Усилитель модулятора системи запису компакт-дисків

Радіоелектроніка

Міністерство освіти

Російської Федерації

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УНІВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛІННЯ ТА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

(ТУСУР)

Кафедра радіоелектроніки та захисту інформації (РЗІ)

Усилитель модулятора системи запису компакт-дисків.

Пояснювальна записка до курсового проекту з дисципліни:

«Схемотехніка аналогових електронних пристроїв »

Виконав студентгр.149-3

________ Радишевський
Е.В.

Перевірив викладач каф. РЗІ

________ Титов А.А.

2002

РЕФЕРАТ

Курсова робота 36с., 12 рис., 1 табл., 10 джерел, 1додаток.

підсилювальний каскад, ТРАНЗИСТОР, КОЕФІЦІЄНТ ПЕРЕДАЧІ, Частотний
Искажения, ДІАПАЗОН ЧАСТОТ, НАПРУГА, ПОТУЖНІСТЬ, термостабілізація,
КОРЕГУЮТЬСЯ ЛАНЦЮГ, односпрямованої МОДЕЛЬ.

Об'єктом дослідження в даній курсовій роботі є методирозрахунку підсилювальних каскадів на основі транзисторів.

Мета роботи - набути практичних навичок у розрахунку підсилювальнихкаскадів на прикладі вирішення конкретного завдання.

У процесі роботи проводився розрахунок різних елементівширокосмугового підсилювача.

Пояснювальна записка виконана у текстовому редакторі Microsoft
Word ХР.

Зміст

1.Вступ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 4
2.Технічні завдання ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 7
3.Расчетная частина ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
3.1 Структурна схема підсилювача ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
3.2 Розподіл лінійних спотворень в області ВЧ ... ... ... .8
3.3 Розрахунок вихідного каскаду ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8

3.3.1 Вибір робочої точки ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8

3.3.2 Вибір транзистора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 12

3.3.3 Розрахунок еквівалентної схеми транзистора ... ... ... 13

3.3.4 Розрахунок смуги пропускання ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16

3.3.5 Розрахунок ланцюгів термостабілізації ... ... ... ... ... .... .. 17
3.4 Розрахунок проміжного каскаду по постійному струму. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 23

3.4.1 Вибір робочої точки ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23

3.4.2 Вибір транзистора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23

3.4.3 Розрахунок проміжного каскаду ... ... ... ... ... ... ... .24

3.4.4 Розрахунок смуги пропускання ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25

3.4.5 Розрахунок ланцюгів термостабілізації. ... ... ... ... ... ... .. 26
3.5 Розрахунок вхідного каскаду по постійному струму. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 26

3.5.1 Вибір робочої точки ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26

3.5.2 Вибір транзистора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26

3.5. 3 Розрахунок вхідного каскаду ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 27

3.5.4 Розрахунок смуги пропускання ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27

3.5.5 Розрахунок ланцюгів термостабілізації. ... ... ... ... ... ... .. 29
3.6 Розрахунок розділових і блокувальних ємностей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 30
4 Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... .32
Список використаних джерел ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
Додаток А ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
Схема принципова ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 34
РТФ КП.468740.001 ПЗ. Перелік елементів ... ... ... ... ... ... ... 35,36

1.Вступ

Метою даної роботи було проектування підсилювача модуляторасистеми запису компакт дисків [1] (підсилювача модулятора лазерноговипромінювання [2]). Даний підсилювач є важливим компонентом дефлектора абоіншими словами пристрою призначеного для управління світловогопучка, в даному випадку лазерного випромінювання [3], [4]. Робота дефлекторадоцільна за умови виникнення кута Брег і заснована на явищідифракції світла на звуці. Через звукопровод виготовлений з кристалапарателлуріта, в якому за допомогою пьезо перетворювача порушуєтьсязвукова хвиля утворює всередині даного кристала біжить дифракційнихграти. Що проходить промінь діфрагірует на цій решітці, тобто відхиляється відпочаткового направлення на кут пропорційно частоті звуку. При цьомуйого інтенсивність виявляється пропорційна потужності звуковихколивань. П'єзо елемент грає роль перехідника, між кристалом іпідсилювачем потужності в роботі дефлектора і являє собою пьезоелектрікперетворює коливання електричного сигналу в коливання звуковогосигналу. Даний перетворювач характеризується імпедансом або іншимисловами комплексним опором (який у нашому випадку складає
). До входу даного перетворювача підключається розробленийпідсилювач. Дефлектор використовується для сканування лазерного пучка в однійплощині, але при паралельному включенні двох дефлекторів, можливоуправління світловим пучком і в двох мірному просторі. У результатівисокої монохроматичністю, лазерне випромінювання має низький рівеньрозбіжність, що дозволяє домогтися гарної фокусування на великихвідстанях. Дане явище за рахунок своєї видовищності знаходить широкезастосування при проведенні тожеств, прийомах, у рекламних компаніях і впередвиборчих перегонах. Маючи так само велику точність, то є можливістьдомогтися при використанні дефлектора дуже незначних відхиленьсвітлового пучка від заданої точки, даний прилад може застосовуватися вмікрохірургії та виготовленні надскладних печаток, штампів, документів іцінних паперів.

