НАУЧНЫЕ РАБОТЫ

Усилитель модулятора системы записи компакт-дисков

[pic] (3.3.12)

где U(кэо – справочное или паспортное значение напряжения;

Uкэо – требуемое значение напряжения.[pic]

[pic].

Сопротивление базы рассчитаем по формуле:

[pic], [pic].

(3.3.13)

Используя формулу (3.3.12), найдем значение коллекторной емкости в

рабочей точке :

[pic]

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:

[pic],

(3.3.14)

[pic]

Найдем ток эмиттера по формуле:

[pic],

(3.3.15)

[pic].

Найдем сопротивление эмиттера по формуле:

[pic]

(3.3.16)

где Iэо – ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА.

[pic].

Проводимость база-эмиттер расчитаем по формуле:

[pic],

(3.3.17)

[pic].

Определим диффузионную емкость по формуле:

[pic],

(3.3.18)

[pic].

Крутизну транзистора определим по формуле:

[pic] ,

(3.3.19)

[pic].

3.3.3.2 Однонаправленная модель

Поскольку рабочие частоты усилителя заметно больше частоты [pic], то из

эквивалентной схемы можно исключить входную ёмкость, так как она не влияет

на характер входного сопротивления транзистора. Индуктивность же выводов

транзистора напротив оказывает существенное влияние и потому должна быть

включена в модель. Эквивалентная высокочастотная модель представлена на

рисунке 3.7. Описание такой модели можно найти в [6].

[pic]

Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже

формулам [6].

Входная индуктивность:

[pic],

(3.3.20)

где [pic]–индуктивности выводов базы и эмиттера.

Входное сопротивление:

[pic],

(3.3.21)

где [pic], причём [pic], где

[pic]и [pic] – справочные данные.

Крутизна транзистора:

[pic],

(3.3.22)

где [pic], [pic], [pic].

Выходное сопротивление:

[pic].

(3.3.23)

Выходная ёмкость:

[pic]. (3.3.24)

В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов

эквивалентной схемы:

[pic],

[pic].

3.3.4 Расчет полосы пропускания.

Проверим обеспечит ли выбранное сопротивлении обратной связи Rос,

расчитанное в пункте 3.3.1, на нужной полосе частот требуемый коэффициент

усиления, для этого воспользуемся следующими формулами[6]:

[pic][pic](3.3.25)

[pic] (3.3.26)

Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле (3.3.12):

[pic].

Найдем сопротивление базы по формуле (3.3.13):

[pic].

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле

(3.3.14):

[pic].

Найдем ток эмиттера по формуле (3.3.15):

[pic].

Найдем сопротивление эмиттера по формуле (3.3.16):

[pic].

Определим диффузионную емкость по формуле (3.3.18):

[pic],

[pic], (3.3.27)

[pic],

(3.3.28)

где Yн – искажения, [pic]дБ,

[pic]

(3.3.29)

[pic]

[pic][pic]

[pic].

Выбранное сопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.

3.3.5 Расчёт цепей термостабилизации

Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование

зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к

термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации:

пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная [7].

3.3.5.1 Пассивная коллекторная термостабилизация.

Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.8)

используется на малых мощностях и менее эффективен, чем две другие, потому

что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через

транзистор подаётся на базу через базовый делитель.

[pic]

Расчёт, подробно описанный в [8], заключается в следующем: выбираем

напряжение [pic] (в данном случае 6,5В) и ток делителя [pic](в данном

случае [pic], где [pic] – ток базы), затем находим элементы схемы по

формулам:

[pic];

(3.3.30)

[pic],

(3.3.31)

где [pic]– напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В;

[pic].

(3.3.32)

Получим следующие значения:

[pic],

[pic].

3.3.5.2 Активная коллекторная термостабилизация.

Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах

и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.9. Её

описание и расчёт можно найти в [6].

