Курсовая работа: Проектирование предварительных каскадов RC-усилителей систем передачи информации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

(СПбГУТ)

Кафедра Э и С

Курсовая работа

на тему:«Проектирование предварительных каскадов RC-усилителей систем передачи информации»

по дисциплине «Схемотехника»

Выполнил: студент группы АБ-61з, Дьяков А.Г.

Принял(а):_____________________ Никитин Ю.А.

• содержание:
• 1. Проектное задание
• 2. Предварительный расчет резисторов по постоянному току
• 2.1 Предварительный расчет резисторов диода V1
• 2.2 Предварительный расчет по постоянному току каскада на полевом транзисторе V2 (рис.4.)
• 2.3 Расчет по постоянному току каскадов на биполярных транзисторах V3, V4 (рис.5.)
• 2.4 Проверка расчета по постоянному току каскадов на биполярных транзисторах V3 и V4 с помощью компьютера
• 3. Расчет усилителя на переменном токе
• 3.1 Составление эквивалентной схемы
• 3.2 Построение амплитудно-частотной характеристики
• 3.3 Расчет сопротивления передачи
• Литература

1. Проектное задание

Проектирование входного широкополосного RC-усилителя, работающего в режиме малого сигнала, источником сигнала которого является генератор тока. Подобные усилители находят широкое применение в видеоаппаратуре, а также в блоках управления радио- и видеотехникой. Особенность проектирования заключается в том, что по ряду показателей - стабильности коэффициента усиления, динамическому диапазону входных сигналов и полосы пропускания, к усилителям предъявляются достаточно высокие требования.

Рис.1. Принципиальная схема усилителя.

Данные по варианту 312:

Классификационный индекс полевой транзистора КП 307Г и его параметры: постоянный ток транзистор биполярный

I_{с нач}= 16 мА

S_max= 12 мА/В

U_отс= -6 В

U_ЗИ = -1 В

C_ЗИ = 5 пФ

C_ЗС = 1.5 пФ

Iут.з.=1 нА

Параметры биполярного транзистора малой мощности типа n-p-n (КТ342Б):

P_к= 250 мВт

U_кэmax= 25 В

I_{к max} = 50 мА

h_{21 max} = 500

h_{21 min} = 200

f_т = 300МГц

C_к = 8пФ

ф_к = 300 пс

Величина напряжения источника питания: E₀ = 11 В;

Сопротивление внешней нагрузки: R_2H = 1.3 кОм;

Полоса пропускания:

Нижняя частота:;

Верхняя частота:_;

Конденсаторы: C₁-C₆=1ч5 мкФ;

Ток источника сигнала: I₁=1 мкА;

Ёмкость внешней нагрузки: С₇=5 пФ.

2. Предварительный расчет резисторов по постоянному току

2.1 Предварительный расчет резисторов диода V1

Параметры фотодиода V1-ФДК-227: рабочее напряжение_, темновой ток

_, фототок_.

Рис.2.Принципиальная схема цепей питания фотодиода (слева) и его типовая вольт-амперная характеристика (справа).

Обратное смещение на фотодиод подается для вывода его в линейную область ВАХ. Одновременно с этим увеличение напряжения U_ак уменьшает проходную емкость фотодиода.

Выберем напряжение U_ак, так, что бы |U_ак|<E₀ и |U_ак|<U_раб.

U_ак = -6 В - напряжение анод-катод фотодиода. Тогда на резисторах (R₁+R₂) должно быть падение напряжения равное_.Задав напряжение на аноде _, определяем по закону Кирхгофа напряжение на катоде _.Теперь, зная фототок _, вычислим сопротивление резисторов и :

и _.

Рассчитанные сопротивления резисторов и необходимо выбрать в соответствии с номинальным рядом(Рис.3.)

Рис.3. Номинальный ряд.

Получается _, а _.

На рис.2. (справа) показана точка А с координатами (_), из чего следует, что сопротивление фотодиода постоянному току в этой точке _.

В соответствии с номинальным рядом .

2.2 Предварительный расчет по постоянному току каскада на полевом транзисторе V2 (рис.4.)

Транзистор КТ342Б имеет следующие справочные данные:

Ток стока начальный - I_{с нач} = 6мА; Напряжение отсечки - U_отс= - 1.5 В;

Ток утечки затвора - I_ут.з.= 1 нА; Ёмкость затвор-исток - C_зи = 5 пФ;

Максимальная крутизна - S_макс = 9 мА/В; Ёмкость проходная - С_зс = 1.5 пФ.

