ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2021
Просмотров: 515
Скачиваний: 1
СОДЕРЖАНИЕ
1. РОЗРАХУНОК СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ АЕП
1.1. Визначення опору навантаження
1.2. Вибір схеми каскадів кінцевого підсилення
1.3. Визначення корисної потужності, що забезпечується
Для однотактного трансформаторного каскаду
1.4. Вибір типу транзисторів ККП
1.5. Визначення загального коефіцієнта підсилення пристрою по потужності Кр
1.6. Визначення кількості каскадів підсилення
1.7. Розрахунок відношення сигнал / шум
1.8. Розподіл частотних і нелінійних спотворень по каскадах
1.9. Розробка структури пристрою на ІМС
2. ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ В1ДЕОПІДСИЛЮВАЧІВ
2.1. Вибір навантаження, визначення вихідної напруги або потужності
2.2. Вибір типу транзисторів ККП
2.3. Визначення загального коефіцієнта підсилення
2.4. Визначення кількості і типу транзисторів каскадів
3. ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНОК СТРУКТУРНОЇ
3.1. Вибір типу ККП та його активного елемента
3.2. Визначення загального коефіцієнта підсилення
і кількості каскадів імпульсного підсилювача
3.3. Вибір типу транзисторів каскадів
3.4 Розподіл тривалості фонду імпульсу і відносного спаду верщин імпульсу по каскадах
- напругою шуму,
що зумовлена тепловими шумами, в
опорі
вхідного кола, мкВ:
де R - опір в колі затвора транзистора, кОм
F -смуга робочих частот пристрою, кГц; .
-напругою шуму, що зумовлена тепловими шумами в уніполярному транзисторі,мкВ:
де - шумовий опір струмопровідного каналу
Загальна напруга шума буде дорівнювати
Розрахована Uвх повинна забезпечити необхідне
(сигнал / шум).
1.8. Розподіл частотних і нелінійних спотворень по каскадах
Розподіл частотних спотворень по каскадах виконується окремо для області високих і низьких частот.
Частотні спотворення
в області високих частот зумовлені
декіль
кома складовими:
1.8.1. Частотні спотворення Мв.т, що визначаються впливом транзистора:
- для каскаду з спільним емітером
- для каскаду з спільною базою
- для каскаду з спільним коллектором
де Fв - верхня частота робочого діапазону пристрою;
- гранична частота транзистора по крутості в схемі з спільним емітером;
- гранична частота транзистора по крутості в схемі з спільним колектором.
При застосуванні
уніполярних транзисторів частотні
спотворен
ня від впливу транзисторів
не розраховують.
1.8.2. Частотні
спотворення Мв.сх , що вносяться
елементами
схеми каскаду:
- для резистивного каскаду з спільним емітером:
Мв.сх = 0,2...0,ЗдБ,
-для емітерного повторювача
Мв.сх = 0,1...0,15дБ,
-
для
фазоінверсного каскаду з розділеним
навантаженням
Мв.сх = 0,1...0,15дБ
- для трансформаторного каскаду
Мв.сх = 0,4...0,9 дБ
Загальні частотні спотворення в області високих частот визначаються як сума
Мв (дБ) = Мв.Т (ДБ) + М В.СХ (дБ)
Якщо відомі кількість і тип каскадів, то можна визначити величину частотних спотворень всього пристрою:
Мв (дБ) = Мв1 (дБ) + МВ2 (дБ) +...+ Мвn(дБ) + МВкКП(дБ)
Частотні спотворення на низьких частотах Мн зумовленні наявністю в каскаді кіл, що впливають на коефіцієнт підсилення в області низьких частот, і орієнтовно можуть бути визначені для кожного каскаду з табл. 2.