На прикладі можемо розглянути принцип роботи дисковода CD-ROM таздійснення запису на компакт-диск [5].

Звичайний процес виготовлення компакт-диска складається з кількохетапів. Як правило, вони включають в себе наступні операції: підготовкуінформації для запису на майстер-диск (перший зразок), виготовлення самогомайстер-диска та матриць (негатив майстер-диска), тиражування компакт-дисків.
Закодована інформація наноситься на майстер-диск лазерним променем, якийстворює на його поверхні мікроскопічні западини, що їх поділяє плоскимиділянками. Цифрова інформація представляється тут чергуванням западин
(противідображального плям) і відбивають світло острівців. Копії негативу майстер -диска (матриці) використовуються для пресування самих компакт-дисків. Відзначимо,що сформовані лазерним променем западини дуже малі за розміром. Приблизно
30-40 западин відповідають товщині людської волосини, а це приблизно 50мкм.

У приводі компакт-дисків можна виділити кілька базових елементів:лазерний діод, Сервомотори, оптичну систему (що включає в себерозщеплюють призму) і фотодетектора.

Отже, зчитування інформації з компакт-диска, так само як і запис,відбувається за допомогою лазерного променя, але, зрозуміло, меншої потужності.
Сервомотори по команді від внутрішнього мікропроцесора приводу переміщуєвідображає дзеркало. Це дозволяє точно позиціонувати лазерний промінь наконкретну доріжку. Такий промінь, потрапляючи на що відображає світло острівець, черезрозщеплюють лінзу відхиляється на фотодетектора, який інтерпретує цеяк двійкову одиницю. Промінь лазера, що потрапляє в западину, розсіюється іпоглинається - фотодетектора фіксує двійковий нуль. Як відображаєповерхні компакт-дисків зазвичай використовується алюміній. Зрозуміло, всяповерхня компакт-диска покрита прозорим захисним шаром.
На відміну, наприклад, від вінчестерів, доріжки яких представляютьконцентричні кола, компакт-диск має всього одну фізичнудоріжку у формі безперервної спіралі, що йде від зовнішнього діаметра диска довнутрішнього. Проте, одна фізична доріжка може бути розбита надекілька логічних.

У той час як всі магнітні диски обертаються з постійним числомоборотів в хвилину, тобто з незмінною кутовою швидкістю (CAV, Constant
Angular Velocity), компакт-диск обертається звичайно зі змінною кутовийшвидкістю, щоб забезпечити постійну лінійну швидкість при читанні (CLV,
Constant Linear Velocity). Таким чином, читання внутрішніх сторивздійснюється зі збільшеним, а зовнішніх - зі зменшеним числомоборотов.Іменно цим обумовлюється досить низька швидкість доступу доданими для компакт-дисків у порівнянні, наприклад, з вінчестерами.

Тепер перейдемо безпосередньо до принциповою схемою.
Через велику навантажувальної ємності відбувається помітний спад амплітудно -частотної характеристики в області високих частот. В результаті чогоз'являється основна проблема при проектуванні даного підсилювачащо полягає в тому, щоб забезпечити необхідну коефіцієнт посилення взаданій смузі частот.

Найбільшою широкосмугового, при роботі на ємнісні навантаження,володіє підсилювальний каскад з паралельною негативним зворотним зв'язкомпо напрузі [6]. Він і був обраний як вихідного каскадурозробленого широкосмугового підсилювача потужності. Так само в порівнянні ззвичайним резистивним каскадом вибраний варіант є більш економічним. Длякомпенсації завалу АЧХ в області верхніх частот при застосуванні резистивногокаскаду довелося б ставити в ланцюзі колектора дуже мале опірблизько 6 Ом, для зменшення загального вихідного опору каскаду, щоприродно призвело б до збільшення струму в ланцюзі колектора і розсіюваноюпотужності, а відповідно і до вибору дорожчого за всіма параметрамитранзистора. Для вихідного, каскаду була використана емітернийтермостабілізація [7]. У результаті запропонованого рішення на першійкаскаді, домоглися посилення в 6 дБ з спотвореннями складові 1дБ. Уяк проміжний і вхідного використані каскади з комбінованоюзворотним зв'язком [6], що володіють активним і постійним в смузі пропусканнявихідним опором. Ці каскади реалізовані на транзисторах 2T996А.
Для забезпечення необхідної температурної стабілізації цілком підійшлаемітерний стабілізація. У результаті на другому каскаді, домоглися посилення
18 дБ, і на третьому також 18 дБ.

