Расчёт видео усилителя
2. Расчёт структурной
схемы.
Амплитуда входного и выходного тока:
I>вх >>m> = U>вх >>m> / R>ист>;
I>вх >>m> = 0,0015 /510-3 = 3 мкА;
I>вых m> = U>вых m> / R>ист> ;
I>вых >>m> = 0,25 / 50 = 5 мА;
Определим общий коэффициент усиления:
К>т общ> = I>вых m> / I>вх m>;
К>т общ> = 0,005 / 310-6 = 1666;
Полярность входного сигнала должна соответствовать полярности выходного, поэтому число каскадов видео усилителя должно быть чётным.
Табл.1
N |
1-2 |
2-3 |
3-4 |
4-5 |
|
К>р> |
Сотни раз |
Тысячи раз |
Десятки тысяч раз |
Сотни тысяч раз |
Согласно таблице 1 выбираем количество каскадов, исходя из рассчитываемого коэффициента усиления, учитывая, что количество каскадов должно быть полным:
N = 2;
Проверяем возможность усиления двумя каскадами:
К>т необх> = К>т общ> / К>т ок> ;
К>т необх> = 1666 / 50 = 33
Для согласования со входом предающей трубкой нужно добавить эмиттерный повторитель. Обычно транзистор в промежуточном каскаде включают по схеме с общим эмиттером. Полоса пропускания каскада с ОЭ зависит от граничной частоты f>h>>21б> (граничная частота усиления потоку). В каскадах применяется эмиттерная высокочастотная коррекция, поэтому полоса пропускания будет также зависеть от наличия этой коррекции, от глубины отрицательной обратной связи и коэффициента коррекции. Отрицательная обратная связь расширяет полосу пропускания, но уменьшает коэффициент усиления по мощности предыдущего каскада. При использовании в предварительных каскадах транзисторов с низкой граничной частотой f>h>>21б> для получения требуемой полосы пропускания приходиться увеличивать число каскадов.
Исходя из заданных условий, выбираем транзистор:
КТ312Б – n-p-n.
Табл.2
|
h>21>>e> |
25-100 |
>к> |
500 пс |
U>кэ нас> |
0,18 В |
П>т> |
50 МГц |
|
f>т> |
120 МГц |
h>21э> |
30 |
I>к доп> |
30 мА |
i>эб0> |
0,1 мкА |
|
С>к> |
5 пФ |
r>б> |
80 Ом |
i>кб0 доп> |
0,2 мкА |
U>кэм> |
30 В |
|
Р>к> |
225 мВт |
U>кэ м> |
30 В |
U>бэ нас> |
0,83 В |
r>б> |
80 Ом |
Граничная частота транзистора равна:
f>h>>21б> = mf>т> ;
f>h>>21б> = 1,6120 = 192 МГц ,
где m для диффузионных транзисторов равен 1,6.
Рассчитываем коэффициент усиления по току промежуточного каскада:
К>т пк> = (0,2h>21э>)2N>общ> – 1 ;
К>т пк> = (0,250)2(2-1) = 100 ;
Очевидно, что требуемое К>т пк необх> = 100 от двух каскадов промежуточного усиления получить можно.
Произведём распределение допустимых на весь видео усилитель частотных искажений М>н> и М>в> между его цепями:
Табл.3.
|
Наименование каскадов и цепей |
Допустимые искажения в дБ. |
|
|
НЧ |
ВЧ |
|
|
Выходная цепь ЭП |
0 |
0 |
|
Входная цепь ЭП |
0,5 |
0,7 |
|
Цепь эмиттерной стабилизации 2 каскада |
0,35 |
0,3 |
|
Входная цепь 2 каскада |
0,7 |
0,75 |
|
Цепь эмиттерной стабилизации 1 каскада |
0,35 |
0,1 |
|
Входная цепь ВУ |
0,7 |
0,75 |
|
Всего: |
2,6 |
2,6 |
Рис. 1. Структурная схема видео усилителя
3.
Расчёт эмиттерного повторителя,
работающего на кабель.