Таблиця2
Тип каскаду |
МН, дБ |
Резистивний підсилювач - З спільним емітером (витоком) - З спільним колектором (стоком) - З спільною базою Фазоінвертний з розподіленям Навантаженням Трансформаторний |
0,8...1,2 0,2...0,3 1...1,5
0,3...0,4 1,5...2,5 |
Частотні спотворення пристрою Мн дорівнюють сумі
МН (дБ) = МН1 (дБ) + МН2 (дБ) +...+ МН n (дБ) + МН ККП (дБ).
Для визначеної кількості каскадів необхідно виконання умов:
Якщо значення частотних спотворень перевищує задані в технічному завданні (ТЗ), то в пристрої потрібно застосовувати від'ємний зворотний зв'язок (ВЗЗ), охопивши ним таку кількість каскадів, щоб загальне значення частотних спотворень, з урахуванням каскадів охоплених ВЗЗ, було меньше або дорівнювало Мт.з (див. розділ 1.2). Основну частину нелінійних спотворень вносить ККП, на усі попередні каскади виділяється приблизно 0,1 ...0,2%.
При підвищених
вимогах до нелінійних спотворень в
пристрої
необхідно вводити від'ємний
зворотний зв'язок, охоплюючи ВЗЗ ККП
(див.
розділ 1.2).
1.9. Розробка структури пристрою на ІМС
Після розробки структурної схеми пристрою на дискретних елементах, необхідно проаналізувати можливість виконання пристрою на інтегральних мікросхемах (ІМС). З цією метою необхідно співставити параметри окремих каскадів або їх сукупності з параметрами рекомендованими, до застосування в пристроях даного призначення, ІМС.
Вибір конкретних типів ІМС доцільно здійснювати починаючи з вихідного каскаду, звертаючи увагу на можливість забезпечення необхідної вихідної потужності на заданому опорі навантаження, забезпечення необхідного рівня нелінійних та частотних спотворень.
Якщо підібрана ІМС забезпечує вказані параметри, в електричному розрахунку необхідно здійснити розрахунок необхідних елементів, виходячи з попередньо отриманих вимог до цього каскаду. При застосуванні типової схеми ввімкнення ІМС робиться перевірочний розрахунок.
В вихідних потужних каскадах рекомендується застосовувати мікросхеми серії К174, які здатні забезпечити широкий діапазон потужності, при достатній якості відтворення сигналу.
В каскадах попереднього підсилення можуть бути застосовані спеціалізовані ІМС [6] або операційні підсилювачі загального користування, наприклад, КР140УД20А,Б, К157УД1, К157УД2, КР544УД1А,Б,В, К1401УД1, К1401УД2, 1407УД1 та інші [4] .
Особливу увагу слід звернути на доказ можливості забезпечення необхідних параметрів, отриманих з розрахунку структурної схеми. Для цього повинні бути використанні графіки, таблиці, вирази, які дають можливість переконатися в доцільності зробленого вибору. Без використання вказаних матеріалів вибір не є обгрунтований.
2. ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ СТРУКТУРНОЇ
СХЕМИ В1ДЕОПІДСИЛЮВАЧІВ
В розрахунку структури відеопідсилювачів необхідно враховувати ряд особливостей, характерних для цього типу пристроїв: широку смугу робочих частот, що досягає десятків...сотень мегагерц, широке застосування схем корекції частотної характеристики, різноманітність типу навантажень.
Нижче будуть розглянуті особливості розрахунку деяких параметрів відеопідсилювачів. Інші параметри таких пристроїв можуть бути розраховані по матеріалах розділу 1.
2.1. Вибір навантаження, визначення вихідної напруги або потужності
2.1.1. Для відеопідсилювача
каналу вертикального
відхилення
аналогового осцилографа
необхідна напруга на
виходах підсилювача
дорівнює:
де D - діаметр трубки осцилографа, мм;
h - чутливість пластин вертикального відхилення, мм /В.
