- температура окружающей среды от-60 до +125°С;
- ёмкость практически не зависит от частоты;
- добротность более 20000;
- миниатюрное исполнение, с выводами расположенными по краям корпуса
Стандартные номиналы конденсаторов, ближайшие к рассчитанным, выбираем:
С1= 0,425 нФ;
С2 = 0,85 нФ.
Катушки индуктивности можно выбрать близкими по номиналу из стандартной серии «ДМ», либо спроектировать их самостоятельно.
Спроектируем цилиндрическую катушку с однослойной намоткой на ферримагнитном сердечнике (рисунок 8).
Рисунок 8
Для расчёта числа витков будем использовать выражение:
,
где - число витков, =, - относительная магнитная проницаемость материала сердечника, - длинна катушки, = - радиус основания катушки, . Если для сердечника катушки выбран ферромагнетик, то без учета потерь различного вида в расчетах можно принять значение , указанное в обозначении, например: 20ВЧ, 30ВЧ, 50ВЧ, 100ВЧ, 60НН, 100НН, 200НН, 300НН, 600НН, 1000НН, 2000НН, 1000НМ, 2000НМ.
Для ферромагнетика марки 2000НН:
В качестве провода намотки (бывают провода марки ПЭВ, ПЭЛ, ПЭЛШО – медные, диаметром от 0,1 до 1 мм) выберем медный провод марки ПЭЛ диаметром 0,1мм () , . Это позволяет намотать на выбранном размере сердечника до 100 витков выбранным проводом при однослойной намотке.
Учитывая длину провода в катушках L1 и L2 ценим тепловые и дополнительные (вихревые токи, поверхностный эффект) потери в катушках:
Ом
Добротность на частоте :
Присвоим катушкам индуктивности номер «своего частного технического условия»: РЗ -090104-12-09ТУ.
Оценим дополнительные потери в полосе пропускания по формуле:
дБ
т. е. потери не очень существенные и .
3. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ.
3.1 Основные положения теории
Для проектирования выбран однокаскадный усилитель напряжения по схеме “общий эмиттер”. Достоинства по данной схеме включения: обеспечивается усиление электрического сигнала по току, по напряжению, по мощности; в больших пределах можно изменят входное и выходное сопротивления в режиме переменных сигналов, что позволяет согласовать усилитель с внешними цепями.
Недостатком является значительная зависимость характеристики усилителя от температуры. Температурную стабильность улучшают введением дополнительного резистора в цепь эмиттера (отрицательная обратная связь).
Для дальнейшего использования выберем схему “средней стабильности” с фиксированным током смещения и эмиттерной стабилизацией рабочей точки.
Рисунок 9 – Схема “средней стабильности”
Будем применять обозначения:
- входное сопротивление в режиме “постоянного тока”;
- входное сопротивление транзистора для “постоянного тока”;
- коэффициент передачи по току (на постоянном токе);
, - емкости p-n-переходов;
Iэ = Iк + h21э·Iб, т.е. Iэ≈Iк;
Im, Um (∆I, ∆U) – амплитуды переменных сигналов при “прохождении” их через усилитель;
- входное сопротивление для малых переменных сигналов;
- коэффициент передачи для малых переменных сигналов; (на низких частотах h21оэ≈h21э, на более высоких частотах - уменьшается).
В справочниках по транзисторам приводятся значения h21оэ с учетом разброса параметров. В данной курсовой работе используется среднее значение ;
- выходное сопротивление ля переменных сигналов;
f1 – граничная чистота для схем ОЭ (h21оэ=1);
- предельная частота (h21оэ уменьшается в 2 раза).
3.2 Расчет схемы по постоянному току
Выбрана схема с “общим эмиттером” с фиксированным током смещения и эмиттерной стабилизацией рабочей точки. Поскольку транзистор работает в режиме малого сигнала, то его структура не имеет значения. Выберем высокочастотный транзистор КТ312(ТТЗ.701.012 ТУ) n-p-n структуры.
