Расчёт відео підсилювача

Завдання для курсового проектирования.

за курсом «Телевидение».

учневі денного відділення курсу 3 групи РРТ-01.

коледжу «Энтел» при Алматинском інституті енергетики, і связи.

Луганському Денису Николаевичу.

Тема завдання: Розрахунок відео усилителя.

Вихідні данные:

1. Передає трубка… ЛИ-420.

2. Смуга частот…50 Гц-6 МГц.

3. Спотворення на fmax не более…15%.

4. Вихідний сигал…0,25 В.

5. Розмір мишени…9,5?12,7 мм.

6. Роздільна здатність у потрібний центре…600.

7. Опір нагрузки…50 Ом.

8. Опір источника…5 кОм.

9. Мн = Мв … 2,6.

10. Вихідна ёмкость…8 пФ.

За виконання курсового проекту мали бути зацікавленими представлены:

1. Розрахунок структурної схеми й визначення числа каскадів перед усилителя;

2. Електричний розрахунок эмиттерного повторителя, працюючого на кабель.

3. Електричний розрахунок перед кінцевого каскада.

4. Розрахунок і його побудова динамічної характеристики. Розрахунок коефіцієнта передачі перед кінцевого каскада.

Заключение

.

Приложение.

Список використовуваної литературы.

Графічна часть:

1.Структурная схема відео усилительного устройства.

2.Принципиальная електрична схема устройства.

Розгорнуте технічне задание…3.

Введение

…4.

1. Розрахунок структурної схемы…5.

2. Розрахунок ЭП, працюючого на кабель…8.

3. Розрахунок ПОК відео усилителя…11.

4. Розрахунок і його побудова наскрізний динамічної хар-ки…12.

Заключение

…14.

Список литературы

…15.

Приложение…16.

Відео підсилювач — це підсилювач, яка підсилює електричний відеосигнал, що складається з мінливих картинок зображення. Для точного відтворення форми сигналу підсилювач ні вносити великих частотних і фазових спотворень. А, щоб спотворення форми сигналу були відсутні, фазові зрушення в підсилювачі або повинні взагалі відсутні, або розмір мусить бути пропорційна частоте.

У цьому курсової роботі ми мусимо спроектувати і розрахувати попередній підсилювач телевізійної камери, працюючий на 50-омный кабель.

2. Розрахунок структурної схемы.

1. Амплітуда вхідного і вихідного тока:

Iвх m = Uвх m / Rист;

Iвх m = 0,0015 /5?10−3 = 3 мкА;

Iвых m = Uвых m / Rист ;

Iвых m = 0,25 / 50 = 5 мА;

2. Визначимо загальний коефіцієнт усиления:

Кт общ = Iвых m / Iвх m;

Кт общ = 0,005 / 3?10−6 = 1666;

Полярність вхідного сигналу має відповідати полярності вихідного, тому число каскадів відео підсилювача має бути чётным.

Табл.1.

N 1−2 2−3 3−4 4−5.

Кр Сотні разів Тисячі раз Десятки тисяч разів Сотні тисяч раз.

Відповідно до таблиці 1 вибираємо кількість каскадів, з рассчитываемого коефіцієнта посилення, враховуючи, що його каскадів має бути полным:

N = 2;

3. Перевіряємо можливість посилення двома каскадами:

Кт необх = Кт общ / Кт прибл ;

Кт необх = 1666 / 50 = 33.

Для погодження з входом предающей трубкою потрібно додати эмиттерный повторювач. Зазвичай транзистор в проміжному каскаді включають за схемою із загальним эмиттером. Смуга пропускання каскаду з ОЕ залежить від граничной частоти fh21б (гранична частота посилення потоку). У каскадах застосовується эмиттерная високочастотна корекція, тому смуга пропускання буде також залежати від наявності цієї корекції, від глибини негативною зворотного зв’язку та коефіцієнта корекції. Негативна зворотний розширює смугу пропускання, але зменшує коефіцієнт посилення за проектною потужністю попереднього каскаду. З використанням в попередніх каскадах транзисторів з низькою граничной частотою fh21б щоб одержати необхідної смуги пропускання припадати збільшувати число каскадов.

4. З заданих умов, вибираємо транзистор:

КТ312Б — n-p-n.