2.1.2. Для відеопідсилювача
телевізійної передавальної камери,
коли
кінцевий каскад навантажений на кабель
з хвильовим опором ,
вибирається
спочатку тип кабеля і за відомою величиною
амплітуди
вихідної напруги Uвих
визначається амплітуда вихідного
струму:
2.1.3. Для
підсилювача
відеосигналу
телевізійного
зображення,
за
вибраним
типом
кінескопа,
з
відомою
величиною
напруги
модуля
тора
Ем,
визначається
вихідна
напруга
підсилювача:
2.2. Вибір типу транзисторів ККП
2.2.1. Для відеопідсилювача каналу вертикального відхилення осцилографа кінцевий каскад повинен забезпечити рівні і протифазні напруги, які подаються на пластини ЕЛТ. Враховуючи високоомне навантаження (струми пластин дуже малі), перевагу слід віддати парафазному каскаду, що має високий вихідний опір по обох плечах. Транзистори ККП в такому випадку вибираються з умов:
2.2.2. У відеопідсилювачах телевізійної передавальної камери, в якості кінцевого каскаду, з метою узгодження вихідного опору підсилювача з низьким хвильовим опором кабеля, практично завжди застосовується емітерний повторювач, Івих = Uвих / номінальний робочий струм транзистора визначається з умови:
Іо≥(2...3)Івих,
крім того, для
біполярного транзистора повинна
виконуватись умова
2.2.3. Для підсилювача відеосигналу телевізійного зображення, де кінцевий каскад звичайно працює в режимі класу А, тип транзистора кінцевого каскаду вибирают з тих же умов, що і в підсилювачі вертикального відхилення осцилографа. Додатковою умовою є забезпечення максимально можливого струму робочої точки транзистора
де
2.3. Визначення загального коефіцієнта підсилення
потужності або напруги
Для відеопідсилювачів
на біполярних транзисторах
загальний
коефіцієнт підсилення по
потужності дорівнює ,
(2.1)
Для відеопідсилювачів
на уніполярних транзисторах
загальний
коефіцієнт підсилення
визначається за напругою
(2.2)
де Uвх - вхідна напруга відеопідсилювача;
- вихідна потужність джерела сигналу (визначається
за відомою величиною вихідного опору джерела сигналу )
Для відеопідсилювача телевізійної передавальної камери джерелом вхідного сигналу, як правило, є відикон, що має вихідну напругу 10.20 мВ при вихідному опорі 100...300 кОм.
Для підсилювача відеосигналів телевізійного радіоприймача джерелом сигналу є відеодетектор, з вихідною напругою 100...300 мВ і вихідним опором 5… 10 кОм.
В інших типах відеопідсилювачів параметри вхідного опору і чутливість за напругою звичайно задаються в ТЗ.
При застосуванні парафазного каскаду, який має глибину зворотного зв'язку А=2, а також при використанні емітерної (витокової) високочастотної корекції (коефіцієнт зворотного зв'язку А=1,5...4), у виразах (2.1) і (2.2) необхідно застосувати відповідні поправочні коефіцієнти (див. п.1.5).
2.4. Визначення кількості і типу транзисторів каскадів
попереднього підсилення
Розрахункове значення коефіцієнта підсилення по потужності, відеопідсилювача на біполярних транзисторах, знаходиться з використанням розрахункових виразів, наведених у розділі 1. Розрахункова величина КР. заг (дБ) розр. = Кр1 +Кр2 +...+ Крn повинна бути в межах ± 20% відхилення від значення Кр.заг(дБ) .
Розрахункове значення коефіцієнта підсилення за напругою відеопідсилювача на уніполярних транзисторах визначається з таких міркувань:
-коефіцієнт
підсилення каскадів з спільним витоком,
з ураху-
ванням розширення смуги
пропускання, повинен бути не більше
5...15;
-коефіцієнт передачі витокових повторювачів, що застосовуються в схемах відеопідсилювачів, не більше 0,4...0,6.