[pic]

В качестве VT1 возьмём КТ361А. Выбираем падение напряжения на резисторе

[pic] из условия [pic](пусть [pic]), затем производим следующий расчёт:

[pic];

(3.3.33)

[pic];

(3.3.34)

[pic];

(3.3.35)

[pic];

(3.3.36)

[pic],

(3.3.37)

где [pic] – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ

транзистора КТ361А;

[pic];

(3.3.38)

[pic];

(3.3.39)

[pic].

(3.3.40)

Получаем следующие значения:

[pic],

[pic].

Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы

переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а

величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора

VT1 по переменному току был заземлён.

3.3.5.3 Эмиттерная термостабилизация.

Для выходного каскада выбрана эмиттерная термостабилизация, схема

которой приведена на рисунке 3.10. Метод расчёта и анализа эмиттерной

термостабилизации подробно описан в [8].

[pic]

Расчёт производится по следующей схеме:

1.Выбираются напряжение эмиттера [pic] и ток делителя [pic] (см. рис.

3.4), а также напряжение питания [pic];

2. Затем рассчитываются [pic].

3. Производится поверка – будет ли схема термостабильна при выбранных

значениях [pic] и [pic]. Если нет, то вновь осуществляется подбор [pic] и

[pic].

В данной работе схема является термостабильной при [pic] и [pic].

Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение

питания рассчитывается по формуле [pic]. Расчёт величин резисторов

производится по следующим формулам:

[pic];

(3.3.41)

[pic];

(3.3.42)

[pic].

(3.3.43)

Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной производится

расчёт приведённых ниже величин.

Тепловое сопротивление переход – окружающая среда:

[pic],

(3.3.44)

где [pic],[pic] – справочные данные;

[pic]– нормальная температура.

Температура перехода:

[pic],

(3.3.45)

где [pic]– температура окружающей среды (в данном случае взята

максимальная рабочая температура усилителя);

[pic] – мощность, рассеиваемая на коллекторе.

Неуправляемый ток коллекторного перехода:

[pic],

(3.3.46)

где [pic]–отклонение температуры транзистора от нормальной;

[pic] лежит в пределах [pic];

[pic] – коэффициент, равный 0.063ч0.091 для германия и 0.083ч0.120 для

кремния.

Параметры транзистора с учётом изменения температуры:

[pic],

(3.3.47)

где [pic] равно 2.2(мВ/градус Цельсия) для германия и

3(мВ/градус Цельсия) для кремния.

[pic], (3.3.48)

где [pic](1/ градус Цельсия).

Определим полный постоянный ток коллектора при изменении температуры:

[pic], 3.3.49)

[pic]. (3.3.50)

Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия:

[pic],

где [pic].

(3.3.51)

Рассчитывая по приведённым выше формулам, получим следующие значения:

[pic],

[pic].[pic].

3.4 Расчёт промежуточного каскада по постоянному току.

3.4.1 Выбор рабочей точки

При расчёте требуемого режима транзистора промежуточного каскада по

постоянному току, координаты рабочей точки выберем следующие: [pic], где

примем [pic], а [pic]. Мощность, рассеиваемая на коллекторе [pic].

3.4.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями,

приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор 2Т996А.

Его основные технические характеристики приведены ниже.

Электрические параметры:

1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ [pic]ГГц;

2. Постоянная времени цепи обратной связи [pic]пс;

3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ [pic];

4. Ёмкость коллекторного перехода при [pic]В [pic]пФ;

5. Индуктивность вывода базы [pic]нГн;

6. Индуктивность вывода эмиттера [pic]нГн.

Предельные эксплуатационные данные:

1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер [pic]В;

2. Постоянный ток коллектора [pic]мА;

3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора

[pic] Вт;

4. Температура перехода [pic]К.

3.4.3 Расчет промежуточного каскада.

Как уже отмечалось в качестве промежуточного каскада будем использовать

каскад с комбинированной отрицательной обратной связью состоящую из [pic] и

[pic].

[pic]

Достоинством схемы является то, что при условиях

[pic] и [pic], [pic] (3.4.1)

схема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в

диапазоне частот, где выполняется условие [pic](0,7. Поэтому практически

отсутствует взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании

[6].