Для зменшення споживаної потужності та збільшення ККД з 1,4 до 28відсотків, в ланцюзі колектора опір замінюємо дроселем опірякого в робочому діапазоні частот багато більше, ніж загальна опірнавантаження.

У результаті запропонованого рішення загальний коефіцієнт посилення склав
42 дБ.

2. Технічне завдання

Усилитель повинен відповідати наступним вимогам:
1. Робоча смуга частот: 1-100 МГц.
2. Лінійні спотворення в області нижніх частот не більше 3 дБ, в області верхніх частот не більше 3 дБ.
3. Коефіцієнт підсилення 30 дБ.
4. Амплітуда вихідної напруги Uвых = 4 В.
5. Діапазон робочих температур: від +10 до +60 С0.
6. Опір джерела сигналу Rг = 50 Ом.
7. Опору навантаження Rн = 1000 Ом.
8. Ємність навантаження Сн = 40 пФ.

3. Розрахункова частина

3.1 Структурна схема підсилювача.

Для забезпечення заданого коефіцієнта посилення рівного 30 дБпри коефіцієнті підсилення транзистора близько 10дБ, приймемо число каскадівпідсилювача рівне 3.

Структурна схема, представлена на малюнку 3.1, містить крімпідсилювальних каскадів ланцюга негативного зворотного зв'язку, джерело сигналу інавантаження.

3.2 Розподіл лінійних спотворень в області ВЧ

Розрахунок підсилювача будемо проводити виходячи з того, що спотворення [7]розподілені між каскадами рівномірно, а так як лише три каскаду ізагальна нерівномірність повинна бути не більше 3 дБ, то на кожен каскадприпадає по 1 дБ.

3. Розрахунок вихідного каскаду

3.3.1 Вибір робочої точки

Як зазначалося вище в якості вихідного каскаду будемо використовуватикаскад з паралельною негативним зворотним зв'язком по напрузіщо володіє найбільшою широкосмугового, при роботі на ємнісні навантаження.

Розрахуємо робочу точку двома способами:
1.При використанні дроселя в ланцюзі колектора.
2.За використанні активного опору Rк в ланцюзі колектора.

1.Расчет робочої точки при використанні при використанні дроселя в ланцюзіколектора.

Опір зворотнього зв'язку Rос знаходимо виходячи з запланованої навихідний каскад коефіцієнта посилення, опору генератора або іншимисловами вихідного опору попереднього каскаду і розраховуємо понаступною формулою [6]:

,. (3.3.1)

координати робочої точки можна приблизно розрахувати за наступними формулами
[7]:

,
(3.3.2) де, (3.3.3)

, (3.3.4)

(3.3.5) де - початкова напруга нелінійного ділянки вихідних характеристик транзистора,.

(3.3.6)

(3.3.7)

.
(3.3.8)

Розраховуючи за формулами 3.3.2 та 3.3.5, отримуємо наступні координатиробочої точки:

Знайдемо споживану потужність і потужність розсіювану на колекторі

,,, тоді

Вибране опір Rос забезпечує заданий діапазон частот.

Зробимо побудова навантажувальних прямих для дросельного каскаду: Еп =
6,5 (В), Uке0 = 6,5 (В), Iк0 = 0,121 (А),, де,, (Uк знайдемоза формулою:, а.

2. Розрахунок робочої точки при використанні активного опору Rk в ланцюзіколектора.

Виберемо Rк = Rн = 1000 (Ом).
Координати робочої точки можна приблизно розрахувати за наступними формулами
[7]:

(3.3.9)

,
(3.3.10)

(3.3.11)

Розраховуючи за формулами 3.3.9 та 3.3.10, одержуємо такі значення:

, де.

Знайдемо споживану потужність і потужність розсіювану на колекторі поформулами (3.3.7) та (3.3.8) відповідно:

,,, де,.

Результати вибору робочої точки двома способами наведені в таблиці
3.1.
Таблиця 3.1.
| | Eп, (В) | Ікс, (А) | Uко, (В) | Pрасс., (Вт) | Pпотр., (Вт) |
| З Rк | 129,043 | 0,123 | 6,5 | 0,797 | 15,813 |
| З Lк | 6,5 | 0,121 | 6,5 | 0,785 | 0,785 |

З таблиці 3.1 видно, що для даного курсового завдання доцільновикористовувати дросель в ланцюзі колектора.

Зробимо побудова навантажувальних прямих для резистивного каскаду: Еп =
129,043 (В), Uке0 = 6,5 (В), Iк0 = 0,123 (А),, де,, (Uкзнайдемо за формулою:, а.

3.3.2 Вибір транзистора

Вибір транзистора здійснюється з урахуванням таких граничних параметрів:

1. Граничної частоти підсилення транзистора по струму в схемі з ОЕ

;

2. Гранично допустимої напруги колектор-емітер

;
1. Гранично допустимого струму колектора

;
4. Граничною потужності, що розсіюється на колекторі

Цим вимогам повністю відповідає транзистор КТ 610 А. Його основні технічні характеристики наведені нижче.

