ом

Тогда эквивалентное сопротивление выходной цепи оконечного каскада:

Коэффициент усиления каскада по напряжению:

Входное сопротивление каскада:

Входная емкость:

Постоянная времени выходной цепи в области верхних частот

Постоянная времени входной цепи

Верхняя граничная частота коэффициента усиления:

5. Расчет предоконечного усилительного каскада

т.к. для данного транзистора Рдоп=225 мВт

Из ряда номиналов Е24 выбираем Rk=1,2 кОм;

Расчет делителя напряжения.

Для получения фиксированного напряжения смещения на базе транзистора применяется резистивный делитель напряжения.

Ток делителя:

Из ряда номиналов E24 выбираем:

Входное сопротивление каскада.

– входная динамическая емкость транзистора

6. Расчет буферного каскада

Зададим Rэ=1000 Ом

Тогда эквивалентное сопротивление выходной цепи оконечного каскада:

Коэффициент усиления каскада по напряжению:

Входное сопротивление каскада:

Входная емкость:

Постоянная времени выходной цепи в области верхних частот

Верхняя граничная частота коэффициента усиления:

7. Расчетвходногоусилительного каскада

т.к. для данного транзистора Рдоп=225 мВт

Из ряда номиналов Е24 выбираем Rk=1,2 кОм;

– входная динамическая емкость транзистора

Коэффициент усиления входной цепи:

Тогда общий коэффициент усиления усилительного устройства равен:

Верхняячастотакоэффициента усиления:

8. Расчет регулировки усиления

В качестве ступенчатой регулировки усиления будем использовать последовательную ООС по току в предоконечном каскаде:

Ku=57 – 20=37 дБ

ТогдаKос=6дБ

Коэффициент передачи цепи ОС:

Фактор обратной связи:

Сопротивление в цепи эмиттера:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В данном курсовом проекте был спроектирован широкополосный усилитель на биполярных транзисторах, была рассчитана  его принципиальная электрическая схема и спроектирована печатная плата. По результатам расчетов и результатам  компьютерного моделирования можно сделать вывод о том, что данный усилитель удовлетворяет техническому заданию с заданной степенью точности.

В связи с тем, что в библиотеках транзисторов в программном пакете «ElectronicsWorkbenchV5.12» представлены модели только зарубежных производителей, я был вынужден использовать аналог транзистора, который изначально планировал задействовать в курсовом проекте,проектирование печатной платы  производилось с помощью программы ОrCAD 9.2.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

  1.  Павлов В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств / В.Н.Павлов, В.Н.Ногин. М.: Радио и связь, 2003. 320с.
  2.  Ровдо А.А. Схемотехника усилительных каскадов на биполярных транзисторах /А.А. Ровдо. М.:Изд.дом «Додэко-ХХI», 2005.256с.
  3.  Титов А.А. Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на биполярных транзисторах: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию для студентов радиотехнических специальностей. – Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2002. 47 с.
  4.  Исследованиеусилительных каскадов приразличныхсхемахвключениятранзистора :метод. указания к лаб. раб. No 1, 2 покурсу «Схемотехника аналоговых электронных устройств» / сост. В.Г.Важенин. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. 39 с.


Приложение1.

Широкополосный усилитель, смоделированный на ПК

Приложение 2 .

АЧХна выходе

АЧХна выходе (по оси ординат вdb)