При выполнении условия (3.4.1), коэффициент усиления каскада в области

верхних частот описывается выражением:

[pic], (3.4.2)

где [pic],

(3.4.3)

[pic], (3.4.4)

[pic]. (3.4.5)

Из (3.4.1), (3.4.3) не трудно получить, что при заданном значении [pic]

[pic]. (3.4.6)

При заданном значении [pic], [pic] каскада равна:

[pic], (3.4.7)

где [pic].

3.4.4 Расчёт полосы пропускания.

Расчёт производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.1. Проверим

добьемся ли нужной полосы частот при выбранном сопротивлении Rос, для этого

воспользуемся следующими формулами [6] (3.4.3), (3.4.4), (3.4.5), (3.4.7).

Используя формулы (3.3.18) и (3.3.19) найдем коэффициент N:

[pic], [pic], где [pic]

Используя формулы (3.3.12), (3.3.13), (3.3.14), (3.3.15), (3.3.16),

(3.3.18), и характеристики транзистора приведенной в пункте 3.4.2, убедимся

в том, что выбранное сопротивление обратной связи обеспечит на нужной

полосе частот требуемый коэффициент усиления:

[pic],

[pic], [pic],

[pic],

[pic], [pic], [pic].

Выбранное сопротивление Rос обеспечивает на заданном диапазоне частот

коэффициент усиления равный 18дБ.

3.4.4 Расчёт цепи термостабилизации

Для промежуточного каскада также выбрана эмиттерная термостабилизация,

схема которой приведена на рисунке 3.10.

Метод расчёта схемы идентичен приведённому в пункте 3.3.4.3. Эта схема

термостабильна при [pic]и [pic]. Напряжение питания рассчитывается по

формуле [pic].

Рассчитывая по формулам 3.3.28–3.3.38 получим:

[pic],

Рассеиваемую мощность на [pic] вычислим следующим образом:

[pic], тогда [pic].

3.5 Расчёт входного каскада по постоянному току.

3.5.1 Выбор рабочей точки

При расчёте требуемого режима транзистора входного каскада по

постоянному току, координаты рабочей точки выберем следующие: [pic], а

[pic]. Мощность, рассеиваемая на коллекторе [pic].

3.5.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями,

приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор 2Т996А.

Его основные технические характеристики приведены ниже.

Электрические параметры:

1.Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ [pic]ГГц;

2.Постоянная времени цепи обратной связи [pic]пс;

3.Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ [pic];

4.Ёмкость коллекторного перехода при [pic]В [pic]пФ;

5.Индуктивность вывода базы [pic]нГн;

6.Индуктивность вывода эмиттера [pic]нГн.

Предельные эксплуатационные данные:

1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер [pic]В;

2. Постоянный ток коллектора [pic]мА;

3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора

[pic] Вт;

4. Температура перехода [pic]К.

3.5.3 Расчет входного каскада.

Как уже отмечалось в качестве входного каскада будем использовать

каскад с комбинированной отрицательной обратной связью состоящую из [pic] и

[pic].

[pic]

Достоинством схемы является то, что при условиях

[pic] и [pic], [pic] (3.5.1)

схема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в

диапазоне частот, где выполняется условие [pic](0,7. Поэтому практически

отсутствует взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании

[6].

При выполнении условия (3.5.1), коэффициент усиления каскада в области

верхних частот описывается выражением:

[pic], (3.5.2)

где [pic],

(3.5.3)

[pic], (3.5.4)

[pic]. (3.5.5)

Из (3.4.1), (3.4.3) не трудно получить, что при заданном значении [pic]

[pic]. (3.5.6)

При заданном значении [pic], [pic] каскада равна:

[pic], (3.5.7)

где [pic].

3.5.4 Расчёт полосы пропускания.

Расчёт производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.1. Проверим

добьемся ли нужной полосы частот при выбранном сопротивлении Rос, для этого

воспользуемся следующими формулами [6] (3.5.3), (3.5.4), (3.5.5), (3.5.7).

