Учебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л




НазваниеУчебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л
страница1/10
Дата публикации24.12.2013
Размер0.8 Mb.
ТипУчебно-методическое пособие
zadocs.ru > Журналистика > Учебно-методическое пособие
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


ГОУ ВПО

«Сургутский государственный университет

Ханты-Мансийского автономного округа-Югры»

Е.Л. Шошин




ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Учебно-методическое пособие


Сургут 2009

Резензент: канд.техн.наук, доцент Демко А.И., зав.кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета

Шошин Е.Л.

Проектирование широкополосных усилителей на биполярных транзисторах.-Сургут: Изд-во СурГУ, 2006.-72 с.
Пособие содержит описание различных схемных решений построения широкополосных усилительных каскадов, в том числе каскады с ОЭ, ОБ и ОК, каскады высокочастотной коррекции, согласованные каскады с обратными связями, каскады с четырёхполючными корректирующими цепями. Приводятся формулы для расчета эквивалентных параметров транзистора, коэффициента усиления, верхней и нижней граничной частоты, параметров входных и выходных цепей, элементов цепей питания и термостабилизации усилительных каскадов на биполярных транзисторах.

Учебно-методическое пособие предназначено студентам всех форм обучения направления 550400 «Телекоммуникации» и специальности 210405.65 «Радиосвязь, радиовещание и телевидение».

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………..

  1. Расчёт структурной схемы усилителя ……………………...

1.1.Задачи проектирования …………………………...……..

1.2.Определение числа каскадов …...…………...…………..

1.3. Распределение искажений по каскадам ……………….

  1. Расчёт усилительного каскада с общим

эмиттером ……………………………………………………

2.1. Оконечный каскад ………………………………………

2.1.1. Выбор транзистора ……………………………………

2.1.2. Расчёт требуемого режима работы транзистора ……

2.1.3. Расчёт цепей питания и термостабилизации ………..

2.1.4. Выходные динамические характеристики …………..

2.1.5. Расчёт эквивалентных параметров транзистора ……

2.1.6. Расчёт характеристик оконечного каскада

в области верхних частот ……………………………..

2.1.7. Оценка нелинейных искажений ……………………..

2.1.8. Расчёт характеристик каскада при введении

цепи последовательной ООС по току ………………

2.2. Промежуточный каскад ……………………………….

2.2.1. Выбор транзистора …………………………………...

2.2.2. Расчёт цепей питания и термостабилизации ………..

2.2.3. Расчёт характеристик промежуточного каскада

в области верхних частот ……………………………...

3. Расчёт усилительного каскада с общей базой ………………..

4. Расчёт усилительного каскада с общим коллектором ……….

  1. Расчет каскада с высокочастотной индуктивной

коррекцией …………………………..…………..…...……...

5.1. Оконечный каскад ………………..……………………..

5.2. Промежуточный каскад ………………………………...

6. Расчет каскада с эмиттерной коррекцией ……………………

6.1. Оконечный каскад ……………………..………………..

6.2. Промежуточный каскад …………………………..........

7. Коррекция искажений вносимых входной цепью ……….…..

7.1. Расчет искажений вносимых входной цепью …….…...

7.2. Расчет входной корректирующей цепи ………….....…

7.3. Расчет каскада с параллельной ООС ………………….

8. Согласованные каскады с обратными связями ………………

8.1. Расчет каскада с комбинированной ООС ……………..

8.2. Расчет каскадов с перекрестными ООС ………………

8.3. Расчет каскада со сложением напряжений ……………

9. Расчёт каскадов с четырёхполюсными

корректирующими цепями …………………………………….

9.1. Расчёт выходной корректирующей цепи ……………..

9.2. Расчёт каскада с реактивной межкаскадной

корректирующей цепью третьего порядка ……………

10. Расчёт усилителя в области нижних частот ………………..

11. Общие вопросы проектирования …………………………….

11.1. Выбор номиналов и типов элементов схемы ……….

11.2. Построение амплитудно-частотной

характеристики сквозного коэффициента усиления...

11.3. Моделирование работы усилителя ………………….

11.4. Оформление пояснительной записки ……………….

Список использованных источников ..…..………………………...

Приложение А Таблица вариантов заданий на курсовой

проект …………………………………………….. ..