Находим необходимый размах эмиттерного тока:
I>э> = U>вых> / R>н>;
I>э> = 0,25 / 50 = 0,005 А = 5 мА;
Максимальный ток коллектора:
i>к мах> = 3I>э>;
i>к мах> = 35 = 15 мА;
Необходимая граничная частота усиления:
f>H31>>б> (10…20)F>в>;
f>h>>21б > 206 = 120 МГц;
Выбираем транзистор для оконечного каскада: ГТ 308Б
Табл.4
|
h>21>>э> |
50-120 |
f>T> |
120МГц |
i>k max> |
50 мА |
C>K> |
8пФ |
|
r>б> |
50 Ом |
r>э> |
2.6 Ом |
U>кэ мах> |
12 В |
U>кб мах> |
20 В |
|
P>k max> |
150 мВт |
Т>п> |
55 С |
Определим напряжение источника коллекторного питания 2,8 В:
Е>к> i> k max>R>н> + е>к>> >>ост>;
Е>к > 1550 + 0,7 = 1,45 В;
Принимаем стандартное значение напряжения источника Е>К>=1,5 В
13. Определяем средний ток коллектора:
I>cр> = Е>к> / 2R>н> ;
I>cр> = 1,5 / 100 = 0,015 А = 15 мА;
14. Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе:
Р>к> = I>к ср> Е>к> ;
Р>к> = 0,0151,5 = 0,0225 Вт ;
Строим статические характеристики транзистора и определяем режим работы (см. приложение).
По статическим характеристикам определяем токи коллектора:
I> >>к>> max> = 15 мА;
I> k min> = 5 мА ;
I>к 0 >= 10 мА;
17. По выходным статическим характеристикам определяем токи базы и напряжения эмиттер – база :
I> >>б>> max> = 0,3 мА ;
I >б>> min> = 0,1 мА ;
I >б>>0> = 0,2 мА ;
U>бэ >>max> = 0,2 В;
U>бэ >>min> = 0,12 В;
U>бэ0> = 0,15 В;
Рассчитываем параметры эквивалентной схемы транзистора в рабочей точке:
С >к> = С>к
спр>3
U
>кэ опр> / U>
кэ0> ;
С >к> = 8 3 12 /0,7 = 20,6 пФ ;
r>э> = 26 / I >к>>0> ;
r>э> = 26 / 14 = 1,8 Ом;
18. Определяем диффузионную ёмкость:
С> >>эд> = 1 / 2f> >>h>>21б>r>э> ;
С> эд> = 1 / 23,141201062,6 = 5,110-10 Ф;
19. Определим время обратной связи:
>к> = r>б> С>к> ;
>к> = 508 = 400 пс;
20. Входное сопротивление транзистора по схеме с общим эмиттером:
R>вх оэ> = r>б> + r>э>(1 + h>21э> ) ;
R>вх оэ> = 50 +2,6(1 + 77) = 252,8 Ом ;
Крутизна характеристики эмиттерного тока:
S>э> = 1 + h>21э> / r>б> + r>э>(1 + h>21э> ) ;
S>э> = 78 / 252,8 = 0,301 А/В;
22. Определяем величину сквозной характеристики эмиттерного тока:
S>э скв> = 1 + h>21э> / R>иэ> + r>б> + r>э>(1 + h>21э> ) ;
S>э скв> = 78 / 1000 + 252,8 = 0,06 А/В ,
считаем , что эквивалентное сопротивление источника R>иэ> = R>к пр> = 1000 Ом ;
Определяем коэффициент передачи эмиттерного повторителя:
К>эп> = S>э>R>н >/ 1 + S>э>R>н> ;
К>эп> = 0,30150 / 1 + (0,30150) = 0,94 ;
23.
Входное сопротивление ЭП:
R>вх эп> = R>вх оэ> (1 + S>э>R>н>) ;
R>вх эп> = 252,8(1 + 0,30150) = 4057,44 Ом ;
24. Рассчитываем выходное сопротивление :
R>вых> = 1 / S>э скв> ;
R>вых> = 1 / 0,06 = 17 Ом ;
Строим входную вольт-амперную характеристику транзистора и отмечаем рабочую точку (см приложение).
26. Рассчитываем цепь температурной стабилизации режима :
T >n>> >>max> = Т>0 окр >>max>> >+ Р>рас>R>пс> ;
T >n>> >>max> = 30 + 15010-30,225 = 30,03С ,
Если T >n>> >>max> T >n>> спр> , то радиатор не нужен.
Принимаем температуру переходов минимальную T> n min> = 10С ;
27. Рассчитываем максимальное и минимальное значение напряжения база-эмиттер :
U>бэ>> max> = U>бэ>>0> + 0,0022(20 - T> n min>) ;
U>бэ >>max> = 0,15 + 0,0022(20 - 10) = 0,172 В ;
U>бэ>> min> = U>бэ>>0> - 0,0022(T >n max> - 20 ) ;
U>бэ >>min> = 0,15 – 0,0022(30,03 - 20) = 0,13 В ;
28. Принимаем сопротивление резистора в цепи базы :
R> д2> = (3 – 5)R>к пр> = 4000 Ом ;
29. Рассчитываем сопротивление делителя R >д1> :
R
>д1> = R>
д2> (h>21э
>>min>
/ (1 + h>21э
>>min>))(Е
>ист> - U>бэ
>>max>
) – R>э
ст> I>
>>k>>
>>min>
(R>э>> >>ст>> >+ R> >>д>>2> )I> k min>–(h>21>>э>> min> /1+h>21>>э>> min>)( I> k0 min> R> >>д>>2>-U>бэ>> max>) R >д1>
R >д1> =(4000(50/51)(1,5–0,172) -50510-3)/(4050510-3-(50 /51)19,58) =5190 Ом ;
30. Определяем эквивалентное сопротивление делителя :
R> д> = R >д1>R> д2> / R> д1> + R> д2> ;
R> д> = 51904000 / 5190 +4000 = 2260 Ом ;
31. Так как R>вх эп> R> д> , то коллекторная цепь ПОК включается в ОК без разделительного конденцатора и делителя в цепи базы..
4.Расчёт
ПОК видео усилителя
32. Определяем напряжения эмиттер - земля и база - земля электронного прибора в точке покоя , то есть проверяем возможность получения от предыдущего каскада напряжения и тока видеосигнала :
U> эз0> = I>к 0>R>н> ;
U> эз0> = 1010-350 = 0,5 В ;
U> >>бз>>0> = -( U> >>эз>>0> + U>бэ>>0> ) ;
U> бз0> = - (0,5 + 0,15) = -0,65 В ;
33. Размах тока базы электронного прибора :
I> >>б> = I> >>э> / 1 + h>21>>э> ;
I> >>б> = 510-3 / 78 = 64 мкА ;
34. Размах тока в цепи коллектора :
I> к пр> = I> б>(R>вх эп >/ R>к>>>>пр>) ;
I> к пр> = 6410-6 (4057 / 1000) = 0,026 мА ;
35. Определяем ток покоя транзистора ПОК :
I> к0 пр> = 2I> к пр> ;
I> к0 пр> = 20,0026 = 0,052 мА ;
36. Определяем падение напряжения на резисторе R>к> :
U>R>>к пр> = I> к0 пр> R>к пр> ;
U>R>>к пр> = 0,05210-31000 = 0,052 В ;
37. Е> ист> = 1,5 В, то напряжение на резисторе развязывающего фильтра :
U>R>>ф пр> = Е>ист> - U> кз пр> + U>R>>к пр> ;
U>R>>ф пр> = 1,5 - -0,65 + 0,052 = 0,9 В ;
38. Определяем сопротивление резистора фильтра :
R>ф пр> = U>R>>ф пр> / I> э0 пр> ;
R>ф пр> = 0,9 / 0,05210-3 = 17307 Ом ;
Принимаем стандарт ОМЛТ – 0,125 R>ф пр>=18 кОм ;
5.Рассчёт
и построение сквозной динамической
характеристики
39. Рассчитываем сквозную динамическую характеристику транзистора :
U> вых> = f(Е> иэ>) ;
U> вых> = f(U> вх>) ;
Данный расчёт сведём в таблицу.