Електричні параметри:
1. Гранична частота коефіцієнта передачі струму в схемі з ОЕ МГц;
2. Постійна часу ланцюга зворотного зв'язку пс;
3. Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ОЕ;
4. Ємність колекторного переходу при В пФ;
5. Індуктивність виведення бази нГн;
6. Індуктивність виведення емітера нГн.

Граничні експлуатаційні дані:
1. Постійна напруга колектор-емітер В;
2. Постійний струм колектора мА;
3. Постійне розсіює потужність колектора Вт;
4. Температура переходу К.

3.3.3 Розрахунок еквівалентної схеми транзистора

3.3.3.1 Схема Джіаколетто

Численні дослідження показують, що навіть на помірно високихчастотах транзистор не є безінерційний приладом. Властивостітранзистора при малому сигналі в широкому діапазоні частот зручноаналізувати за допомогою фізичних еквівалентних схем. Найбільш повні зних будуються на базі довгих ліній і включають в себе ряд елементів ззосередженими параметрами. Найбільш поширена еквівалентнасхема-схема Джіаколетто, яка представлена на малюнку 3.6. Детальнийопис схеми можна знайти [8].

Гідність цієї схеми полягає в наступному: схема Джіаколетто здостатньою для практичних розрахунків точністю відображає реальні властивостітранзисторів на частотах f (0.5fт; при послідовному застосуванні цієїсхеми і знайдені з її допомогою Y-параметрів транзистора досягаєтьсянайбільшу єдність теорії лампових і транзисторних підсилювачів.

розрахуємо елементи схеми, скориставшись довідковими даними танаведеними нижче формулами [6].

Довідкові дані для транзистора КТ610А:
Ск = 4? 10-12 (Ф) при Uке = 10 (В),? З = 20? 10-12 (с) при Uке = 10 (В), Fт = 1? 109 (Гц),
Iкmax = 0,3? (А), Uкеmax = 26 (В), де CК-ємність колекторного переходу,
(з-стала часу зворотного зв'язку, Н21е = (о-статичний коефіцієнтпередачі струму в схемі з ОЕ.

Знайдемо значення ємності колектора при Uке = 10В за формулою:

(3.3.12)

де U (КЕТ - довідкове або паспортне значення напруги;

Uкео - необхідне значення напруги.
.

Опір бази розрахуємо за формулою:
,.
(3.3.13)

Використовуючи формулу (3.3.12), знайдемо значення колекторної ємності вробочій точці:

Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ПРО знайдемо за формулою:
,

(3.3.14)

Знайдемо струм емітера за формулою:
,

(3.3.15)
.

Знайдемо опір емітера за формулою:

(3.3.16)де Iео - струм в робочій точці, занесений в формулу в мА.
.

Провідність база-емітер розрахуємо за формулою:
,

(3.3.17)
.

Визначимо дифузійну ємність за формулою:
,

(3.3.18)
.
Крутість транзистора визначимо за формулою:
,

(3.3.19)
.
3.3.3.2 Однонаправлений модель

Оскільки робочі частоти підсилювача помітно більше частоти, то зеквівалентної схеми можна виключити вхідну ємність, так як вона не впливаєна характер вхідного опору транзистора. Індуктивність ж висновківтранзистора навпроти робить істотний вплив і тому повинна б?? ьвключена в модель. Еквівалентна високочастотна модель представлена намалюнку 3.7. Опис такої моделі можна знайти в [6].

Параметри еквівалентної схеми розраховуються за наведеними нижчеформулами [6].

Вхідна індуктивність:

(3.3.20) де-індуктивності висновків бази і емітера.

Вхідний опір:

(3.3.21) де, причому, де

і - довідкові дані.

Крутизна транзистора:

,
(3.3.22) де,,.

Вихідний опір:

(3.3.23)

Вихідна ємність

. (3.3.24)

У відповідність з цими формулами одержуємо такі значення елементівеквівалентної схеми:

3.3.4 Розрахунок смуги пропускання.

Перевіримо чи забезпечить вбрання опорі зворотного зв'язку Rос,розрахована в пункті 3.3.1, на потрібній смузі частот до потрібного коефіцієнтпосилення, для цього скористаємося наступними формулами [6]:
(3.3.25)

(3.3.26)
Знайдемо значення ємності колектора при Uке = 10В за формулою (3.3.12):
.
Знайдемо опір бази за формулою (3.3.13):
.

Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ПРО знайдемо за формулою
(3.3.14):
.

Знайдемо струм емітера за формулою (3.3.15):
.

Знайдемо опір емітера за формулою (3.3.16):
.

Визначимо дифузійну ємність за формулою (3.3.18):
,
, (3.3.27)

(3.3.28)де Yн - викривлення, дБ,

(3.3.29)

.

Вибране опір Rос забезпечує заданий діапазон частот.

