Расчёт и обоснование структурной схемы

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Проектирование широкополосного усилителя

Пояснительная записка

Руководитель __________ Скачко В.Д.

подпись, дата инициалы, фамилия

Студент РФ09-13 __________ Котюргина О.С.

код группы подпись, дата инициалы, фамилия

Красноярск 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. Техническое задание..…………………………………………………………....3

2. Анализ технического задания ……………………………………………….…..4

3. Расчёт и обоснование структурной схемы ………………………………….….5

4. Расчёт выходного каскада ….………………………...……………………….…7

5. Расчёт промежуточного каскада ………….…………………....……………....14

6. Расчёт входного каскада ……………….....…….……………..………………..20

7. Расчет нелинейных искажений…………………………………………………25

8. Оценка качества спроектированного устройства в соответствии с требованиями технического задания …….………………………………………..........…26

9. Список литературы..…………………………………………………….……..27

Приборостроение и телекоммуникации

Техническое задание

Рассчитать усилитель гармонических сигналов, удовлетворяющий требованиям, приведенным ниже. В данном варианте необходимо предусмотреть согласование входного сопротивления усилителя с внутренним сопротивлением источника сигнала. Допустимая нестабильность коэффициента усиления в заданном диапазоне рабочих температур не должна превышать 10%.

ЭДС входного сигнала: E = 2 мВ

Нагрузка активная: R_н = 100 кОм

Ёмкость нагрузки: С_н= 50 пФ

Частотные искажения на нижних частотах: М_н = 2,8 дБ

Частотные искажения на верхних частотах: М_в = 3 дБ

Температура минимальная: Т_н = -5^○ С

Температура максимальная: Т_в =40^○ С

Сопротивление источника питания: R_ист = 400 Ом

Граничная частота нижняя: f_н = 20 Гц

Граничная частота верхняя: f_в = 12 Мгц

Входное сопротивление: R_вх = 1,5 кОм

Нелинейные искажения: К_г = 3%

Амплитуда выходного сигнала: E_вых = 2.5 В

Анализ технического задания

В курсовом проекте необходимо предусмотреть согласование входного сопротивления усилителя с внутренним сопротивлением источника сигнала. Сопротивление нагрузки велико, поэтому можно не рассчитывать согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки. Для выходного каскада можно использовать секцию ОЭ-ОБ с высоким выходным сопротивлением и применить эту же секцию в промежуточных каскадах. Из-за высокоомной нагрузки необходимо выполнять усилитель на микросхемах типа К265УВ3,6. При таком условии выходной каскад может быть выполнен по схеме общий эмиттер – общая база целиком на интегральной схеме К265УВ6. Умеренные требования по нижней граничной частоте позволяют использовать конденсаторы, как в цепях межкаскадной связи, так и в цепях эмиттерной стабилизации.

Расчёт и обоснование структурной схемы

Задаваясь коэффициентом усиления запаса и максимально возможным усилением двухтранзисторных ИС :

Требуемое число активных каскадов:

С учетом округления в большую сторону:

Требования к отдельным каскадам:

Коэффициент усиления каскада:

Коэффициент частотных искажений на верхних частотах:

Коэффициент частотных искажений на нижних частотах:

Нестабильность усиления:

Глубина обратной связи:

Проигрыш в площади усиления по сравнению с простой параллельной коррекцией:

Выигрыш, обеспечиваемый простой параллельной коррекцией, при

заданных частотных искажениях, на высоких частотах:

Выигрыш в площади при эмиттерной коррекции:

Верхняя граничная частота каждого каскада:

Необходимая площадь усиления каскада:

Птрi=1.248*10⁸, Гц

Такая площадь усиления может быть обеспечена с помощью усилительной секции ОЭ – ОБ на интегральной микросхеме К265УВ6, поэтому усилитель будет включать три каскада, выполненных на этой микросхеме.

4. Расчёт выходного каскада

Согласование с внешней нагрузкой обеспечивается выбором коллекторного сопротивления:

Cbk=5 пФ

Емкость монтажа:

Cm=5пФ

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Ikdc=4.4 мА

Найдем коллекторное сопротивление:

, Ом

Сопротивление нагрузки выбирается в указанных пределах. Выберем коллекторное сопротивление: Ом

Это сопротивление получилось больше типового, поэтому к 10 выводу схемы необходимо вставить добавочное сопротивление Rkдоп=2030 Ом.

Уточним сопротивление нагрузки каскада:

, Ом

Определим величину коллекторного тока:

Определим напряжение питания. Для этого положим:

-допустимое приращение коллекторного тока в результате температурной нестабильности характеристик.

Uost=2 В - остаточное напряжение на коллекторе.

Ue2=0.6 В-напряжение смещения на эмиттере транзистора.

Микросхема работает в типовом режиме.

Определим минимально допустимое напряжение питания:

Полученное значение округляем до большего типового значения Ek=9 В.

Напряжение коллектор-эмиттер транзистора:

Ukэ=Ek – Uбэ – Ikdc*Rk=4 В

Расчет справочных параметров транзистора КТ331Б

β_min = 40, β_max = 120, ftr = 250 МГц, Cэ = 12 пФ, Сk = 5 пФ,

τос = 120 пс, rk = 300 кОм, ξ = 1.5, Iки = 5 мА, Uки = 5 В, Iko = 0.2мкА, Ukmax = 15 В, Ikmax = 20 мА, Pkmax =15 мВт, Δr = 0, , Uбэ=0.6 В

Его параметры в рабочей точке:

Eсмещ=-6.3 В, Uбэ=0.6 В

Определим сопротивление генератора, при R_б=6200:

Найдем площадь усиления каскада:

Где С₀эквивалентная емкость нагрузки:

Площадь усиления больше требуемой, условия выполняется.

Входное сопротивление транзистора с учетом обратной связи:

Величина сопротивления обратной связи:

Расчет термостабильности:

Нестабильность усиления:

Корректирующая емкость каскада:

Оптимальный коэффициент коррекции:

Коэффициент коррекции:

при ранее выбранной величине

Расчет амплитудно-частотной характеристики в области верхних частот:

Рисунок 1 – АЧХ выходного каскада на верхних частотах

Расчет амплитудно-частотной характеристики в области низких частот:

Эквивалентная постоянная времени каскада на нижних частотах:

Во выходном каскаде следует учесть три конденсатора, два разделительных на входе и выходе, и конденсатор в цепи эмиттерной стабилизации. Задаваясь и , найдем: