Реферат: Усилитель многоканальной системы передачи

Произведем расчет и сделаем выбор транзистора. Однако надо учитывать, что транзистор будем питать отрицательным зажимом источника питания, не так как показано на рисунке 2.3, а положительный зажим будем подавать на “землю”. Отсюда следует, что транзистор должен быть p-n-p, потому как если это будет n-p-n транзистор, то переходы будут смещены в обратном направлении, а значит ток по цепи коллектор – эмиттер течь не будет, в случае если это p-n-p транзистор переходы будут открыты и ток будет протекать.

Расчет: Р₂ = 60 мВт; f_в = 280 кГц; Р_{кр мах} = 4·60 = 240 мВт; а_н · Р_{кр мах} =300·1,8 = 430 мВт. Р_{к мах} = 1 Вт.

Р_{к мах} ³ а_н · Р_{кр мах} . Из p-n-p транзисторов подходит КТ629А по мощности, проверяем частотные свойства. f_h21 = 4,1 МГц > 3·0,28 = 0,84 МГц. Þ Подходит по всем условиям.

Режим работы транзистора, определяемый током покоя коллектора I_к и постоянной составляющей напряжения на переходе U_кэ , должен быть таким, чтобы во внешней нагрузке обеспечивалось необходимая номинальная мощность сигнала и параметры предельных режимов работы транзистора не превышали максимально допустимых. По мощности и заданному напряжению источника питания Е₀ определяем режим работы выходного транзистора:

U_кэ = а·Е₀ = 0,63·Е₀ = 15 В. (2.4).

I_к = Р_{кр max} /U_кэ = 240/15 = 16 мА. (2.5).

Где а = 0,6…0,8 – коэффициент, учитывающий, что часть напряжения источника питания упадет на резисторе цепи эмиттера по постоянному току. Должны выполняться следующие условия применительно к выбранному транзистору:

U_{кэ max} ³ 2U_кэ , 50 > 15·2 = 30; (2.6);

i_{к max} ³ а_н ·I_к , 1000 > 16·1,8 = 28,8; (2.7);

t_{пр max} £ (0,9…0,95)·t_{п max} ; (2.8).

Максимально допустимые значения Р_{к мах} , i_{к max} , U_{кэ max} от температуры перехода, определяемых величин тепловых сопротивлений: промежутков переход – окружающая среда (R_пс ), переход – корпус (R_пк ), корпус – окружающая среда (R_кс ). При выборе транзистора желательно обойтись без внешнего теплосвода. В этом случае:

t_{пр мах} = t_{c мах} + R_пс ·P_{kp max} = 40 + 120·0,24 = 68,8 ⁰ С; (2.9).

Проверяем условие (2.8): 68,8⁰ С < 0,9·135⁰ С = 121,5⁰ С. Все условия (2.6, 2.7, 2.8) были соблюдены, а так же в реальной схеме можно обойтись без теплосвода, так как условие (2.8) соблюдено.

Приведем параметры выбранного транзистора в виде таблице:

Таблица П.2.1.

Транзистор	Pk max , Вт	fh21 , МГц	fT , МГц	U кэ max , В	ik max , A	t п , 0 C	R пс , 0 С/Вт	I КБ0 , мкА	Ск , пФ	r б `Ck , пс	h21			h21 max/ min
											min		max
КТ629А	1,0	4,1	250	50	1,0	135	120	5	25	200	25	61	150	6,0

По найденным значениям U_кэ и I_к находим оптимальное сопротивление нагрузки выходного транзистора для переменного тока.

R_н = x·U_кэ /x_i I_k = 15·0,8/0,8·16 = 937,5 Ом (2.13).

Где x - коэффициент использования коллекторного напряжения (для транзистора средней и высокой мощности), x = 0,7…0,8; x_i – коэффициент использования коллекторного тока x_i = 0,8…0,95.

