Усилитель приемной антенной решетки

Министерство образования Российской Федерации.

Томский государственный университет систем

управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

Усилитель приемной антенной решетки.

 Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

“Схемотехника АЭУ”

РТФ КП 468740.009 ПЗ

 Выполнил: студент гр.148-3

­­­________ Вахрушев С.С.

“____”___________2001г

Руководитель: доцент кафедры РЗИ

___________ Титов А.А.

“____”___________2001г

Томск 2001

РЕФЕРАТ

     Курсовая работа, 30 с., 12  рис., 1 табл.

     В курсовой работе производился расчет усилителя фазированной антенной решетки на биполярных транзисторах.

Цель работы – приобрести необходимые навыки расчета усилительных устройств на основе биполярных транзисторов.

В процессе проектирования производился расчет элементов принципиальной схемы усилителя, которые обеспечивают необходимый режим работы транзисторов, а также расчет элементов схемы термостабилизации и цепей коррекции.

Получена принципиальная схема усилителя приемной антенной решетки, которая может быть реализована на практике и применена в реальных системах радиолокации.

     Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0. Схемы и рисунки выполнены в графическом редакторе Paint Brush.

Задание

Исходные данные для проектирования:

1) Диапазон рабочих частот 100 – 1000 МГц

2) Допустимые частотные искажения МН = 1,5дБ, МВ = 1,5дБ

3) Коэффициент передачи усилителя SУ = 15дБ

4) Выходное напряжение UВЫХ = 0,2В

5) Сопротивление генератора RГ = 50Ом

6) Сопротивление нагрузки RН = 50Ом

7) Согласование по входу и по выходу

Содержание:

Введение………………………………………………………………………...5

1. Определение числа каскадов………………………………………………..6

2. Распределение искажений в области ВЧ…………………………………...6

3. Расчет оконечного каскада

   3.1. Расчет рабочей точки и построение нагрузочных прямых

      3.1.1. Резистивный каскад………………………………………………….6

       3.1.2. Дроссельный каскад…………………………………………………9

      3.1.3. Расчет мощностей…………………………………………………..10

   3.2. Выбор транзистора……………………………………………………..11

   3.3. Расчет эквивалентных схем транзистора

      3.3.1. Эквивалентная схема Джиаколетто……………………………….12

      3.3.2. Однонаправленная модель транзистора………………………….14

    3.4. Расчет цепей термостабилизации

      3.4.1. Эммитерная стабилизация…………………………….…………..15

      3.4.2. Пассивная коллекторная стабилизация…………………………..17

      3.4.3. Активная коллекторная стабилизация……………………………18

   3.5. Расчет элементов ВЧ коррекции………………………….…………..20

4. Расчет предоконечного и входного каскадов……………………………23

5. Расчет разделительных и блокировочных конденсаторов….…………..24

6. Заключение…………………………………………………….…………..26

7. Литература…………………………………………………………………27

8. Принципиальная схема усилителя……………………………………….28

9. Спецификация………………………………………………….………….29

Введение

Во многих областях современной науки и техники часто встречается необходимость усиления электрических колебаний (сигналов) различных видов с сохранением их формы.

Усилители имеют широкое и разностороннее применение: в радиосвязи и радиовещании, телевидении, звуковом кино, устройствах записи и воспроизведения звука, дальней проводной связи, измерительной аппаратуре, а также в телемеханике, автоматике и т.д.

Приемные антенные решетки используются в радиолокации для электронного сканирования пространства без механического перемещения антенны. Положение цели в пространстве, при этом, определяется по разности фаз сигналов, пришедших от каждого из элементов антенной решетки.

            Одним из основных узлов таких систем являются широкопо­лосные усилители, обеспечивающие усиление сигналов поступаю­щих с антенных решеток.

            Для обеспечения высокой точности работы системы радиоло­кации, необходима полная идентичность характеристик широкопо­лосных усилителей. Кроме того, усилители должны быть согласо­ваны по входу и выходу, иметь линейную амплитудно-частотную характеристику, параметры усилителей не должны изменяться во времени и при изменении температуры окружающей среды.

1.       Определение числа каскадов

Т.к. заданное усиление равное 15дБ не может быть достигнуто одним маломощным транзистором в широком диапазоне частот, то целесообразно коэффициент усиления распределить на несколько каскадов усиления, например, по 5дБ на каждый:

2.       Распределение искажений в области ВЧ

Определим неравномерность частотной характеристики на рабочем диапазоне частот, приходящуюся на один каскад:

3.      Расчет оконечного каскада

3.1.      Расчет рабочей точки и построение нагрузочных прямых

3.1.1.              Резистивный каскад

В разрабатываемом усилителе будет использован каскад с комбинированной отрицательной обратной связью, схема которого по переменному току приведена на рис. 3.1.1.1. 

Рис. 3.1.1.1  Каскад с обратной связью

Т.к. часть выходной полезной мощности рассеивается на резисторах обратной связи Rэ, Rос, то для предварительного расчета рабочей точки выходного транзистора напряжение, которое он должен выдавать, необходимо брать удвоенным, т.к. заранее эти потери неизвестны. Потом эти потери можно уточнить. Координаты рабочей точки приближенно можно рассчитать по формулам [1]:

где Iвых – выходной ток оконечного транзистора;

      Uвых – выходное напряжение транзистора;

      Pвых – мощность, выдаваемая транзистором на выходе

Схема резистивного каскада по постоянному току приведена на рис. 3.1.1.2.

Рис. 3.1.1.2 Резистивный каскад

    Пусть Rн=Rк=50 Ом, тогда выходной ток транзистора будет равен:

    Обычно остаточное напряжение Uост и ток Iост выбирают в пределах:

Тогда рабочая точка транзистора:

где UКЭ0 – напряжение на переходе коллектор-эммитер в рабочей точке;

       IК0 – ток коллектора в рабочей точке транзистора

Напряжение источника питания:

Построим нагрузочные прямые постоянного и переменного токов для резистивного каскада:

- уравнение нагрузочной прямой по постоянному току

Для переменного тока:

Рис. 3.1.1.3 Нагрузочные прямые для резистивного каскада

У резистивного каскада сопротивление нагрузки выходной цепи переменному току меньше, чем постоянному, и нагрузочная прямая постоянного тока проходит через точку покоя более полого, чем нагрузочная прямая переменного тока.

3.1.2.  Дроссельный каскад

Дроссельный усилительный каскад представлен на рисунке 3.1.2.1. Здесь вместо резистора RК ставят дроссель LДР, для увеличения КПД каскада.            

Рис. 3.1.2.1 Дроссельный усилительный каскад

Резисторами Rб1 и Rб2 (базовые делители) устанавливают рабочую точку каскада.

Тогда рабочая точка транзистора:

    Питание:  

По переменному току: 

Тогда нагрузочные прямые по постоянному и переменному току для дроссельного каскада выглядят следующим образом:

Рис. 3.1.2.2 Нагрузочные прямые для дроссельного каскада

Т.к. сопротивление дросселя по постоянному току эквивалентно короткому замыканию, нагрузочная прямая по по­стоян­но­му току есть вертикальная линия   

3.1.3.    Расчет мощностей

Произведем расчет потребляемой и рассеиваемой мощностей для резистивного и дроссельного каскадов выбор каскада по энергетическим параметрам:

Для резистивного каскада:

где Рк – мощность, рассеиваемая на коллекторе;

      Рпотр – потребляемая транзистором мощность.

Для дроссельного каскада:

 Полученные результаты представлены в таблице 3.1.3.1:

Таблица 3.1.3.1 Энергетические параметры усилительных каскадов