Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт инженерной физики и радиоэлектроники

Кафедра «Приборостроение и наноэлектроника» курсовой проект

Проектирование широкополосного усилителя

Пояснительная записка

Студент, гр. РФ 09-13 ________________ Турбов А.Ю

Руководитель ________________ Скачко В.Д

Красноярск 2011

Содержание

Содержание…………………………………………………….………2

Техническое задание……………..……………………………………3

1. Выбор и обоснование структурной схемы………………………..4

2. Расчет выходного каскада………………………………………….7

3. Расчет промежуточного каскада……………………..…..……….12

4. Расчёт входного каскада…………………………………………..18

5. Расчет истокового повторителя………………..………………...21

6. Расчет амплитудно-частотных характеристик усилителя……....23

7. Расчёт результирующих характеристик усилителя……………..26

8. Заключение ………………………………………………………...27

9. Список использованных источников…………………….……….28

Приложение А Принципиальная схема усилителя……………...….29

Приложение Б Спецификация.……..………………………………..30

Техническое задание

Рассчитать усилитель гармонических сигналов, удовлетворяющий требованиям:

ЭДС входного сигнала (E) 2мВ

Нагрузка

Активная (R_н) 150 Ом

Емкость (C_нд) -

Частотные искажения

Нижние частоты (M_н) 2.2 дБ

Верхние частоты (M_в) 2.4 дБ

Температура

Минимальная (T_н) -15 C

Максимальная (T_в) 45 C

Сопротивление источника (R_ист) 600 Ом

Граничные частоты

Нижняя (f_н) 30 Гц

верхняя (f_в) 6 МГц

Входное сопротивление (R_вх) 200 кОм

Амплитуда выходного сигнала (E_вых) 4,5 В

Нестабильность коэффициента усиления (K) 7 %

1. Выбор и обоснование структурной схемы

Расчитываемый усилитель имеет высокую верхнюю граничную частоту, что потребует применения высокочастотных усилительных секций типа ОЭ-ОБ с использованием коррекции эммитерной противосвязью, которая дополнительно стабилизирует коэффициент усиления каскада.

Умеренные требования по нижней граничной частоте позволяют использовать конденсаторы как в цепях межкаскадной связи, так и в цепях эммитерной стабилизации.

Необходимость получения высокого входного сопротивления требует установки на вход истокового повторителя.

В проекте необходимо предусмотреть согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки, подключаемой через коаксиальный кабель. Т. к. сопротивление нагрузки мало, выходной каскад следует выполнить по схеме с общим эммитером на достаточно мощном транзисторе, а предоконечный каскад на интегральной схеме, имеющей малое выходное сопротивление (типа К265УВ7).

Для компенсации погрешностей расчета, разброса параметров элементов, потерь во входной цепи усилитель рассчитывается на коэффициент усиления, при коэффициенте запаса K_з=1.5:

где E_вых, Е – выходное и входное напряжение, R_ист и R_вх – сопротивление источника сигнала и входное сопротивление усилителя.

Необходимое число каскадов при максимально возможном усилении одно-двухтранзисторных схем K_m=40:

Определяются требования к отдельным каскадам:

1. Коэффициент усиления каскада:

где N – число каскадов, K_р – расчетный коэффициент усиления.

2. Коэффициент частотных искажений на нижних частотах:

где М_н – коэффициент искажения усилителя на нижних частотах.

3. Коэффициент частотных искажений на верхних частотах:

где Мв – коэффициент искажения усилителя на верхних частотах.

4. Нестабильность усиления в каждом каскаде:

где K – нестабильность усилителя.

Определяем площадь усиления каждого каскада. Глубина обратной связи необходимая для получения заданного усиления:

Так как граничная частота усилителя достаточно высока, используются усилительные секции общий эмиттер – общая база с применением коррекции эмиттерной противосвязью.

Из графика на рисунке 1.1 находится проигрыш в площади усиления по сравнению с простой параллельной коррекцией:

При нашей глубине обратной связи А=2.664 получаем K’=0.69