Используя формулы (3.3.18) и (3.3.19) найдем коэффициент N:

[pic], [pic], где [pic]

Используя формулы (3.3.12), (3.3.13), (3.3.14), (3.3.15), (3.3.16),

(3.3.18), и характеристики транзистора приведенной в пункте 3.4.2, убедимся

в том, что выбранное сопротивление обратной связи обеспечит на нужной

полосе частот требуемый коэффициент усиления:

[pic],

[pic], [pic],

[pic],

[pic], [pic], [pic].

Выбранное сопротивление Rос обеспечивает на заданном диапазоне частот

коэффициент усиления равный 18дБ.

3.5.5 Расчёт цепи термостабилизации

Для входного каскада также выбрана эмиттерная термостабилизация, схема

которой приведена на рисунке 3.10.

Метод расчёта схемы идентичен приведённому в пункте 3.3.4.3. Эта схема

термостабильна при [pic]и [pic]. Напряжение питания рассчитывается по

формуле [pic].

Рассчитывая по формулам 3.3.28–3.3.38 получим:

[pic],

Рассеиваемую мощность на [pic] вычислим следующим образом:

[pic], тогда [pic].

Общий коэффициент усиления составил: [pic].

[pic]

3.6 Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей

Рассчитаем номиналы элементов. Расчёт производится в соответствии с

методикой описанной в [7].

Для расчета емкостей обратной связи Сос1, Cос2, и Сос3 воспользуемся

следующим соотношением:

[pic],

(3.6.1)

[pic],

[pic].

Для расчета емкостей Сэ1, Cэ2, Сэ3 воспользуемся следующим

соотношением:

[pic],

(3.6.2)

[pic],

[pic].

Дроссель в коллекторной цепи ставится для того, чтобы выход транзистора

по переменному току не был заземлен. Его величина выбирается исходя из

условия:

[pic].

(3.6.3)

[pic], [pic], [pic].

Так как ёмкости, стоящие в эмиттерных цепях, а также разделительные

ёмкости вносят искажения в области нижних частот, то их расчёт следует

производить, руководствуясь допустимым коэффициентом частотных искажений. В

данной работе этот коэффициент составляет 3дБ. Всего ёмкостей четыре,

поэтому можно распределить на каждую из них по 0,75дБ.

Величину разделительного конденсатора найдём по формуле:

[pic], (3.6.4)

где [pic]– допустимые частотные искажения.

R1– сопротивление предыдущего каскада.

R2– сопротивление нагрузки.

[pic],

[pic].

Так же в усилителе имеется Сф, его роль не пропустить переменную

составляющую на источник питания. Расчет производится аналогично

блокировочным емкостям, разница лишь в том что в формуле (3.6.2) вместо Rэ

ставится Rф. Исходя из этого, получим следующие значения:

[pic];

[pic].

4. Заключение

Рассчитанный усилитель имеет следующие технические характеристики:

1. Рабочая полоса частот: 1-100 МГц

2. Линейные искажения

в области нижних частот не более 3 дБ

в области верхних частот не более 3 дБ

3. Коэффициент усиления 42дБ

4. Амплитуда выходного напряжения Uвых=4 В

5. Питание однополярное, Eп=12 В

6. Диапазон рабочих температур: от +10 до +60 градусов Цельсия

Усилитель рассчитан на нагрузку Rн=1000 Ом

Литература

1. Дьяков В. Ф. Тарасов Л. В. Оптическое когерентное излучение, М.:

Советское радио, 1974.

2. Справочник по лазерной технике. М: Энергоатомиздат, 1991.

3. Оокоси Е. Оптоэлектроника и оптическая связь, М.: Мир, 1988.

4. Федоров Б. Ф. Лазеры. Основы устройства и применения, М.: ДОСААФ

СССР, 1988.

5. PC Magazine Russian Edition, 1994, N6.

6. Титов А.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных

каскадов на биполярных транзисторах –

http://referat.ru/download/ref-2764.zip.

7. Красько А.С., Проектирование усилительных устройств, методические

указания – Томск : ТУСУР, 2000 – 29 с.