Табл.2.

h21e 25−100 ?до 500 пс Uкэ нас 0,18 У Пт 50 МГц.

fт 120 МГц h21э 30 Ік доп 30 мАЛО iэб0 0,1 мкА.

Ск 5 пФ rб 80 Ом iкб0 доп 0,2 мкА Uкэм 30 В.

Рк 225 мВт Uкэ м 30 У Uбэ нас 0,83 У rб 80 Ом.

Гранична частота транзистора равна:

fh21б = mfт ;

fh21б = 1,6?120 = 192 МГц,.

де m для диффузионных транзисторів дорівнює 1,6.

5. Розраховуємо коефіцієнт посилення по току проміжного каскада:

Кт пк = (0,2?h21э)2?Nобщ — 1 ;

Кт пк = (0,2?50)2?(2−1) = 100 ;

Вочевидь, що необхідну Кт пк необх = 100 від двох каскадів проміжного посилення отримати можно.

6. Произведём розподіл допустимих все відео підсилювач частотних спотворень Мн і Мв між його цепями:

Табл.3.

Найменування каскадів і ланцюгів Допустимі спотворення в дБ.

НЧ ВЧ.

Вихідна ланцюг ЭП 0 0.

Вхідні ланцюг ЭП 0,5 0,7.

Ланцюг эмиттерной стабілізації 2 каскаду 0,35 0,3.

Вхідні ланцюг 2 каскаду 0,7 0,75.

Ланцюг эмиттерной стабілізації 1 каскаду 0,35 0,1.

Вхідні ланцюг ПУ 0,7 0,75.

Усього: 2,6 2,6.

Рис. 1. Структурна схема відео усилителя.

3. Розрахунок эмиттерного повторителя, працюючого на кабель.

8. Знаходимо необхідного розмаху эмиттерного тока:

?Iэ = Uвых / Rн;

?Iэ = 0,25 / 50 = 0,005 А = 5 мА;

9. Максимальний струм коллектора:

ік мах = 3? Iэ;

ік мах = 3?5 = 15 мА;

10. Необхідна гранична частота усиления:

fh21б? (10…20)Fв;

fh21б? 20?6 = 120 МГц;

11. Вибираємо транзистор для кінцевого каскаду: ГТ 308Б.

Табл.4.

h21э 50−120 fT 120МГц ik max 50 мАЛО CK 8пФ.

rб 50 Ом rэ 2.6 Ом Uкэ мах 12 У Uкб мах 20 В.

Pk max 150 мВт Тп 55? З.

12. Визначимо напруга джерела коллекторного харчування 2,8 В:

Ек? і k maxRн + ек ост;

Ек? 15?50 + 0,7 = 1,45 В;

Приймаємо стандартне значення напруги джерела ЕК=1,5 В.

13. Визначаємо середній струм коллектора:

Icр = Ек / 2Rн ;

Icр = 1,5 / 100 = 0,015 А = 15 мА;

14. Максимальна рассеиваемая потужність на коллекторе:

Рк = Ік порівн? Ек ;

Рк = 0,015?1,5 = 0,0225 Вт ;

15. Будуємо статичні характеристики транзистора і визначаємо режим роботи (див. приложение).

16. По статичним характеристикам визначаємо струми коллектора:

I до max = 15 мА;

I k min = 5 мАЛО ;

Ік 0 = 10 мА;

17. У дні статичним характеристикам визначаємо струми бази й напруги эмиттер — база :

I б max = 0,3 мАЛО ;

I б min = 0,1 мАЛО ;

I б0 = 0,2 мАЛО ;

Uбэ max = 0,2 В;

Uбэ min = 0,12 В;

Uбэ0 = 0,15 В;

17. Розраховуємо параметри еквівалентній схеми транзистора у робітничій точке:

З до = Ск спр3? U кэ опр / U кэ0 ;

З до = 8? 3? 12 /0,7 = 20,6 пФ ;

rэ = 26 / I к0 ;

rэ = 26 / 14 = 1,8 Ом;

18. Визначаємо диффузионную ёмкость:

З ед = 1 / 2? f h21б? rэ ;

З ед = 1 / 2?3,14?120?106?2,6 = 5,1?10−10 Ф;

