Расчет широкополосного усилителя мощности
Министерство
высшего и общего образования Российской Федерации
Саратовский Государственный
Технический Университет
Кафедра Приборостроение
КУРСОВАЯ
РАБОТА
на тему
Расчет широкополосного усилителя мощности
Выполнил:
ст. гр. ПБС-31
Федоров А.П.
Проверил: доцент Захаров Ю.А.
Саратов 2003
Пояснения
Курсовая работа 13 с., 3 рис.,
3 табл., 2 схемы, 5 источников.
УСИЛИТЕЛЬ, ТРАНЗИСТОР,
КАСКАД, ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ
В данной курсовой работе
производится расчет широкополосный усилителя мощности, а также различных
стабилизирующих и корректирующих цепей.
Цель работы -
приобретение навыков расчета номиналов элементов усилительного каскада,
подробное изучение существующих корректирующих и стабилизирующих цепей, умения
выбрать необходимые схемные решения на основе требований технического задания.
В процессе работы были
осуществлены инженерные решения (выбор транзисторов, схем стабилизации и
коррекции) и расчет номиналов элементов схем.
В результате работы
получили готовую схему усилительного устройства с известной топологией и
номиналами элементов, которую можно использовать для практического применения.
Полученные данные могут
использоваться при создании реальных усилительных устройств.
Введение
Основная цель работы -
получение необходимых навыков практического расчета радиотехнического устройства
(усилителя мощности), обобществление полученных теоретических навыков и
формализация методов расчета отдельных компонентов электрических схем.
Усилители электрических
сигналов применяются во многих областях современной науки и техники. Особенно
широкое применение усилители имеют в радиосвязи и радиовещании, радиолокации,
радионавигации, радиопеленгации, телевидении, звуковом кино, дальней проводной
связи, технике радиоизмерений, где они являются основой построения всей
аппаратуры.
Кроме указанных областей
техники, усилители широко применяются в телемеханике, автоматике,
счетно-решающих и вычислительных устройствах, в аппаратуре ядерной физики,
химического анализа, геофизической разведки, точного времени, медицинской,
музыкальной и во многих других приборах.
Как правило, усилители
осуществляют усиление электрических колебаний с сохранением их формы. Усиление
происходит за счет электрической энергии источника питания. Таким образом,
усилительные элементы обладают управляющими свойствами.
Устройство, рассматриваемое
в данной работе, может широко применяться на практике. Оно имеет немалое
научное и техническое значение благодаря своей универсальности и широкой
области применения.
Задание
Диапазон частот: от 40 Гц
до 4 МГц;
Амплитуда напряжения на
выходе: 5 В;
Сопротивление нагрузки: 1
МОм;
Емкость нагрузки: 20 пФ;
Напряжение генератора:
0.05 В;
Сопротивление генератора:
100 Ом;
Допустимые частотные
искажения: 3 dB;
Ступенчатая регулировка
усиления: 30 dB.
Расчет входного
каскада
Усилительный
каскад на биполярном транзисторе ГТ311Л, включенном по схеме с общим эмиттером.
Параметры транзистора:
Германиевый, n-p-n структуры;
Коэффициент усиления тока
базы b = 150…300;
Предельная частота
коэффициента передачи тока ¦т = 600 МГц;
Емкость коллектора Ск =
2.5 пФ при Uк = 5 В;
Сопротивление базы rб = 51 Ом и т.д.
Рис. 1 - Транзистор ГТ311
Рис. 2 - Усилительный
каскад с ОЭ
Зададимся величиной
сопротивления в цепи коллектора Ом. Эквивалентное выходное сопротивление Rэкв, как параллельное соединение Rк и Rн, из-за большой величины Rн, равно 1000 Ом.
Рабочая точка: В А.
Напряжение питания: 15 В.
Сопротивление входа:
Выходное сопротивление:
Коэффициент усиления:
Расчет нижней граничной
частоты.
Расчет верхней граничной
частоты.
Площадь усиления всего
усилителя по ТЗ должна быть:
Площадь усиления
рассчитанного каскада:
Расчет
величины Rб.
Распределение
частотных искажений
Частотные
искажения распределены поровну между элементами Сс1, Сс2, Сс3. Величина
частотных искажений для каждого из них определяется следующей формулой:
,
где
n – число элементов.
Таким
образом, на каждый элемент Сс приходятся ЧИ величиной до 1 dB.
Расчет
регулировки усиления
В
усилителе заданием предусмотрена ступенчатая регулировка усиления Dp
= 30 dB.
Рис.
3 - Схема регулировки усиления
Задавшись
величиной одного из резисторов делителя, можно определить величину другого, в
соответствии с формулой:
Пусть
R2 = 1 кОм,
-
в
разах.
-
Расчет
оконечного каскада (буферного)
Транзистор
включен по схеме с общим коллектором.
Коэффициент
усиления:
Входное
сопротивление:
Выходное
сопротивление:
Расчет
нижней граничной частоты:
Расчет
верхней граничной частоты:
Верхняя
частота для всего усилителя:
Расчет
параметров обратной связи
Входной
каскад охвачен параллельной обратной связью по напряжению.
Фактор
обратной связи: F=285.32/100=3
Коэффициент
обратной связи:
Величина
сопротивления ОС определяется по формуле:
На
граничные частоты ОС влияет следующим образом:
Коэффициент
усиления:
Частота
для всего усилителя соответственно измениться:
Заключение
В результате выполненной
курсовой работы получена схема электрическая принципиальная широкополосного
усилителя мощности.
Найдена топология
элементов и их номиналы. Коэффициент усиления – 90 дБ, напряжение источника
питания – 15 В. Усилитель рассчитывался для работы на полосе пропускания от 40
Гц до 4 Мгц.
Список литературы
1.
Бялик Г.И.
Широкополосные усилители. 1956.
2.
Горбань Б.Г.
Широкополосные усилители на транзисторах. М.: Энергия, 1975.
3.
Деарт Ю.Н.
Проектирование и расчет ШПУ. М.: 1972.
4.
Шукстов В.Н.
Исследование характеристик и параметров БТ в схеме с ОЭ. УПИ, 1990.
5.
Остапенко Г.С.
Усилительные устройства. М.: Радио и связь, 1989.
Приложение 1
Схема 1 - Принципиальная
схема
Приложение 2
Схема 2 - Расположение
элементов на печатной плате (без регулировки усиления)