Усилитель мощности для 1-12 каналов TV

Рассмотрим эти схемы и выберем ту, которую наиболее целесообразно применить. А) Расчёт каскада с резистивной нагрузкой : Схема каскада представлена на рисунке 3.3.1

Произведём расчёт мощности : Для удобства сравнения каскадов составим таблицу в которую занесем напряжение питания каскадов, потребляемую и рассеиваемую ими мощности, а так же напряжение коллектор-эммитер и ток коллектора. Табл. 3.3.1 характеристики каскадов

Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода по формуле: (2.9) При чём и доложны быть измерены при одном напряжении U кэ. А так как справочные данные приведены при разных напряжниях, необходимо воспользоваться формулой перехода, котоая позволяет вычислить при любом значении напряжения U кэ : (2.10) в нашем случае: Подставим полученное значение в формулу : Найдем значения остальных элементов схемы: (2.11) – сопротивление эмиттеного перехода транзистора Тогда Емкость эмиттерного перехода: Выходное сопртивление транзистора : (2.12) (2.13) Б) Расчёт однонаправленной модели на ВЧ : Схема однонаправленной модели на ВЧ представлена на рисунке 3.3.8 Описание такой модели можно найти в [3]. Рисунок 3.3.8 однонаправленная модель транзистора Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам.

Входная индуктивность: , где Входное сопротивление: (3.3.4) Выходное сопротивление имеет такое же значение, как и в схеме Джиаколетто: . 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.

Рассмотрим эти схемы. 3.3.4.1 Эмиттерная термостабилизация Эмитерная стабилизация применяется в основном в маломощных каскадах и является достачно простой в расчёте и при этом эффективной. Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 3.3.9. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [4]. Рисунок 3.3. 9 эммитерная термостабилизация Расчёт производится по следующей схеме: 1.Выбираются напряжение эмиттера и ток делителя 2. Затем рассчитываются Напряжение эмиттера выбирается равным выбирается равным : А Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле Ом ; Ом; Ом; 3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является достаточно эффективной, её схема представлена на рисунке 3.3.10. Её описание и расчёт можно найти в [5]. Рисунок 3.3.10 Схема активной коллекторной термостабилизации. В качестве VT 1 возьмём КТ814А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия ; (3.3.11) ; (3.3.12) ; (3.3.13) ; (3.3.14) , (3.3.15) где – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ814; (3.3.16) ; (3.3.17) . (3.3.18) Получаем следующие значения: Ом; мА; В; А; Ом; 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. 3.3.4.3 Пассивная коллекторная термостабилизация Наиболее экономичной и простейшей из всех схем термостабилизации является коллекторная стабилизация.

Стабилизация положения точки покоя осуществляется отрицательной параллельной обратной связью по напряжению, снимаемой с коллектора транзистора . Схема коллекторной стабилизации представлена на рисунке 3.3.11.

Исходя из вышесказанного координаты рабочей точки примут следующие значения: U к0 = 15 В ; I ко =0.4 /2. 058 = 0. 19 А . Мощность, рассеиваемая на коллекторе P к = U к0 I к0 =2.85 Вт. 3.4.2 Выбор транзистора Выбор транзистора был произведён в пункте 3.3.5.2 Выбор входного транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ913А. Его основные технические характеристики приведены ниже. [1] Электрические параметры: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Предельные эксплуатационные данные: 1. 2. 3.4.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.3. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3. 3.4.4 Расчёт цепи термостабилизации Для входного каскада также выбрана активная коллекторная термостабилизация. В качестве VT 1 возьмём КТ814А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия ; (3.3.11) ; (3.3.12) ; (3.3.13) ; (3.3.14) , (3.3.15) где – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ814; (3.3.16) ; (3.3.17) . (3.3.18) Получаем следующие значения: Ом; мА; В; А; Ом; кОм 3.5 Расчёт корректирующих цепей 3.5.1 Расчёт выходной корректирующей цепи Расчёт всех КЦ производится в соответствии с методикой описанной в [2]. Схема выходной корректирующей цепи представлена на рисунке 3.12 Рисунок 3.3.12 Схема выходной корректирующей цепи Выходную корректирующую цепь можно рассчитать с использованием методики Фано, которая подробно описана в методическом пособии [2]. Зная С вых и f в можно рассчитать элементы L 1 и C 1 . Найдём и (3 .5.1) . Теперь по таблице приведённой в [2] найдём ближайшее к рассчитанному значение и выберем соответствующие ему нормированные величины элементов КЦ и Найдём истинные значения элементов по формулам: (3.5.2) (3.5.3) . Гн ; (3.5.4) 3.5.2 Расчёт межкаскадной КЦ В данном усилителе имеются две МКЦ : между входным каскадом и каскадом со сложением напряжений и на входе усилителя. Это корректирующие цепи третьеого порядка. Цепь такого вида обеспечивает реализацию усилительного каскада с наклоном АЧХ, лежащим в пределах необходимых отклонений (повышение или понижение) с заданными частотными искажениями [2]. Расчёт межкаскадной корректирующей цепи, находящейся между входным каскадом и каскадом со сложением напряжений : Принципиальная схема МКЦ представлена на рисунке 3.3.13 Рисунок 3.3.13. Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка При расчёте используются однонаправленные модели на ВЧ входного и предоконечного транзисторов. В схеме со сложением напряжений оба транзистора выбираются одинаковыми.