19. Визначимо час зворотної связи:

?до = rб? Ск ;

?до = 50?8 = 400 пс;

20. Вхідний опір транзистора за схемою із загальним эмиттером:

Rвх ое = rб + rэ (1 + h21э) ;

Rвх ое = 50 +2,6(1 + 77) = 252,8 Ом ;

21. Крутість характеристики эмиттерного тока:

Sэ = 1 + h21э / rб + rэ (1 + h21э) ;

Sэ = 78 / 252,8 = 0,301 А/В;

22. Визначаємо величину наскрізний характеристики эмиттерного тока:

Sэ вкв = 1 + h21э / Rиэ + rб + rэ (1 + h21э) ;

Sэ вкв = 78 / 1000 + 252,8 = 0,06 А/В,.

вважаємо, що еквівалентну опір джерела Rиэ = Rк ін = 1000 Ом ;

22. Визначаємо коефіцієнт передачі эмиттерного повторителя:

Кэп = Sэ? Rн / 1 + Sэ? Rн ;

Кэп = 0,301?50 / 1 + (0,301?50) = 0,94 ;

23. Вхідний опір ЭП:

Rвх эп = Rвх ое (1 + Sэ? Rн) ;

Rвх эп = 252,8(1 + 0,301?50) = 4057,44 Ом ;

24. Розраховуємо вихідний опір :

Rвых = 1 / Sэ вкв ;

Rвых = 1 / 0,06 = 17 Ом ;

25. Будуємо вхідну вольт-амперную характеристику транзистора і відзначаємо робочу точку (див приложение).

26. Розраховуємо ланцюг температурної стабілізації режиму :

T n max = Т0 дкр max + РрасRпс ;

T n max = 30 + 150?10−3?0,225 = 30,03?С,.

Якщо T n max? T n спр, то радіатор не нужен.

26. Приймаємо температуру переходів мінімальну T n min = 10? С ;

27. Розраховуємо максимальне і мінімальну значення напруги база-эмиттер :

Uбэ max = Uбэ0 + 0,0022(20 — T n min) ;

Uбэ max = 0,15 + 0,0022(20 — 10) = 0,172 У ;

Uбэ min = Uбэ0 — 0,0022(T n max — 20) ;

Uбэ min = 0,15 — 0,0022(30,03 — 20) = 0,13 У ;

28. Приймаємо опір резистора у ланцюзі бази :

R д2 = (3 — 5) Rк ін = 4000 Ом ;

29. Розраховуємо опір дільника R д1 :

R д1 = R д2 (h21э min / (1 + h21э min))(Е іст — Uбэ max) — Rэ ст I k min.

(Rэ ст + R д2) I k min-(h21э min /1+h21э min)(I k0 min R д2-Uбэ max) R д1.

R д1 =(4000(50/51)(1,5−0,172) -50?5?10−3)/(4050?5?10−3-(50 /51)?19,58) =5190 Ом ;

30. Визначаємо еквівалентну опір дільника :

R буд = R д1R д2 / R д1 + R д2 ;

R буд = 5190?4000 / 5190 +4000 = 2260 Ом ;

31. Оскільки Rвх эп? R буд, то колекторна ланцюг ПОК входить у ОК без розподільного конденцатора і дільника у ланцюзі базы.

4.Расчёт ПОК відео усилителя.

32. Визначаємо напруги эмиттер — земля й базу — земля електронного приладу у точці спокою, тобто перевіряємо можливість отримання від попереднього каскаду напруження і струму відеосигналу :

U эз0 = Ік 0Rн ;

U эз0 = 10?10−3?50 = 0,5 У ;

U бз0 = -(U эз0 + Uбэ0) ;

U бз0 = - (0,5 + 0,15) = -0,65 У ;

33. Розмах струму бази електронного приладу :

?I б = ?I е / 1 + h21э ;

?I б = 5?10−3 / 78 = 64 мкА ;

34. Розмах струму у подальшому ланцюгу колектора :

?I до ін = ?I б (Rвх эп / Rк? пр) ;

?I до ін = 64?10−6 (4057 / 1000) = 0,026 мАЛО ;

35. Визначаємо струм спокою транзистора ПОК :