Вычислим коэффициент трансформации выходного (КПД трансформатора равен 1):

; (2.14).

Проверим выполнение условие:

мВт > 1,2·P₂ = 1,2·60 = 70 мВт. (2.15)

Условие выполнено, переходим к следующему пункту.

2.3 Расчет необходимого значения глубины обратной связи.

Основное назначение ОС заключается в уменьшении нелинейных искажений и повышении стабильности коэффициента усилителя. Требования по линейности оказываются, как правило, более жесткими и определяют необходимое значение глубины ОС.

(2.16).

где k_{Г F} = 0,04 - коэффициент гармоник усилителя с ОС, приведенный в задании параметров.

k_Г = коэффициент гармоник усилителя без ОС, который следует принять равным ориентировочно (2…3)%.

Нелинейные искажения усилителя определяются выходным каскадом, к входу которого приложено наибольшее напряжение сигнала.

2.4 Определение числа каскадов усилителя и выбор транзисторов предварительных каскадов.

Для расчета общего числа каскадов N усилителя (рис 2.2) следует выбирать транзисторы предварительных каскадов из серии маломощных транзисторов, проверив их только по одному условию – частоте. Подходят все транзисторы p-n-p типа f_h21 ³ (1,5…3)f_В . В каскадах предварительного усиления целесообразно использовать одинаковые транзисторы.

При проектировании входного каскада следует выбирать условия работы, соответствующие малому значению коэффициента шума и, в частности обеспечивать оптимальное для транзистора входного каскада значение сопротивления источника сигнала. Поэтому связь цепи усиления с источником сигнала целесообразно делать трансформаторной (рис. 2.2). коэффициент трансформации входного трансформатора n` выбирается из условия получения оптимального по шумам сопротивления источника сигнала R_{Г1 опт} для транзистора входного каскада.

; (2.17).

Величина R_{Г1 опт} зависит от частотных свойств транзистора (R_{Г1 опт} = 200…500, при f_Т £ 0,1 ГГц; R_{Г1 опт} = 100…300, при 0,1£ f_Т £ 1 ГГц; R_{Г1 опт} = 50…150, при f_Т ³ 1 ГГц;).

Число предварительных каскадов усиления и типов транзисторов для них определяется следующими двумя критериями:

1) коэффициент усиления без ОС К должен быть достаточным для обеспечения заданного значения К_F при требуемой величине F;

2) транзисторы этих каскадов должны быть достаточно высокочастотными, чтобы выполнялись условия устойчивости (п.6).

Условие (1) выполняется, если

N ³ 1 + lgM/lg(b·h₂₁ ); (2.18).

Где M = n`R_вх (1+R₁ / R_вх )K_F F/[n``R₂ (1-R₁ / R_{вх F} )h_{21 N} ]; (2.19).

b – коэффициент, учитывающий потери в межкаскадных цепях, b = 0,5…0,75; h₂₁ – параметр транзисторов предварительных каскадов, а h_{21 N} – параметр выходного транзистора. Входного сопротивление усилителя без ОС R_вх » h_{11 ,1} /(n`)² , где h_11,1 = 300…3000 Ом. При согласовании входного сопротивления усилителя с внутренним сопротивлением источника сигнала (R₁ = R_{вх F} ).

M = (h_11,1 + R_{Г1 опт} )K_F F/(2n`n``R₂ h_21N ); (2.20).

Для выполнения условия (20) достаточно, чтобы:

; (2.21).

Производим выше приведенные расчеты:

M = (300 + 125)·60·50/(2· 2,5· 0,91·150·61) = 30,53; (2.20).

N ³ 1+lg30,53/lg[0,75·37] = 1 + 1 @ 2; Þ N = 2; (2.18).

; (2.21).

Все условия (2.18 … 2.21) были соблюдены.

Из выражения (2.18) определяем число каскадов, равное двум.

2.5 Проверка выполнения условий стабильности коэффициента усиления.