Возникает задача : выбор предоконечного транзистора.

Обычно его выбирают ориентировочно, и если полученные результаты будут удовлетворять его оставляют. Для нашего случая возьмём транзистор КТ9 13 А ( VT1) , который имеет следующие эквивалентные параметры : С вых =5. 5 пФ R вых =55 Ом И транзистор КТ 934Б ( VT2), имеющий следующие эквивалентные параметры : L вх =3.8 нГн R вх =0. 366 Ом При расчёте будут использоваться коэффициенты : , значения которых берутся исходя из заданной неравномерности АЧХ. Таблица коэффициентов приведена в методическом пособии [2] В нашем случае они соответственно равны : 2.31, 1.88, 1.67. Расчет заключается в нахождении нормированных значений : и подставлении их в соответствующие формулы, из которых находятся нормированные значения элементов и преобразуются в действительные значения. Итак, произведём расчёт, используя следующие формулы : - нормированные значения Подставим исходные параметры и в результате получим: Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты: (2.32) получим: Отсюда найдем нормированные значения где (2.33) При расчете получим: и в результате: Рассчитаем дополнительные параметры: (2.34) (2.35) где S 210 - коэффициент передачи оконечного каскада. Для выравнивания АЧХ в области нижних частот используется резистор (2.36) Найдем истинные значения остальных элементов по формулам: (2.37) 3.5.3 Расчёт входной КЦ Схема входной КЦ представлена на рисунке 3.5.14. Её расчёт, а также табличные значения аналогичны описанным в пункте 3.5.1. Рисунок 3.5.14 входная коректирующая цепь Расчитаем входную коректирующую цепь : - нормированные значения Подставим исходные параметры и в результате получим: Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты: (2.32) получим: Отсюда найдем нормированные значения где (2.33) При расчете получим: и в результате: Рассчитаем дополнительные параметры: (2.34) (2.35) где S 210 - коэффициент передачи оконечного каскада. Для выравнивания АЧХ в области нижних частот используется резистор (2.36) Найдем истинные значения остальных элементов по формулам: (2.37) На этом расчёт входного каскада закончен. 3.6 Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей Дроссель в коллекторной цепи каскадов ставится для того, чтобы выход транзистора по переменному току не был заземлен. Его величина выбирается исходя из условия: . (3.6.3) Сопротивление и емкость обратной связи, стоящие в цепи базы выходного транзистора расчитаем по формулам : Подставив значения получим : Разделительные емкости.

Устройство имеет 4 реактивных элемента, вносящих частотные искажения на низких частотах. Эти элементы – разделительные емкости.

Каждая из этих емкостей по техническому заданию должна вносить не более 0.75 дБ частотных искажений.

Номинал каждой емкости с учетом заданных искажений и обвязывающих сопротивлений рассчитывается по формуле : (1.38) где Y н – заданные искажения; R 1 и R 2 – обвязывающие сопротивления, Ом; w н – нижняя частота, рад/сек.

Приведем искажения, заданные в децибелах: (1.39) где М – частотные искажения, приходящиеся на каскад, Дб. Тогда Номинал разделительной емкости оконечного каскада: Номинал разделительной емкости стоящей в цепи коллектора транзистора с общим эмиттером в каскаде со сложением напряжений: : Емкость С бл найдём из условия : X Сбл R к , где R к – сопротивление стоящее в цепи коллектора транзистора активной коллекторной термостабилизации представленной на рис.3.3.10. Х с = 1/ i w С =1/ w С С=1/ Х с w Для расчета С бл возьмем Х с =0.43 что 500 раз меньше R к . В итоге получим: С=1/0.43 2 p 230 10 6 =1.6 10 -9 С бл =1.6 нФ 4. Заключение Рассчитанный усилитель имеет следующие технические характеристики: 1. Рабочая полоса частот: 49-230 МГц 2. Линейные искажения в области нижних частот не более 2 дБ в области верхних частот не более 2 дБ 3. Коэффициент усиления 30дБ с подъёмом области верхних частот 6 дБ 4. Питание однополярное, E п=1 6 В 5. Диапазон рабочих температур: от +10 до +60 градусов Цельсия Усилитель рассчитан на нагрузку R н=75 Ом Усилитель имеет запас по усилению 5дБ, это нужно для того, чтобы в случае ухудшения, в силу каких либо причин, параметров отдельных элементов коэффициент передачи усилителя не опускался ниже заданного уровня, определённого техническим заданием.