Пример справочных данных маломощного высокочастотного n-p-n транзистора КТ312:
=120МГц
=30
Типовые режимы работы транзистора КТ312:
;
При проектировании усилителя необходимо учитывать следующие требования: через усилитель будет проходить напряжение с максимальной частотой 3*f1(третья гармоника), т.е. 3f1=3/T=180. Целесообразно выбрать транзистор, у которого ft/h21оэ≥3f1≥180 кГц, кроме того: . Этим условиям удовлетворяет транзистор КТ312, справочные параметры которого были приведены ранее.
Выберем рабочую точку из имеющихся данных на транзистор по справочнику. Для этого необходимо учесть требования задания:
1. Rвх.ус=1000 Ом;
2. |Ku|=Uм.вых/Uм.вх=Rк/Rэ>10;
3. Rвых.ус≥500 Ом
для схемы рисунка 9 состоит из параллельного соединения и (), чтобы не учитывать одновременно несколько требований поступим следующим образом: выберем любую рабочую точку режима транзистора КТ312, причём в данной схеме будет больше требуемого. А затем перед разделительным конденсатором включим дополнительно(для переменных сигналов включим параллельно с ).
Выберем рабочую точку:
.
Расчёт по постоянному току проведём по законам Кирхгофа, начиная с контура на выходе:
. Используя Eп=10 В, значения мА и планируя
Uкэ=Еп/2=5В, определяем:. С учётом , , а по заданию требуется, чтобы |Ku|≥10. Выбираем Rк=2270 Ом Rэ=227 Ом. Определяем необходимый для данного режима ток базы транзистора: . Для определения значения резистора Rб, запишем уравнения входного контура: , Еп=10В, Iб=0,067 мА, Uбэ=0,55В, Iэ=2 мА, Rэ=227 Ом, тогда
3.3 Расчёт схемы по переменному току
Ku=-Rк/Rэ=-2270/227-10;
Rвхтранз=h11оэ+h21оэ*Rэ=0,55/0,067мА+30*227=15 кОм
для переменных сигналов состоит из параллельного соединения элементов , и , т. е.:. Учитывая, что требуется, чтобы , рассчитаем дополнительный резистор , который для переменных сигналов является подключённый параллельно с , т.е. новое , или
. Введём новое обозначение элементов усилителя и округлим их значения до ближайших стандартных:
=R1=1 кОм;
Rб=R2=124 кОм
Rk=R3= 2.3 кОм
Rэ=R4=230 Ом
Конденсатор Сэ=С4 устраняет ООС по переменному току. Выберем его значение С4=1мкФ, согласно формуле. Резисторы выберем типа С2-33-0.125±5% ОЖО.467.093 ТУ.
Рисунок 10 – Схема электрическая принципиальная радиотехнического устройства
На рисунке 10: R1=1 кОм, R2=134 кОм, R3=2,3 кОм, R4=230 Ом, С1=440пФ, С2=880пФ, С3=1мкФ, L1=0,44 мГн, L2=0,88 мГн, VT1 – транзисор КТ312.
4 Анализ спектра сложного периодического сигнала
4.1 Основные технические положения
Рисунок 11 – Исходные данные
Для рисунка 11: Uo= 0,1В, , Rг=500 Ом,
Аналитическое выражение для записи спектра(ряд Фурье) имеет вид:
где - - постоянная составляющая;
- - амплитуда при синусах;
- - амплитуда при косинусах;
- , φ=arctg() - амплитуда и фаза произвольной гармоники входного сигнала;
- - номер гармоник;
- - частоты гармоник.
У чётных сигналов , а у нечётных . Кроме того может отсутствовать постоянная составляющая в сигнале.
При определении коэффициентов ряда Фурье функцию под знаком интеграла для чётных и нечётных функций можно задавать на части периода, а результат вычислений округлять в большую сторону.