Рассчитываем токи эмиттера :
i> >>э>>1> = i> >>к>>1 >+ i> >>б>>1> = 3 + 0,08 = 3,08 мА ;> >
i> >>э>>2> = i> >>к>>2 >+ i> >>б>>2> = 5 + 0,1 = 5,1 мА ;
i> >>э>>3> = i> >>к>>3 >+ i> >>б>>3> = 10 + 0,2 = 10,15 мА ;
i> >>э>>4> = i> >>к>>4 >+ i> >>б>>4> = 13 + 0,25 = 13,17 мА ;
i> >>э>>5> = i> >>к>>5 >+ i> >>б>>5> = 15 + 0,3 = 15,2 мА ;
i> >>э>>6> = i> >>к>>6 >+ i> >>б>>6> = 16 + 0,35 = 16,22 мА ;
Рассчитываем напряжения эмиттер-земля :
U> эз1> = i> э1>R>э>>> = 0,0030850 = 0,154 В;
U> эз2> = i> э2>R>э>>> = 0,005150 = 0,256 В;
U> эз3> = i> э3>R>э>>> = 0,0101550 = 0,507 В;
U> >>эз>>4> = i> >>э>>4>R>э>>> = 0,0131750 = 0,658 В;
U> >>эз>>5> = i> >>э>>5>R>э>>> = 0,015250 = 0,76 В;
U> >>эз>>6> = i> >>э>>6>R>э>>> = 0,0162250 = 0,81 В;
Рассчитываем входные напряжения :
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;
Рассчитываем напряжения источник-земля :
Е >из1> = U> вх1 >+ i>б1> R> из> = 0,334 В;
Е >из2> = U> вх2 >+ i>б2> R> из> = 0,476 В;
Е >из3> = U> вх3 >+ i>б3> R> из> = 0,86В;
Е >из4> = U> вх4 >+ i>б4> R> из> = 1,08 В;
Е >из5> = U> вх5 >+ i>б5> R> из> = 1,36 В;
Е >из6> = U> вх6 >+ i>б6> R> из> = 1,38 В;
Табл.
5
|
N точек |
I> к>, мА |
i> >>б>> >,мА |
U>кэ>>, >В |
U> бэ> , В |
i> >>э> , мА |
U> эз> , В |
U> вх> , В |
Е >из>, 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 сквозной динамической характеристике определяем коэффициент передачи 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 ;
Содержание
Развёрнутое техническое задание……………………….….……3
Введение……………………………………………………..…….4
Расчёт структурной схемы……………………………………….5
Расчёт ЭП, работающего на кабель………………………….…..8
Расчёт ПОК видео усилителя…………………………………...11
Расчёт и построение сквозной динамической хар-ки…………12
Заключение……………………………………………………….14
Список литературы………………………………………………15
Приложение………………………………………………………16
Задание для курсового проектирования
п
о
курсу
“Телевидение”
у
чащемуся
дневного отделения курса 3
группы РРТ-01
колледжа «Энтел» при Алматинском институте энергетики и связи
Луганскому Денису Николаевичу.
Т
ема
задания: Расчёт видео усилителя.
Исходные данные:
Передающая трубка…………………………….. ЛИ-420
Полоса частот……………………………………50 Гц-6 МГц
Искажения на f>max> не более……………………..15 %
Выходной сигал………………………………….0,25 В
Размер мишени……………………..……………9,512,7 мм
Разрешающая способность в центре……………600
Сопротивление нагрузки…………………………50 Ом
Сопротивление источника……………………….5 кОм
М>н> = М>в> ………………………………………….. 2,6
Выходная ёмкость………………………………..8 пФ
При выполнении курсового проекта должны быть представлены:
Введение
1. Расчёт структурной схемы и определение числа каскадов пред усилителя;
Электрический расчёт эмиттерного повторителя, работающего на кабель.
3. Электрический расчёт пред оконечного каскада.
4. Расчёт и построение динамической характеристики. Расчёт коэффициента передачи пред оконечного каскада.
Заключение
Приложение
Список используемой литературы.
Графическая часть:
1.Структурная схема видео усилительного устройства.
2.Принципиальная электрическая схема устройства.
Л
ист
замечаний
Введение
Видео усилитель – это усилитель, который усиливает электрический видеосигнал, который состоит из меняющихся картинок изображения. Для точного воспроизведения формы сигнала усилитель не должен вносить больших частотных и фазовых искажений. Для того, чтобы искажения формы сигнала отсутствовали, фазовые сдвиги в усилителе либо должны вообще отсутствовать, либо величина их должна быть пропорциональна частоте.
В данной курсовой работе нам нужно спроектировать и рассчитать предварительный усилитель телевизионной камеры, работающий на 50-омный кабель.
6.
Приложение