I к0 ін = 2? I до ін ;

I к0 ін = 2?0,0026 = 0,052 мАЛО ;

36. Визначаємо падіння напруги на резисторе Rк :

URк ін = I к0 ін ?Rк ін ;

URк ін = 0,052?10−3?1000 = 0,052 У ;

37. Є іст = 1,5 У, ту напругу на резисторе развязывающего фільтра :

URф ін = ?Еист? —? U кз ін + URк ін? ;

URф ін = 1,5 — ?-0,65 + 0,052? = 0,9 У ;

38. Визначаємо опір резистора фільтра :

Rф ін = URф ін / I э0 ін ;

Rф ін = 0,9 / 0,052?10−3 = 17 307 Ом ;

Приймаємо стандарт ОМЛТ — 0,125 Rф пр=18 кОм ;

5.Рассчёт і його побудова наскрізний динамічної характеристики.

39. Розраховуємо наскрізну динамічну характеристику транзистора :

U вых = f (Е иэ) ;

U вых = f (U вх) ;

Цей розрахунок сведём в таблицу.

Розраховуємо струми эмиттера :

і э1 = і к1 + і б1 = 3 + 0,08 = 3,08 мАЛО ;

і э2 = і к2 + і б2 = 5 + 0,1 = 5,1 мАЛО ;

і э3 = і к3 + і б3 = 10 + 0,2 = 10,15 мАЛО ;

і э4 = і к4 + і б4 = 13 + 0,25 = 13,17 мАЛО ;

і э5 = і к5 + і б5 = 15 + 0,3 = 15,2 мАЛО ;

і э6 = і к6 + і б6 = 16 + 0,35 = 16,22 мАЛО ;

Розраховуємо напруги эмиттер-земля :

U эз1 = і э1? Rэ? = 0,308?50 = 0,154 В;

U эз2 = і э2? Rэ? = 0,0051?50 = 0,256 В;

U эз3 = і э3? Rэ? = 0,1 015?50 = 0,507 В;

U эз4 = і э4? Rэ? = 0,1 317?50 = 0,658 В;

U эз5 = і э5? Rэ? = 0,0152?50 = 0,76 В;

U эз6 = і э6? Rэ? = 0,1 622?50 = 0,81 В;

Розраховуємо вхідні напруги :

U вх1 = U бэ1 + U эз1 = 0,254 В;

U вх2 = U бэ2 + U эз2 = 0,376 В;

U вх3 = U бэ3 + U эз3 = 0,66 В;

U вх4 = U бэ4 + U эз4 = 0,83 В;

U вх5 = U бэ5 + U эз5 = 1,06 В;

U вх6 = U бэ6 + U эз6 = 1,03 В;

Розраховуємо напруги источник-земля :

Є из1 = U вх1 + iб1? R з = 0,334 В;

Є из2 = U вх2 + iб2? R з = 0,476 В;

Є из3 = U вх3 + iб3? R з = 0,86В;

Є из4 = U вх4 + iб4? R з = 1,08 В;

Є из5 = U вх5 + iб5? R з = 1,36 В;

Є из6 = U вх6 + iб6? R з = 1,38 В;

Табл. 5.

N точок I до, мАЛО і б, мА Uкэ, У U бэ, У і е, мАЛО U эз, У U вх, У Є з, В.

1 3 0,08 1,25 0,1 3,08 0,154 0,254 0,334.

2 5 0,1 1,15 0,12 5,12 0,256 0,376 0,476.

3 10 0,2 0,6 0,15 10,15 0,507 0,66 0,86.

4 13 0,25 0,25 0,17 13,17 0,658 0,83 1,08.

5 15 0,3 0 0,2 15,2 0,760 1,06 1,36.

6 16 0,35 0 0,22 16,22 0,811 1,03 1,38.

40. По наскрізний динамічної характеристиці визначаємо коефіцієнт передачі транзистора :

К’ср эп = U вых max — U вых рт / U вх max — U вх рт ;

К’ср эп = 0,811 — 0,507 / 1,06 — 0,66 = 0,76.

К’ср эп = U вых рт — U вых min / U вх рт — U вх min ;

К’ср эп = 0,507 — 0,154 / 0,66 — 0,254 = 0,869 ;