3.3.5 Розрахунок ланцюгів термостабілізації

Існує кілька варіантів схем термостабілізації. Їх використаннязалежить від потужності каскаду і від того, наскільки жорсткі вимоги дотермостабільності. У даній роботі розглянуті три схеми термостабілізації:пасивна колекторна, активна колекторна і емітерний [7].

3.3.5.1 Пасивна колекторна термостабілізація.

Даний вид термостабілізації (схема представлена на малюнку 3.8)використовується на малих потужностях і менш ефективний, ніж два інші, томущо напруга негативного зворотного зв'язку, що регулює струм черезтранзистор подається на базу через базовий дільник.

Розрахунок, докладно описаний в [8], полягає в наступному: вибираємонапруга (в даному випадку 6,5 В) і струм дільника (у даномувипадку, де - струм бази), потім знаходимо елементи схеми зформулами:

;

(3.3.30)

(3.3.31) де - напруга на переході база-емітер рівне 0.7 В;

(3.3.32)

Отримаємо наступні значення:

3.3.5.2 Активна колекторна термостабілізація.

Активна колекторна термостабілізація використовується в потужних каскадахі є дуже ефективною, її схема представлена на малюнку 3.9. Їїопис і розрахунок можна знайти в [6].

Як VT1 візьмемо КТ361А. Вибираємо падіння напруги на резистори
з умови (нехай), потім робимо наступний розрахунок:

;

(3.3.33)

;

(3.3.34 )

;

(3.3.35)

;

(3.3.36)

(3.3.37) де - статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ПРОтранзистора КТ361А;

;

(3.3.38)

;

(3.3.39)

(3.3.40)

Отримуємо наступні значення:

Величина індуктивності дроселя вибирається таким чином, щобзмінна складова струму не заземляється через джерело живлення, авеличина блокувальний ємності - таким чином, щоб колектор транзистора
VT1 по змінному струму був заземлений.

3.3.5.3 емітерний термостабілізація.

Для вихідного каскаду обрана емітерний термостабілізація, схемаякої наведена на малюнку 3.10. Метод розрахунку та аналізу емітернийтермостабілізації детально описано в [8].

Розрахунок проводиться за наступною схемою:

1.Вибіраются емітера напруга і струм дільника (див. рис.
3.4), а також напруга живлення;

2. Потім розраховуються.

3. Проводиться перевірка - чи буде схема термостабільна при обранихзначеннях і. Якщо ні, то знову здійснюється підбір і
.

У даній роботі схема є термостабільної при і.
Зважаючи на те, що в колекторної ланцюга відсутній резистор, то напругахарчування розраховується за формулою. Розрахунок величин резисторівпроводиться за наступними формулами:

;

(3.3.41)

;

(3.3.42) .
(3.3.43)

Для того, щоб з'ясувати чи буде схема термостабільної виробляєтьсярозрахунок наведених нижче величин.

Теплове опір перехід - навколишнє середовище:

(3.3.44) де, - довідкові дані; - нормальна температура.

Температура переходу:

(3.3.45) де - температура навколишнього середовища (в даному випадку взятамаксимальна робоча температура підсилювача);

- потужність, що розсіюється на колекторі.

Некерований струм колекторного переходу:

(3.3. 46) де-відхилення температури транзистора від нормальної;

лежить в межах;

- коефіцієнт, що дорівнює 0.063ч0.091 для германію та 0.083ч0.120 длякремнію.

Параметри транзистора з урахуванням зміни температури:

,
(3.3.47) де одно 2.2 (мВ/градус Цельсія) для германію та

3 (мВ/градус Цельсія) для кремнію.

, (3.3.48) де (1/градус Цельсія).

Визначимо повний постійний струм колектора при зміні температури:
, 3.3.49)

. (3.3.50)

Для того щоб схема була термостабільна необхідно виконання умови:

, де.

(3.3.51)

Розраховуючи за наведеними вище формулами, отримаємо наступні значення:

,
..

3.4 Розрахунок проміжного каскаду по постійному струму.

3.4.1 Вибір робочої точки

При розрахунку необхідного режиму транзистора проміжного каскаду попостійному струму, координати робочої точки виберемо наступні:, деприймемо, а. Потужність, що розсіюється на колекторі.

3.4.2 Вибір транзистора

Вибір транзистора здійснюється відповідно до вимог,наведеними в пункті 3.3.2. Цим вимогам відповідає транзистор 2Т996А.
Його основні технічні характеристики наведені нижче.

Електричні параметри:
1. Гранична частота коефіцієнта передачі струму в схемі з ОЕ ГГц;

2. Постійна часу ланцюга зворотного зв'язку пс;
3. Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з ОЕ;

4. Ємність колекторного переходу при В пФ;

5. Індуктивність виведення бази нГн;

6. Індуктивність виведення емітера нГн.