4.2 Анализ спектра
Для сигнала на рисунке 9:
-для периода от 0 до T/4.
Функция в данном варианте чётная (т. е. ), содержит постоянную составляющую. Определяем :
Таким образом, в спектре сигнала нет чётных гармоник; но по четным порядкам сигнал равен нулю
С учётом этого, аналитическое выражении сигнала для сигнала на входе фильтра:
U(t)вхФ =a1cos(w1t)+a3 cos(3w1t)+a5 cos(5w1t)+b7 cos(7w1t)+…=0,127 cos(w1t)+0,042 cos(w1t)+ 0,025 cos(5w1t) + 0.018 cos(7w1t)+ 0.014 cos(9w1t)+… .
Рисунок 12 – График амплитудного спектра сигнала
5 Анализ прохождения входного сигнала через радиотехническое устройство
5.1 Различные допущения и ограничения
Хотя, при различных округления несколько изменились коэффициенты передачи электрического фильтра, дополнительные корректировочные расчёты проводить не будем.
5.2 Анализ по схеме рисунка 9
На вход фильтра подаётся сигнал вида:
U(t)вхФ =a1cos(w1t)+a3 cos(3w1t)+a5 cos(5w1t)+b7 cos(7w1t)+…=0,127 cos(w1t)+0,042 cos(w1t)+ 0,025 cos(5w1t) + 0.018 cos(7w1t)+ 0.014 cos(9w1t)+…
Так как на входе фильтра стоит разделительный конденсатор , то постоянной составляющей a0/2=0.05 на выходе фильтра не будет.
U(t)вхФ =1cos(w1t+0)+ 1cos(w1t+0)+1 cos(w1t+0)+1 cos(w1t+0)+…≈0,127 cos(w1t)+0,042 cos(w1t)+ 0,025 cos(5w1t) + 0.018 cos(7w1t)+ 0.014 cos(9w1t).
Тогда на выходе фильтра и на входе усилителя будет напряжение Так как переменные сигналы, подаваемые на усилитель, малы то считаем его линейным с |Ku|=-10.Ёмкостные и инерционные, свойства p-n – переходов не учитываем т.к. Тогда:
U(t)вхф=-10*(0,127 cos(w1t)+0,042cos(w1t)+ 0,025cos(5w1t) + 0.018 cos(7w1t)+ 0.014 cos(9w1t)).
Заключение
сигнал электрический фильтр усилитель радиотехнический
Таким образов, в соответствии с заданием, в данной курсовой работе решены следующие задачи анализа и синтеза:
- проанализирован спектральный состав входного сигнала, а также прохождение сигнала через радиотехнические устройства (электрический фильтр и усилитель);
- проведен синтез эквивалентных схем и проектирование принципиальных схем радиотехнических устройств.
В курсовой работе применены следующие допущения и ограничения:
- спектр рассчитывался по пятую гармонику, включительно;
- усилитель, фильтр и источник сигнала считались согласованными, что позволило применить классическую теорию синтеза фильтров;
- ввиду небольшой амплитуды входного напряжения режим работы усилителя считался “линейным”.
Из-за допущений, точность расчетов несколько снизилась, но уменьшилась трудоемкость.
В целом, требования задания выполнены.
#"_Toc215080644">Список использованной литературы
1 Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учебное пособие для студентов приборостроительных специальных вузов.-М:Высш.шк., 1991.-623с.
2 Бакалов В.П. Основы теории цепей\ учебник для вузов. – М.: «Радио и связь», 2000 г. -588 с.
3 Расчет фильтров с учетом потерь: справ./пер. с нем. Литвиненко. Под ред. Сильвинской – М.: изд. «Связь», 1972 г. – 200 с.
5 Никонов И.В., Женатов Б.Д. Электрические цепи. Анализ и синтез: Учебное пособие.-Омск: ОмГТУ, 2004.-104с.
Размещено на /
Страницы: 1, 2, 3