КU. заг. розр = КU1 х КU2 х...х КUn ≈ (0,9...1,1) КU заг
Усі активні елементи, що застосовуються у відеопідсилювачах, повинні бути вибрані з урахуванням забезпечення необхідного співвідношення доступної і потрібної площі підсилення
Прозр П
де Прозр = КU х FB - потрібна площа підсилення;
-доступна площа підсилення;
Со - ємність каскаду, що складається з вхідної ємності каскаду, ємності монтажу 10. .20 пФ і вихідної ємності (для схеми з спільним
емітером Свих = Ск h21Е )
Значення КU для схем з спільним емітером, при розрахунку потрібної площі підсилення повинні бути не більше 15..20. Ообливу увагу необхідно звертати на правильний вибір типу першого каскаду підсилення з метою забезпечення узгодження вихідного опору джерела сигналу з вхідним опором підсилювача.
Біполярні транзистори повинні забезпечувати виконання умови
3. ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНОК СТРУКТУРНОЇ
СХЕМИ ІМПУЛЬСНОГО ПІДСИЛЮВАЧА
З ТЗ для розрахунку імпульсного підсилювача задаються дані про джерело сигналу (форма і полярність імпульсів, амплітуда, тривалість і частота, внутрішній опір) і навантаження (опір, ємність, полярність і амплітуда вихідного імпульсу). Розрахунок структурнї схеми імпульсного підсилювача має деякі особливості.
3.1. Вибір типу ККП та його активного елемента
В залежності від опору навантаження в ККП імпульсного підсилювача можуть застосовуватись різні схеми ввімкнення транзисторів. При Rн ≥ 1... 1,5 кОм - схема з спільним емітером (витоком),
при Rн 0,01... 1,0 кОм, або роботі на кабель з хвильовим опором - схема з спільним колектором (стоком).
Транзистор ККП повинен забезпечити необхідно вихідну амплітуду імпульсу Uвих, струм транзистора, в такому випадку, буде дорівнювати
Максимально допустимий струм транзистора Іmax , при однополярному імпульсі, повинен забезпечуватись співвідношенням:
а при двополярному імпульсі
Максимальна допустима напруга на колекторі (стоці) повинна задовольняти умову
-при однополярному імпульсі;
- при двополярному імпульсі;
Біполярний транзистор слід додатково перевіряй за частотними властивостями,
де - тривалість фронту вихідного імпульсу
3.2. Визначення загального коефіцієнта підсилення
і кількості каскадів імпульсного підсилювача
Розрахунок коефіцієнта підсилення імпульсного підсилювача зручно вести за напругою, при відомій величині вхідної напруги
(3.1.)
Кількість каскадів підсилювача повинна бути визначена виходячи з коефіцієнта передачі емітерного повторювана за напругою не білбше 0,5...0,8, витокового повторювача - 0,3...0,5, каскаду з спільною базою(затвором)- 8...18
Розрахункова величина коефіціента підсилення підсилювача повина лежати в межах 20% (3.1.)
При виборі типу каскадів попереднього підсилення необхідно врахувати їх кількість, щоб забезпечити необхідну полярність вихідних імпульсів
При однополярних вихідному і вхідному імпульсах кількість каскадів повинна бути парною, при виборі типу вхідного каскаду для забезпечення необхідного узгодження його вхідного опору з вихідним опором джерела сигналу
3.3. Вибір типу транзисторів каскадів
попереднього підсилення
Каскади попереднього підсилення реалізуються, як правило, на малопотужних активних елементах, однак при виборі транзистора, слід пам’ятати що:
- при застосуванні в якості кінцевого каскаду повторювачів, з ве-личиною коефіцієнта передачі за напругою КU , транзистор передкінцевого
каскаду повинен бути перевірений за максимальною напругою на колекторі (стоці) аналогічно кінцевому каскаду, з урахуванням того, що він повинен забезпечити вихідну напругу, що дорівнює Uвих /КU;
- при застосуванні біполярних транзисторів предкінцевий каскад повинен мати максимальне значення колекторного струму, в 2...3 раза більший за максимальний базовий струм кінцевого каскаду.