Граничні експлуатаційні дані:

1. Постійна напруга колектор-емітер В;

2. Постійний струм колектора мА;

3. Постійне розсіює потужність колектора

Вт;

4. Температура переходу К.

3.4.3 Розрахунок проміжного каскаду.

Як вже зазначалося в якості проміжного каскаду будемо використовуватикаскад з комбінованою негативним зворотним зв'язком складається з і
.

Перевагою схеми є те, що за умов

і, (3.4.1)схема виявляється узгодженої по входу і виходу з КСВН не більше 1,3 вдіапазоні частот, де виконується умова (0,7. Тому практичновідсутній взаємний вплив каскадів один на одного при їх каскадування
[6].

При виконанні умови (3.4.1), коефіцієнт підсилення каскаду в областіверхніх частот описується виразом:

, (3.4.2) де,

(3.4.3)

, (3.4.4) . (3.4.5)

З (3.4.1), (3.4.3) не важко дістати, що при заданому значенні

. (3.4.6)

При заданому значенні, каскаду дорівнює:

, (3.4.7) де.

3.4.4 Розрахунок смуги пропускання.

Розрахунок здійснюється за формулами, наведеними в пункті 3.3.3.1. Перевіримодоб'ємося чи потрібної смуги частот при вибраному опорі Rос, для цьогоскористаємося наступними формулами [6] (3.4.3), (3.4.4), (3.4.5), (3.4.7).

Використовуючи формули (3.3.18) та (3.3.19) знайдемо коефіцієнт N:

,, де

Використовуючи формули (3.3.12), (3.3.13), (3.3.14), (3.3.15), (3.3. 16),
(3.3.18), і характеристики транзистора наведеною у пункті 3.4.2, переконаємосяв тому, що вибране опір зворотнього зв'язку забезпечить на потрібнійсмузі частот потрібний коефіцієнт підсилення:
,
,,
,,
,
,
,,.

Вибране опір Rос забезпечує на заданому діапазоні частоткоефіцієнт посилення рівний 18дБ.

3.4.4 Розрахунок ланцюга термостабілізації

Для проміжного каскаду також обрана емітерний термостабілізація,схема якої наведена на малюнку 3.10.

Метод розрахунку схеми ідентичний наведеному в пункті 3.3.4.3. Ця схематермостабільна при і. Напруга живлення розраховується заформулою.

Розраховуючи за формулами 3.3.28-3.3.38 отримаємо:

,
Потужності, що розсіюється на обчислимо таким чином:
, тоді.

3.5 Розрахунок вхідного каскаду по постійному струму.

3.5.1 Вибір робочої точки

При розрахунку необхідного режиму транзистора вхідного каскаду попостійному струму, координати робочої точки виберемо наступні:, а
. Потужність, що розсіюється на колекторі.

3.5.2 Вибір транзистора

Електричні параметри:

1.Гранічная частота коефіцієнта передачі струму в схемі з ОЕ ГГц;

2.Постоянная часу ланцюга зворотного зв'язку пс;

3.Статіческій коефіцієнт передачі струму в схемі з ОЕ;

4.Емкость колекторного переходу при В пФ;

5.Індуктівность виведення бази нГн ;

6.Індуктівность виведення емітера нГн.

Граничні експлуатаційні дані:

1. Постійна напруга колектор-емітер В;

2. Постійний струм колектора мА;

3. Постійне розсіює потужність колектора

Вт;

4. Температура переходу К.

3.5.3 Розрахунок вхідного каскаду.

Як вже зазначалося в якості вхідного каскаду будемо використовуватикаскад з комбінованою негативним зворотним зв'язком складається з і
.

Перевагою схеми є те, що за умов

і, (3.5.1)схема виявляється узгодженої по входу і виходу з КСВН не більше 1,3 вдіапазоні частот, де виконується умова (0,7. Тому практичновідсутній взаємний вплив каскадів один на одного при їх каскадування
[6].

При виконанні умови (3.5.1), коефіцієнт підсилення каскаду в областіверхніх частот описується виразом:

, (3.5.2) де,

(3.5.3)

, (3.5.4) . (3.5.5)

З (3.4.1), (3.4.3) не важко дістати, що при заданому значенні

. (3.5.6)

При заданому значенні, каскаду дорівнює:

, (3.5.7) де.

3.5.4 Розрахунок смуги пропускання.

Використовуючи формули (3.3.18) та (3.3.19) знайдемо коефіцієнт N:

,, де

Вибране опір Rос забезпечує на заданому діапазоні частоткоефіцієнт посилення рівний 18дБ.

3.5.5 Розрахунок ланцюга термостабілізації

Для вхідного каскаду також обрана емітерний термостабілізація, схемаякої наведена на малюнку 3.10.

Розраховуючи за формулами 3.3.28-3.3.38 отримаємо:

,
Потужності, що розсіюється на обчислимо таким чином:
, тоді.
Загальний коефіцієнт посилення склав:.