Входной

каскад

Буферный

каскад

Предоконечный

каскад

Оконечный

каскад


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40144. ОПТИМАЛЬНОЕ РАЗЛИЧЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ 360 KB
  5 Рош а б ОПТИМАЛЬНОЕ РАЗЛИЧЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ Различение двух детерминированных сигналов. Постановка задачи и правило принятия решения Задача различения сигналов находит широкое распространение в дискретной радиосвязи когда передача символа 1 связана с излучением сигнала s1t а передача символа 0 связана с излучением другого сигнала s2t отличающегося от s1t хотя бы одним какимнибудь своим параметром. Поэтому решение о том какой из сигналов принимается может осуществляться с ошибкой. Отсюда возникает задача...
40145. ОПТИМАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА 683 KB
  Очевидно пользователю для извлечения из полученного сигнала сведений следует определить значения параметров сигнала несущих требуемую информацию. Устройство предназначенное для измерения параметров сигнала будем называть измерителем. Кроме того на измерения может существенно влиять наличие у сигнала не только полезных несущих необходимую информацию параметров но и параметров не известных потребителю и не содержащих интересных для него сведений.
40146. ФИЛЬТРАЦИЯ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА 318 KB
  Полезный сигнал st является функцией времени t и многокомпонентного параметра сообщения представляющего собой векторный случайный процесс. Общая задача фильтрации заключается в том чтобы на основании априорных сведений и по наблюдаемой реализации xt процесса t для каждого момента времени t сформировать апостериорную плотность вероятности сообщения . Априорные сведения о вероятностных характеристиках сообщения и помехи nt задаются либо в форме многомерных плотностей вероятности либо в виде дифференциальных уравнений с...
40147. ЛИНЕЙНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ СООБЩЕНИЙ 539 KB
  2 Здесь Ht известная функция несущее колебание; Htt = s[t t] передаваемый сигнал; nt белый гауссовский шум не обязательно стационарный с нулевым средним значением и односторонней спектральной плотностью N0;  постоянный коэффициент определяющий ширину спектра сообщения t. Первое уравнение определяет алгоритм формирования оценки а следовательно и структурную схему фильтра а второе ошибку фильтрации дисперсию оценки сообщения Rt. Коэффициент Kt зависящий от дисперсии оценки сообщения Rt и...
40148. ИНФОРМАЦИЯ В ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЯХ 412.5 KB
  Когда говорят об информации то имеют в виду как объективные сведения о событиях в материальном мире так и получателя этих сведений то есть субъекта. Определить количество информации и передать его с наименьшими потерями по каналам связи не интересуясь смыслом информации это предмет теории информации которую иногда называют математической теорией связи. Качественная сторона информации например её ценность полезность важность исследуется в семантической теории информации.
40149. ИНФОРМАЦИЯ В НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЯХ 1.23 MB
  Представляет интерес определить собственное количество информации заключённое в непрерывном сообщении с тех же позиций что и для дискретного сообщения то есть с использованием понятия энтропии. Замену непрерывной функции времени можно осуществить последовательностью дискретов на основании теоремы Котельникова согласно которой если отсчёты непрерывного сообщения взять через интервал t=1 2Fc где Fc максимальная частота спектра реализации xt то непрерывная функция xt на интервале времени наблюдения [0T] эквивалентна...
40150. ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ КАНАЛА СВЯЗИ 1.03 MB
  Рассматривая появление символа алфавита как реализацию случайной величины можно найти энтропию сообщения на входе канала связи 3. Пусть в канале связи отсутствуют помехи. Пусть в канале связи действуют помехи рис.
40151. ОСНОВЫ ТЕОРИИ КОДИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ 87.5 KB
  Кодирование линии связи заключается в преобразовании закодированного сообщения при котором обеспечивается возможность надежной синхронизации и минимум искажений при трансляции сообщения через линию связи среду передачи информации при этом число исходных комбинаций равно числу закодированных. В теоретическом плане эта возможность основывается на наличии избыточности сообщения. Под избыточностью сообщения понимают разность между максимально возможной и реальной энтропией . Максимально возможная энтропия определяется для случая когда...
40152. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ КОДИРОВАНИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ КОДОВ 146 KB
  По длине кодов и взаимному расположению в них символов различают равномерные и неравномерные коды. Неравномерные коды отличаются тем что кодовые комбинации у них отличаются друг от друга не только взаимным расположением символов но и их количеством при минимизации средней длины кодовой последовательности. Очевидно что средняя длина неравномерного кода будет минимизироваться тогда когда с более вероятными сообщениями источника будут сопоставляться более короткие комбинации канальных символов. Тем самым создается возможность обнаружения и...