Приложение В Пример оформления технического задания ….…


5

6

6

7

8
9

9

10

10

13

15

16
18

20
21

23

24

25
25

27

30
33

33

35

37

37

39

42

42

43

45

49

49

51

54
56

56
59

63

64

64
65

66

67

69
70

71


ВВЕДЕНИЕ
На этапе эскизного проектирования широкополосных усилительных каскадов требуется обоснование применения того или иного схемного решения, обеспечивающего достижения требуемой полосы пропускания при заданных значениях частотных искажений. Во многих практических случаях проектирование широкополосного усилителя включает в себя реализацию высокочастотной коррекции амплитудо-частотной характеристики. В известной учебной и научной литературе материал, посвященный этой проблеме, не всегда представлен в удобном для проектирования виде. К тому же в теории усилителей нет достаточно обоснованных доказательств преимущества использования того либо иного схемного решения при разработке конкретного усилительного устройства. В данном пособии собраны наиболее известные и эффективные схемные решения построения широкополосных усилительных устройств на биполярных транзисторах, а соотношения для расчета коэффициента усиления, полосы пропускания и значений элементов высокочастотной коррекции даны без выводов. Ссылки на литературу позволяют найти, при необходимости, доказательства справедливости приведенных соотношений. Соотношения для расчета даны исходя из условий, что оконечные каскады усилителей работают на чисто резистивную нагрузку выходного тракта (как правило, 50 либо 75 Ом), а входные цепи усилителей подключены к генератору сигналов, обладающим внутренним резистивным сопротивлением, равным сопротивлению тракта.

^ 1.РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ
1.1 Задачи проектирования
При проектировании усилительных устройств решают ряд задач, связанных с выбором схемы, наилучшим образом удовлетворяющей поставленным требованиям технического задания (ТЗ), с расчетом этой схемы на основании выбранных параметров и режимов работы ее элементов. В ТЗ на проектирование широкополосных усилителей (ШУ) обычно задают коэффициент усиления по напряжению , верхнюю и нижнюю граничные частоты в и н при заданных коэффициентах частотных искажений Мв и Мн, нагрузку , амплитуду выходного сигнала , уровень нелинейных искажений; требования к стабильности характеристик в диапазоне температур и т.д.

В настоящее время широкое развитие получают методы проектирования электронных схем с помощью программ сквозного автоматизированного проектирования. Однако первый этап проектирования включает в себя анализ работы усилительных схем на основе приближенных эквивалентных схем, позволяющий получить простые и наглядные соотношения для параметрического синтеза устройств. Уточненный анализ и подгонку значений элементов спроектированных таким образом устройств можно выполнить затем при помощи компьютерного моделирования работы проектируемого устройства программами MicroCap, Orcad, Microwave Office и др.

Эскизный расчет ШУ состоит в выборе типа усилительных элементов, определения числа каскадов, распределения по каскадам частотных искажений так, чтобы суммарная величина их не превосходила заданную. Обычно частотные искажения по каскадам распределяют равномерно. Иногда целесообразно распределить искажения неравномерно по каскадам, что позволяет ослабить требования к одному из них, чаще всего к оконечному.
^ 1.2. Определение числа каскадов
Для многокаскадного усилителя (рис.1.1)

Рис.1.1 Структурная схема усилителя
(1.1)

где - коэффициент усиления, дБ ;

Ki - коэффициент усиления i-го каскада, дБ , i=1,...,n ;

n - число каскадов усилителя.

С учетом влияния входной цепи на передачу усиливаемого сигнала сквозной коэффициент усиления определяется как:

(1.2)

где - э. д. с. источника сигнала ;

- внутреннее сопротивление источника сигнала ;

Rвх - входное сопротивление усилителя.

Для высокочастотных ШУ, работающих в стандартном 50 или 75-омных трактах, ориентировочно число усилительных каскадов можно определить, полагая в (1.1) все каскады одинаковыми с Ki =15-25 дБ, т.е.

(1.4)
^ 1.3. Распределение искажений по каскадам
Для n-каскадного ШУ результирующий коэффициент частотных искажений в области верхних частот (ВЧ) определяется следующим образом :

(1.5)

где Мв - результирующий коэффициент частотных искажений усилителя в области ВЧ; Мвi - коэффициент частотных искажений i - го каскада.

Суммирование в формуле (1.5) производится n+1 раз из-за необходимости учета влияния входной цепи, образованной , Rвх и Cвх (см. рис. 1.1). Распределять искажения можно равномерно, при этом

(1.6)

Иногда на входную цепь распределяют на 50 % меньше искажений, а на выходной каскад на 50% больше, чем на промежуточные каскады .

Коэффициент частотных искажений в области нижних частот (НЧ) определяется следующим соотношением :

(1.7)

где ^ Мн - результирующий коэффициент частотных искажений в области НЧ; Мнi - искажения, приходящиеся на i-й каскад; n - количество элементов, вносящих искажения на НЧ .

Количество элементов (разделительных и блокировочных конденсаторов) становится известным после окончательного выбора топологии электрической схемы усилителя, поэтому распределение искажений в области НЧ проводят на этапе расчета номиналов этих элементов. Из (1.7) следует, что при равномерном распределении низкочастотных искажений, их доля на каждый из элементов определится из соотношения:

(1.8)

На практике, с целью выравнивания номиналов конденсаторов, на разделительные конденсаторы распределяют больше искажений, чем на блокировочные. В связи с возможным разбросом номиналов элементов и параметров транзисторов, необходимо обеспечить запас по основным характеристикам в 1,2 - 1,5 раза.