3.6 Розрахунок розділових і блокувальних ємностей

Розрахуємо номінали елементів. Розрахунок проводиться відповідно дометодикою описаною в [7].

Для розрахунку ємностей зворотного зв'язку Сос1, Cос2, і Сос3 скористаємосянаступним співвідношенням:

(3.6.1)

Для розрахунку ємностей Се1, Cе2, Се3 скористаємося наступнимспіввідношенням:

(3.6.2)

Дросель в колекторної ланцюга ставиться для того, щоб вихід транзисторапо змінному струму не був заземлений. Його величина вибирається виходячи зумови:

(3.6.3)

,,.

Так як ємності, що стоять в емітерний ланцюгах, а також розділовіємності вносять спотворення в області нижніх частот, то їх розрахунок слідвиробляти, керуючись допустимим коефіцієнтом частотних спотворень. Уданій роботі цей коефіцієнт становить 3дБ. Всього ємностей чотири,тому можна розподілити на кожну з них по 0,75 дБ.

Величину розділового конденсатора знайдемо за формулою:

, (3.6.4) де - допустимі частотні спотворення. R1-опір попереднього каскаду.

R2-опір навантаження.

Так само в підсилювачі є Сф, його роль не пропустити зміннускладову на джерело живлення. Розрахунок проводиться аналогічноблокувальним ємностей, різниця лише в тому що у формулі (3.6.2) замість Rеставиться Rф. Виходячи з цього, отримаємо наступні значення:
;
.

4. Висновок

Розрахований підсилювач має наступні технічні характеристики:

1. Робоча смуга частот: 1-100 МГц

2. Лінійні спотворення в області нижніх частот не більше 3 дб в області верхніх частот не більше 3 дБ

3. Коефіцієнт посилення 42дБ

4. Амплітуда вихідної напруги Uвых = 4 В

5. Харчування однополярної, Eп = 12 В

6. Діапазон робочих температур: від +10 до +60 градусів Цельсія

Усилитель розрахований на навантаження Rн = 1000 Ом

Література

1. Дьяков В. Ф. Тарасов Л. В. Оптичне когерентне випромінювання, М.:

Радянське радіо, 1974.

2. Довідник з лазерної техніки. М: Энергоатомиздат, 1991.

3. Оокосі Е. Оптоелектроніка і оптичний зв'язок, М.: Світ, 1988.

4. Федоров Б. Ф. Лазери. Основи пристрої та застосування, М.: ДОСААФ

СРСР, 1988.

5. PC Magazine Russian Edition, 1994, N6.

6. Титов А.А. Розрахунок коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах - http://referat.ru/download/ref-2764.zip.

7. Красько А.С., Проектування підсилювальних пристроїв, методичні вказівки - Томск: ТУСУР, 2000 - 29 с.

8. Болтовскій Ю.Г., Розрахунок ланцюгів термостабілізації електричного режиму транзисторів, методичні вказівки - Томск: ТУСУР, 1981.

9. Титов А.А., Григор'єв Д.О., Розрахунок елементів високочастотної корекції підсилювальних каскадів на польових транзисторах, навчально-методичний посібник - Томск: ТУСУР, 2000 - 27 с.

10. Напівпровідникові прилади: транзистори. Справочник/Под ред.

Горюнов М.М. - 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1985-903с.

Додаток А

Принципова схема представлена на стор 33.

Перелік елементів наведено на стор 34,35.