Сопротивление затвор - исток r_ЗИ= U_ЗИ/ I_УТ.З =1000 МОм;

Рис.4. Принципиальная схема по постоянному току каскада V2 (слева) и типовая вольт-амперная характеристика полевого транзистора с n-каналом (справа).

Для расчета резисторов R₃, R₄, R₅ и R₆ сначала необходимо рассчитать точку покоя полевого транзистора V2, исходя из его параметров: начального тока стока , максимальной крутизны и напряжения отсечки U.

Выберем напряжение затвор-исток _, . Тогда ток стока и крутизну вычислим согласно выражения:

_.

Выбираем напряжение на истоке а напряжение сток-исток Тогда напряжение на стоке равно _=.

Отсюда сопротивления в цепи истока и стока равны ,по номинальной шкале

,по номинальной шкале

Напряжение на затворе равно .

Рассчитаем сопротивление R_4, исходя из заданной верхней частоты _. Так как частота верхнего среза входной цепи должна быть больше _, а она определяется сопротивлением R₄ и суммарной емкостью , где - проходная емкость диода, С_вх - входная емкость транзистора V2, С_м - емкость монтажа.

Рассчитаем входную емкость транзистора по формуле С_вх=С_зи+(S*R₅+1)*C_зс=59,15 пФ.

Суммарная емкость равна С = 1,5+59,15+5=65,65 пФ. Необходимо взять такое R₄, что бы выполнялось неравенство R₄Ом.

Следовательно, R₄ будет равно по номинальной шкале1000 Ом (1 кОм). Определяем ток делителя I_д2 = = 1,2 мА и сопротивление резистора R₃ = = 8,17 кОм.

по номинальной шкале

2.3 Расчет по постоянному току каскадов на биполярных транзисторах V3, V4 (рис.5.).

Рис.5. Принципиальная схема каскадов на биполярных транзисторах по постоянному току.

Биполярный транзистор КТ342Б имеет следующие параметры:

-транзистор биполярный кремниевый;

-U_БЭ=0.7 В;

- коэффициент усиления по току минимальный h_{21 min} = 500;

- коэффициент усиления по току максимальный h_21max= 200;

- частота единичного усиления fт = 300 МГц;

-максимальный постоянный ток коллектора I_kmax= 50 мА;

-максимальное напряжение коллектор-эмиттер U_кэmax= 25 В;

-постоянная времени цепи обратной связи ф_к =300пс;

-ёмкость коллекторного перехода С_к = 8 пФ;

-допустимая мощность рассеиваемая на коллекторе Р_{К ДОП}= 250мВт

Выберем ток покоя V4: I_k4. ВозьмемI_k4 = 10 мА. Учитывая, что коллекторный ток транзистора V3 меньше, чем переменный ток коллектора V4, выбираем постоянный коллекторный ток I_k3I_k4, тогда

I_k3 = 6 мА.

Установив напряжение коллектор - эмиттер V4: U_КЭ,4 = = 5,5 В и напряжение на эмиттере V4: U_Э4 = 0.1*Е₀ = 1.1 В, можно определить напряжение U_Б4 = U_Э3 = U_Э4+U_БЭ,

где U_БЭ = 0.7 В для кремниевых транзисторов. Получим U_Б4 = U_Э3 = 1,8 В.

Напряжение на базе V3: U_Б3 = U_Э3+U_БЭ = 2.5 В.

Напряжение на коллекторе V4: U_К4 = U_Э4+U_КЭ,4 = 6,6 В.

Для вычисления токов базы I_Б3 и I_Б4 и дальнейших расчетов определим коэффициенты передачи по току h₂₁, используя крайние значения

=. Тогда I_Б3 и I_Б4 будут равны:

I_Б3 =0.018 мА, I_Б4 =0.037 мА, а I_Э3 = I_КЗ*(1-) = 5.981 мА, I_Э4 = I_К4*(1-) = 9.97 мА.

Примем ток делителя I_Д3 ? 10* I_Б3 10*0.018 мА 0.18 мА. Выберем I_Д3 = 0.2 мА.

Теперь можно вычислить сопротивления резисторов R₇ ,R₈ ,R₉, R₁₀, R₁₁ :

R₇ = = 39 кОм;

R₈ = = 12.5 кОм;по номинальной шкале 12 кОм

R₉ = = 300 Ом;

R₁₀ = = 430 Ом;

R₁₁ = = 110 Ом.