8. Болтовский Ю.Г., Расчёт цепей термостабилизации электрического

режима транзисторов, методические указания – Томск : ТУСУР, 1981.

9. Титов А.А., Григорьев Д.А., Расчёт элементов высокочастотной

коррекции усилительных каскадов на полевых транзисторах, учебно-

методическое пособие – Томск : ТУСУР, 2000 – 27 с.

10. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник / Под ред.

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

Приложение А

Принципиальная схема представлена на стр. 33.

Перечень элементов приведен на стр. 34,35.

| |

| | | | | | |

| | | | | | |

|ил | | | | | | | | | |

| | | | |Схема |гр. 149-3 |

|Поз. | | | |

| | | | |

| | | | |

|VT1 |КТ610А |1 | |

|VT2 |2T996A |1 | |

|VT3 |2T996А |1 | |

| | | | |

| | | | |

|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 | |

| | | | |

|L1 |Индуктивность 0.3мкГн (5( |1 | |

|L2 |Индуктивность 0.3мкГн (5( |1 | |

|L3 |Индуктивность 7.9нГн (5( |1 | |

| | | | |

| | | | | | |

| | | | | | |

| | | | | | | | |б |

| | | | | |гр. 149-3 |

|Поз. | | | |

| | | | |

| | | | |

|R1 |МЛТ – 0.125 – 2.7 кОм (10(ГОСТ7113-77|1 | |

|R2 |МЛТ – 0.125 – 4,45 кОм |1 | |

|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 | |

|R7 |МЛТ – 0.125 – 0,35 кОм |1 | |

|R8 |МЛТ – 0.125 – 0,6 кОм (10(ГОСТ7113-77|1 | |

|R9 |МЛТ – 0.125 – 0,45 кОм |1 | |

|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 | |

|R15 |МЛТ – 0.125 – 0,36 кОм |1 | |

|R16 |МЛТ – 0.125 – 1 кОм (10(ГОСТ7113-77 |1 | |

| | | | |

| | | | | | |

| | | | | | |

| | | | | | | | |б |

| | | | | |гр. 149-3 |

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

Рис.3.1 Структурная схема.

[pic]

Рис. 3.10 Эмиттерная термостабилизация.

Выходной каскад

Рис. 3.9 . Активная коллекторная термостабилизация.

0.3

Рисунок 3.2 Каскад с параллельной отрицательной обратной связью по

напряжению при использовании дросселя в цепи коллектора.

Rп

Рис. 3.11 Каскад с комбинированной отрицательной

обратной связью.

Rг

[pic]

Промежуточный

каскад

Еп

Zн

0.121

Рис. 3.7 Однонаправленная модель.

Рис. 3.6 Схема Джиаколетто.

при [pic] В

R15

Uk [B]

Рис. 3.3 Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току при

использовании дросселя в цепи коллектора.

С5

С12

R16

Rн

R12

R13

С10

[pic]

VT3

[pic]

С9

Рис. 3.12 Каскад с комбинированной отрицательной

обратной связью.

R14

C11

[pic]

С6

VT2

С6

Cн

+12 В

Вход

Выход

Корпус

R10

R11

VT1

Cр

129

VT3

6,5

С2

Cос

Lк

Rос

Iк[A]

Cос

Рисунок 3.4 Каскад с параллельной отрицательной обратной связью по

напряжению при использовании активного сопротивления Rк в цепи коллектора.

Rос

0.123

Рис. 3.5 Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току при

использовании активного сопротивления Rк в цепи коллектора.

Uk [B]

0.35

Rп

12,5

0.129

6,5

Iк[A]

Еп

Rн

С3

Рис. 3.8 Пассивная коллекторая термостабилизация.

[pic]

С7

Входной

каскад

Страницы: 1, 2

Приглашения

09.12.2013 - 16.12.2013

Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

09.12.2013 - 16.12.2013

МЕНЮ

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ

Усилитель модулятора системы записи компакт-дисков

Приглашения

Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

Международный конкурс хорового искусства в АНДОРРЕ «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»