| |
| |
| | | | | | |
| | | | | | РТФ КП 468740.001 ПЗ |
| | | | | | |
| | | | | | | Лiт | Маса | Масштаб |
| Перевір | Титов | | | КОМПАКТ-ДИСКІВ | | | | | |
| ил | | | | | | | | | |
| | | | | | Лист | Листів |
| | | | | | ТУСУР РТФ |
| | | | | Принципова | Кафедра РЗІ |
| | | | | Схема | гр. 149-3 |
| Поз. | | | |
| Обозна-| Найменування | Кількість. | Примітка |
| Чення | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | Транзистори | | |
| | | | |
| VT1 | КТ610А | 1 | |
| VT2 | 2T996A | 1 | |
| VT3 | 2T996А | 1 | |
| | | | |
| | Конденсатори | | |
| | | | |
| С1 | КД-2-6, 63 нФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| С2 | КД-2-16 нФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| С3 | КД-2-38 нФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| С4 | КД-2-120 3,5 нФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| С5 | КД-2-120 3,5 нФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| С6 | КД-2-4, 1 нФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| С7 | КД-2-35 нФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| С8 | КД-2-3, 65 нФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| С9 | КД-2-3, 5 нФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| С10 | КД-2-4, 4 нФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| С11 | КД-2-331, 8 пФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| С12 | КД-2-40 пФ (5 (ОЖО.460.203 ТУ | 1 | |
| | Котушки індуктивності | | |
| | | | |
| L1 | Індуктивність 0.3мкГн (5 (| 1 | |
| L2 | Індуктивність 0.3мкГн (5 (| 1 | |
| L3 | Індуктивність 7.9нГн (5 (| 1 | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | | | |
| | | | | | РТФ КП 468740.001 ПЗ |
| | | | | | |
| | | | | | | Лiт | Маса | масштабу зобра |
| | | | | | | | | Б |
| Перевір. | Титов | | | КОМПАКТ-ДИСКІВ | | | | | |
| | | | | | Лист | Листів |
| | | | | | ТУСУР РТФ |
| | | | | Перелік елементів | Кафедра РЗІ |
| | | | | | Гр. 149-3 |
| Поз. | | | |
| Обозна-| Найменування | Кількість. | Примітка |
| Чення | | | |
| | | | |
| | Резистори | | |
| | | | |
| R1 | МЛТ - 0.125 - 2.7 кОм (10 (ГОСТ7113-77 | 1 | |
| R2 | МЛТ - 0.125 - 4,45 кОм | 1 | |
| | (10 (ГОСТ7113-77 | | |
| R3 | МЛТ - 0.125 - 0,1 кОм (10 (ГОСТ7113-77 | 1 | |
| R4 | МЛТ - 0.125 - 41,3 Ом (10 (ГОСТ7113-77 | 1 | |
| R5 | МЛТ - 0.125 - 5,6 Ом (10 (ГОСТ7113-77 | 1 | |
| R6 | МЛТ - 0.125 - 0,17 кОм | 1 | |
| | (10 (ГОСТ7113-77 | | |
| R7 | МЛТ - 0.125 - 0,35 кОм | 1 | |
| | (10 (ГОСТ7113-77 | | |
| R8 | МЛТ - 0.125 - 0,6 кОм (10 (ГОСТ7113-77 | 1 | |
| R9 | МЛТ - 0.125 - 0,45 кОм | 1 | |
| | (10 (ГОСТ7113-77 | | |
| R10 | МЛТ - 0.125 - 45 Ом (10 (ГОСТ7113-77 | 1 | |
| R11 | МЛТ - 0.125 - 5,6 Ом (10 (ГОСТ7113-77 | 1 | |
| R12 | МЛТ - 0.125 - 0,6 кОм (10 (ГОСТ7113-77 | 1 | |
| R13 | МЛТ - 0.125 - 0,6 кОм (10 (ГОСТ7113-77 | 1 | |
| R14 | МЛТ - 0.125 - 0,45 кОм | 1 | |
| | (10 (ГОСТ7113-77 | | |
| R15 | МЛТ - 0.125 - 0,36 кОм | 1 | |
| | (10 (ГОСТ7113-77 | | |
| R16 | МЛТ - 0.125 - 1 кОм (10 (ГОСТ7113-77 | 1 | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | | | |
| | | | | | РТФ КП 468740.001 ПЗ |
| | | | | | |
| | | | | | | Лiт | Маса | масштабу зобра |
| | | | | | | | | Б |
| Перевір. | Титов | | | КОМПАКТ-ДИСКІВ | | | | | |
| | | | | | Лист | Листів |
| | | | | | ТУСУР РТФ |
| | | | | Перелік елементів | Кафедра РЗІ |
| | | | | | Гр. 149-3 |

-----------------------

мал.3.1 Структурна схема.

Рис. 3.10 емітерний термостабілізація.

Вихідний каскад

Рис. 3.9. Активна колекторна термостабілізація.

0.3

R ~

Рисунок 3.2 Каскад з паралельною негативним зворотним зв'язком по напрузі при використанні дроселя в ланцюзі колектора.

Rп

Рис. 3.11 Каскад з комбінованою негативним зворотним зв'язком.

Rг

Проміжний каскад

Еп

Zн

0.121

Рис. 3.7 Однонаправлений модель.

Рис. 3.6 Схема Джіаколетто.

при В

R15

Uk [B]

Рис. 3.3 навантажувальні прямі по змінному та постійному струму при використанні дроселя в ланцюзі колектора.

С5

С12

R16

Rн

R12

R13

С10

VT3

С9

Рис. 3.12 Каскад з комбінованою негативним зворотним зв'язком.

R14

C11

С6

VT2

С6

CН

12 В

Вхід

Вихід

Корпус

R10

R11

VT1

порівн

129

VT3

6,5

С2

Cос

Lк

Rос

Ік [A]

Cос

Малюнок 3.4 Каскад з паралельною негативним зворотним зв'язком по напрузі при використанні активного опору Rк в ланцюзі колектора.

Rос

0.123

Рис . 3.5 навантажувальні прямі по змінному та постійному струму при використанні активного опору Rк в ланцюзі колектора.

Uk [B]

0.35

R ~ Rп

12,5

0.129

6,5

Ік [A]

Еп

Rн

С3

Рис. 3.8 Пасивна колектора термостабілізація.

С7

Вхідний каскад