^ 2. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

2.1. Оконечный каскад
Принципиальная схема оконечного некорректированного усилительного каскада c общим эмиттером (ОЭ) приведена на рис. 2.1, где - разделительные конденсаторы, - резисторы базового делителя, - резистор термостабилизации, - блокировочный конденсатор, - сопротивление в цепи коллектора, - сопротивление нагрузки.

Каскад с ОЭ относится к категории инвертирующих усилителей и, в сравнении с другими типовыми каскадами, позволяет получить наиболее высокий коэффициент усиления по напряжению (15-25 дБ) и значительный коэффициент усиления по току (15-20 дБ). Для каскада с ОЭ входное сопротивление сравнительно невелико (несколько десятков Ом-еденицы килом), а выходное сопротивление относительно большое (еденицы килом - сотни килом). Характеристики входных и выходных цепей позволяют реализовать многокаскадный усилитель из последовательно включённых каскадов с ОЭ. Для входной цепи каскада с ОЭ характерным является проявление эффекта Мюллера, заключающемся в увеличении входной ёмкости, пропорциональном значению коэффициента усиления, в следствии чего сужается полоса пропускания каскада. Полоса пропускания некорректированного каскада с ОЭ сильно зависит от высокочастотных параметров транзистора, при этом целесообразность выбора каскада с ОЭ при проектировании широкополосного усилителя связана с критической частотой , ниже которой () выбор схемы с ОЭ оправдан, выше которой () должны быть рассмотрены иные схемные решения, использующие режимы включения транзистора с ОБ или ОК, высокочастотной коррекции и введения отрицательной обратной связи.


Рис.2.1. Схема оконечного усилительного каскада с ОЭ
^ 2.1.1. Выбор транзистора
Выбор транзистора для работы в составе широкополосного усилительного оконечного каскада осуществляется с учетом следующих предельных параметров:

1. граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ

(2.1)

2. предельно допустимого напряжения коллектор - эмиттер

(2.2)

3. предельно допустимого тока коллектора

(2.3)

Тип проводимости транзистора может быть любой. Обычно при Uвых = (1-5) В и Rн = 50, 75 Ом для использования в выходном каскаде используются кремниевые ВЧ и СВЧ транзисторы средней и большой мощности.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Учебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л iconУчебно-методическое пособие Рекомендовано учебно-методическим советом...
Мигранов Н. Г., проф., д-р физ мат наук кафедра «Общая и теоретическая физика» Башкирского государственного педагогического университета...

Учебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л iconСовременная таможенная служба пособие по дисциплине «Иностранный...
Н. И. Рец, зав кафедрой совершенствования языковой подготовки дипломированных специалистов Российской таможенной академии, канд техн...

Учебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л iconСтроительные нормы и правила
Ссср (д-р техн наук Е. Е. Карпис, М. В. Шувалова), вниипо мвд СССР (канд техн наук И. И. Ильминский), мниитэп (канд техн наук М....

Учебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л iconВведение в курс философии государственный комитет российской федерации...
И. канд филос наук, доцент; Обухов В. Е. доцент канд филос наук; Моисеева Т. П. канд филос наук, доцент; Семенов С. Н. доцент, канд...

Учебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л iconОтечественная история
В. Гермизеева, канд ист наук, доцент; А. Ф. Букин, канд ист наук, доцент; Т. В. Глазунова, ст преп.; М. Т. Когут, канд ист наук,...

Учебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л iconМ. Е. Дорошенко, Г. М. Куманин, И. Е. Рудакова
Российского государственного открытого технического университета путей сообщения (зав кафедрой канд экон наук Т. М. Степанян) и д-р...

Учебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л iconМ. Е. Дорошенко, Г. М. Куманин, И. Е. Рудакова
Российского государственного открытого технического университета путей сообщения (зав кафедрой канд экон наук Т. М. Степанян) и д-р...

Учебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л iconТеоретическая механика
Составители: М. В. Силков, канд техн наук, доцент; А. А. Капелюховский, канд техн наук, ст преп

Учебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л iconБезопасность технологических процессов и производств
«Промышленная безопасность и охрана окружающей среды» Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина (зав...

Учебно-методическое пособие Сургут 2009 Резензент: канд техн наук, доцент Демко А. И., зав кафедрой радиоэлектроники Сургутского государственного университета Шошин Е. Л iconА. П. Пак руководитель работ
С. А. Фрид; С. А. Березинский); Грузнииэгс минэнерго СССР (д-р техн наук Г. П. Вербицкий); Гипроречтрансом Минречфлота рсфср (канд...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов