Усилитель мощности 1-5 каналов ТВ

Применение межкаскадных корректирующих цепей (МКЦ), значительно повышает КПД. В данном усилителе используется МКЦ 3-го порядка, так как она обладает хорошими частотными свойствами. 3. Расчётная часть 3.1 Определение числа каскадов . При выборе числа каскадов примем во внимание то, что у мощного усилителя один каскад с общим эмиттером позволяет получать усиление до 6 дБ, а так как нужно получить 15 дБ оптимальное число каскадов данного усилителя равно трём, тогда, в общем, усилитель будет иметь коэффициент усиления 18 дБ (запас 3 дБ). 3.2 Распределение линейных искажений в области ВЧ Расчёт усилителя будем проводить исходя из того, что искажения распределены между каскадами равномерно. Как было определено ранее, количество каскадов проектируемого усилителя равно трём, а неравномерность усилителя по заданию не доложна превышать 2дБ. Следовательно,на каждый каскад приходится по 0,7 дБ. 3.3 Расчёт выходного каскада 3.3.1 Выбор рабочей точки Для расчёта рабочей точки следует найти исходный параметр Uвых, который определяется по формулам : (3.3.1) (3.3.2) Так как выходное напряжение имеет большую величину между нагрузкой и выходным транзистором необходимо установить трансформатор импедансов на длинных линиях с коэффициентом трансформации 1 / 9 [1] . Тогда исходные параметры примут следующие значения : (3.3.3) При дальнейшем расчете, нужно выбрать по какой схеме будет выполнен каскад : с дроссельной или резистивной нагрузкой.

Рассмотрим обе схемы и выберем ту, которую наиболее целесообразно применить. А) Расчёт каскада с резистивной нагрузкой : Схема резистивного каскада по переменному току представлена на рисунке 3.3.1 Рисунок 3.3.1 Схема каскада с резистивной нагрузкой по переменному току Так как нагрузкой каскада по переменному току является резистор, включенный в цепь коллектора - R к и R н , при чём R к выбирается равный R н , то эквивалентное сопротивление – R экв , на которое работает транзистор, будет равным R н /2. Тогда : =3.25 ( А) (3.3.4) (3.3.5) (3.3.6) где – остаточное напряжение на коллекторе и равно 2 В, тогда : Напряжение питания выбирается равным плюс напряжение которое падает на : Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они приведены на рисунке 3.3.2. I, А 8.2 5.5 R~ 3.6 R _ 15 30 50 U , В Рисунок 3.3.2. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Произведём рассчёт мощностей : потребляемой и рассеиваемой на коллекторе, используя следующие формулы : (3.3.7) (3.3.8) Б) Расчёт дроссельного каскада : Схема дроссельного каскада по переменному току представлена на рисунке 3.3.3. Рисунок 3.3.3. Схема дросельного каскада. В дроссельном каскаде нагрузкой по переменному току является непосредственно нагрузочное сопртивление R н . : Подставляя полученные значения в формулы (3.3.4)-(3.3.6), получим : Построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному току. Они представлены на рисунке 3.3.4. I, А R_ R~ 1.8 15 28 U , В Рисунок 3.3.4 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Произведём расчёт мощности по формулам (3.3.7 ), (3.3.8) : Анализируя полученные результаты можно прийти к выводу, что целесообразней использовать дроссельный каскад, так как значительно снижаются потребляемая мощность и величина питающего напряжения. 3.3.2 Выбор транзистора Выбор транзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров [2] : 1. ; 2. 3. 4. Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ930Б. Его основные технические характеристики взяты из справочника [3] и приведены ниже.

Электрические параметры: 1. 2. при В 3. 4. В 5. 6. Предельные эксплуатационные данные: 1. 2. 3. Вт; 3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора Существует много разных моделей транзистора. В данной работе произведён расчёт моделей : схемы Джиаколетто и однонаправленной модели на ВЧ. А) Расчёт схемы Джиакалетто : Схема Джиакалетто представлена на рисунке 3.3.5. Рисунок 3.3.5 Схема Джиакалетто.

Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода по формуле: (3.3.9) При чём и доложны быть измерены при одном напряжении U кэ. А так как справочные данные приведены при разных напряжниях, необходимо воспользоваться формулой, которая позволяет вычислить при любом значении напряжения U кэ : (3.3.10) в нашем случае: Подставим полученное значение в формулу (3.3.9): Используя формулу (3.3.10), найдем значение коллекторной емкости в рабочей точке : Найдем значения остальных элементов схемы: (3.3.11) где (3.3.12) – сопротивление эмиттеного перехода транзистора. Тогда : Емкость эмиттерного перехода: Выходное сопротивление транзистора : (3.3.13) (3.3.14) (3.3.15) Б) Расчёт однонаправленной модели на ВЧ : Схема однонаправленной модели на ВЧ представлена на рисунке 3.3.6. Описание этой модели можно найти в журнале [4]. Рисунок 3.3.6 Схема однонаправленной модели на ВЧ Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам.

Входная индуктивность: , (3.3.16) где Входное сопротивление: (3.3.17) Выходное сопротивление имеет такое же значение, как и в схеме Джиакалетто: . Выходная ёмкостьэто значение ёмкости вычисленное в рабочей точке : 3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации При расчёте цепей термостабилизации нужно для начала выбрать вариант схемы.

Существует несколько вариантов схем термостабилизации : пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены две схемы : эмиттерная и активная коллекторная стабилизации. 3.3.4.1 Эмиттерная термостабилизация Эмиттерная стабилизация применяется в основном в маломощных каскадах, и получила наиболее широкое распространение. Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 3.3.7. Произведём упрощённый расчёт этой схемы [2]. Рисунок 3.3. 7 Принципиальная схема эмитерной термостабилизации Расчёт производится по следующей схеме: 1.Выбираются напряжение эмиттера и ток делителя (см. рис. 3.4), а также напряжение питания 2. Затем рассчитываются Напряжение эмиттера выбирается равным порядка выбирается равным : ; (3.3.18) Тогда : А (3.3.19) Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле : ( В ) ; (3.3.20) Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам: Ом ; (3.3.21) ( Ом ) ; (3.3.22) (Ом); (3.3.23) Данная методика расчёта не учитывает напрямую заданный диапазон температур окружающей среды, однако, в диапазоне температур от 0 до 50 градусов для расчитанной подобным образом схемы, результирующий уход тока покоя транзистора, как правило, не превышает (10-15)%, то есть схема имеет вполне приемлимую стабилизацию [2] . 3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является достаточно эффективной, её схема представлена на рисунке 3.3. Рисунок 3.3.8 Схема активной коллекторной термостабилизации. В качестве VT 1 возьмём КТ814А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия расчёт по формулам [6] : ; (3.3.24) ; (3.3.25) ; (3.3.26) ; (3.3.27) , (3.3.28) где – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ814; (3.3.29) ; (3.3.30) . (3.3.31) Получаем следующие значения: Ом); мА); В); А); Ом); кОм) ; ( Ом) Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора VT 1 по переменному току был заземлён. Как было сказано выше, эмиттерную термостабилизацию в мощных каскадах применять “ невыгодно ” так как на резисторе, включённом в цепь эмиттера, расходуется большая мощность, поэтому в нашем случае необходимо выбрать активную коллекторную стабилизацию. 3.3.5 Расчёт корректирующих цепей 3.3.5.1 Расчёт выходной корректирующей цепи Расчёт всех КЦ производится в соответствии с методикой описанной в [5]. Схема выходной корректирующей цепи представлена на рисунке 3.3.9. Рисунок 3.3.9 Схема выходной корректирующей цепи Найдём и : (3 .3.32) . Теперь, по таблице приведённой в [4], найдём ближайшее к рассчитанному значение и выберем соответствующие ему нормированные величины элементов КЦ : и и модуль коэффициента отражения Найдём истинные значения элементов по формулам: (3.3.33) (3.3.4) . (3.3.35) 3.3.5.2 Расчёт межкаскадной КЦ В данном усилителе имеются две МКЦ : между выходным и предоконечным каскадами и между предоконечным и входным каскадами. Это корректирующие цепи третьеого порядка. Цепь такого вида обеспечивает реализацию усилительного каскада с равномерной АЧХ и частотными искажениями лежащих в пределах допустимых отклонений [5]. Расчёт межкаскадной корректирующей цепи, находящейся между выходным и предоконечными каскадами : Принципиальная схема МКЦ представлена на рисунке 3.3.10 Рисунок 3.3.10. Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка При расчёте используются однонаправленные модели на ВЧ выходного и предоконечного транзисторов.

Возникает задача : выбор предоконечного транзистора.

Обычно его выбирают ориентировочно, и если полученные результаты будут удовлетворять его оставляют.

Исходя из вышесказанного координаты рабочей точки примут следующие значения: U к0 = 15 В ; I ко =1.8 /2.23= 0.8 А . Мощность, рассеиваемая на коллекторе P к = U к0 I к0 =12 Вт. 3.4.2 Выбор транзистора Выбор транзистора был произведён в пункте 3.3.5.2 его название КТ930А. Этот транзистор так же отвечает требованиям, приведенных в пункте 3.3.2. Его основные технические характеристики взяты из справочника [ 3 ] и приведены ниже.

Электрические параметры: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Предельные эксплуатационные данные: 1. 2. 3.4.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора Так как при расчётах схема Джокалетто не используется, то достаточно будет расчитать однонаправленную модель на ВЧ. Эквивалентная схема замещения транзистора имеет тот же вид, что и схема, представленная на рисунке 3.3.6. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3. 3.4.4 Расчёт цепи термостабилизации Как было сказано в пункте 3.3.4.2., для данного усилителя предпочтительней выбрать во всех каскадах активную коллекторную термостабилизацию.

Принципиальная схема её представлена на рисунке 3.3.8. Расчёт производится аналогично расчёту выходного каскада.

Отличием является лишь то, что коллекторный ток будет иметь другое значение. В качестве VT 1 возьмём транзистор КТ3 6 1А так как требуется меньшее рассеивание энергии чем в выходном каскаде. H 21 транзистора КТ 361, используемое в ниже приведённых формулах равно H 21 =50. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия Ом; А; В; А; Ом; кОм. Ом На этом расчёт термостабилизации закончен. 3.4.5. Расчёт межкаскадной КЦ Расчёт межкаскадной корректирующей цепи, расположенной между вторым и первым каскадом производится аналогично расчёту приведённому в пункте 3.3.5.2. Принципиальная схема МКЦ представлена на рисунке 3.4.1 Рисунок 3.4.1. Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка

Подставим эти значения в соответствующие формулы и получим исходные параметры цепи : - нормированные значения Подставим исходные параметры и в результате получим: Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты: получим: Отсюда найдем нормированные значения где При расчете получим: и в результате: Рассчитаем дополнительные параметры: где S 210 - коэффициент передачи оконечного каскада. Найдем истинные значения остальных элементов по формулам: На этом расчёт водного каскада закончен. 3.6 Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей В данном усилителе имеются три блокировочные ёмкости, которые стоят в цепях коллекторной стабилизации, и необходимы для того чтобы термостабилизация не влияла на режим работы усилителя по переменному току.

Блокировочные ёмкости С4, С9, С14 рассчитываются из условия, что их сопротивление на нижней частоте в десять раз меньше сопротивления R2 в цепи коллекторной стабилизации (рисунок 3.3.8). То есть : 1/W н C бл = R2/10 отсюда (3.6.1) Для расчёта блокировочной ёмкости, стоящей в выходном каскаде , R 2 =200 Ом тогда : Для расчёта блокировочной ёмкости, стоящей в предоконечном каскаде , R 2 =456 Ом тогда : Для расчёта блокировочной ёмкости, стоящей во входном каскаде , R 2 =1400 Ом тогда : Так же в усилителе имеются три конденсатора фильтра : С5, С10, С15,. которые стоят паралельно R4 (рисунок 3.3.8) по переменному току. Их роль не пропустить переменную составляющую на источник питания. Их рассчёт производится аналогично блокировочным емкостям, разница лишь в том что в формуле (3.6.1) вместо R2 ставится R4 . Исходя из этого, получим следующие значения : При расчёте ёмкости, стоящей в выходном каскаде(С14) , R 4 =0.6 Ом тогда : При расчёте ёмкости, стоящей в предоконечном каскаде(С9) , R 4 =1.25 Ом тогда : При расчёте ёмкости, стоящей во входном каскаде(С4) , R 2 =3.85 Ом тогда : Дроссель в коллекторной цепи выходного каскада ставится для того, чтобы выход транзистора по переменному току не был заземлен. Его величина выбирается исходя из условия: . (3.6.2) В данном устлителе имеется четыре разделительных конденсатора, которые препятствуют прохождению постоянной составляющей от одного каскада к другому.

Нижняя граничная частота усилителя определяется влиянием разделительных и блокировочных емкостей Эти конденсаторы вносят искажения на низких частотах, а так как искажения усилителя по заданию не доложны превышать 2 дБ, то каждый конденсатор должен вносить искажения не более 0.5 дБ. Номинал разделительных емкостей можно определить из соотношения [2]: ; (3.6.3) Где R1 и R2 эквивалентные сопротивления, находящиеся по обеим сторонам конденсатора ;Y н-заданная неравномерность АЧХ на НЧ, измеряемая в разах. В нашем случае Y н=0.5 дБ или 1.01 в разах. При расчёте Ср, разделяющего нагрузку и выходной каскад R1 и R2 соответственно равны R1=R2=8Ом тогда: При расчёте Ср, разделяющего выходной и предоконечный каскад каскад R1 и R2 соответственно равны R1=8Ом, R2=390Ом тогда: При расчёте Ср, разделяющего предоконечный и входной каскад R1 и R2 соответственно равны R1=8 Ом, R2=360Ом тогда: При расчёте Ср, разделяющего входной каскад и источник сигнала R1 и R2 соответственно равны R1=75Ом, R2=680Ом тогда: На этом расчёт закончен. 4. Заключение В результате проделанной работы был рассчитан усилитель который имеет следующие технические характеристики: 1. Рабочая полоса частот: 49-100 МГц 2. Линейные искажения в области нижних частот не более 2 дБ в области верхних частот не более 2 дБ 3. Коэффициент усиления 18 дБ 4. Мощность выходного сигнала P вых=10 Вт 5. Питание однополярное, E п=16 В Усилитель рассчитан на нагрузку R н=75 Ом и работает от генератора с выходным сопротивлением R г=75 Ом.

Усилитель имеет запас по усилению 3дБ, что позволяет усилителю работать с коэффициентом усиления не ниже заданного при изменении параметров элементов в результате старения.

Литература 1. / Под ред. О.В. Алексеева. – М. : радио и связь, 1987.-392с. 2. : ТУСУР, 1990г-23с. 3. : транзисторы.

Справочник / Под ред.

Горюнов Н.Н. – 2-е изд. М. : Энергоатомиздат, 1985.-903с. 4. СЕР, СВЧ – техника. – 2000. – вып. 1-475с. 5. http://referat.ru/download/ref-2764.zip 6. Цыкин Г.С. Усилительные устройства.-М .: Связь, 1971.-367с.

					РТФ КП 468740.001 ПЗ
						Лит	Масса	Масштаб
Изм	Ли ст	N докум.	Подп.	Дата
Выполнил	Галимов			У C ИЛИТЕЛЬ
Проверил	Титов			МОЩНОСТИ
					Лист	Листов
					ТУСУР РТФ
				Принципиальная	Кафедра РЗИ
				Схема	гр. 148-3