Расчет видео усилителя

2. Расчет структурной схемы.

Амплитуда входного и выходного 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;

Определим общий коэффициент усиления:

Кт общ = Iвых m / Iвх m;

Кт общ = 0,005 / 310-6 = 1666;

Полярность входного сигнала должна соответствовать полярности выходного, поэтому число каскадов видео усилителя должно быть четным.

Табл.1

N1-22-33-44-5

Кр

Сотни разТысячи разДесятки тысяч разСотни 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:

Кт необх = Кт общ / Кт ок ;

Кт 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 fh21б (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 fh21б для получения требуемой полосы пропускания приходиться увеличивать число каскадов.

Исходя из заданных условий, выбираем транзистор:

КТ312Б – n-p-n.

Табл.2

H21e

25-100

к

500 пс

Uкэ нас

0,18 В

Пт

50 МГц

120 МГц

H21э

30

Iк доп

30 мА

Iэб0

0,1 мкА

Ск

5 пФ

80 Ом

Iкб0 доп

0,2 мкА

Uкэм

30 В

Рк

225 мВт

Uкэ м

30 В

Uбэ нас

0,83 В

80 Ом

Граничная частота транзистора равна:

fh21б = mfт ;

fh21б = 1,6120 = 192 МГц,

где m для диффузионных транзисторов равен 1,6.

Рассчитываем коэффициент усиления по току промежуточного каскада:

Кт пк = (0,2h21э)2Nобщ – 1 ;

Кт пк = (0,250)2(2-1) = 100 ;

Очевидно, что требуемое Кт пк необх = 100 от двух каскадов промежуточного усиления получить можно.

Произведем распределение допустимых на весь видео усилитель частотных искажений Мн и Мв между его цепями:

Табл.3.

Наименование каскадов и цепей

Допустимые искажения в дБ.

НЧ

ВЧ

Выходная цепь ЭП00
Входная цепь ЭП0,50,7
Цепь эмиттерной стабилизации 2 каскада0,350,3
Входная цепь 2 каскада0,70,75
Цепь эмиттерной стабилизации 1 каскада0,350,1
Входная цепь ВУ0,70,75

Всего:

2,6

2,6

Рис. 1. Структурная схема видео усилителя

3. Расчет эмиттерного повторителя, работающего на кабель.

Находим необходимый размах эмиттерного тока:

Iэ = Uвых / Rн;

Iэ = 0,25 / 50 = 0,005 А = 5 мА;

Максимальный ток коллектора:

iк мах = 3Iэ;

iк мах = 35 = 15 мА;

Необходимая граничная частота усиления:

fh21б (10…20)Fв;

fh21б  206 = 120 МГц;

Выбираем транзистор для оконечного каскада: ГТ 308Б

Табл.4

H21э

50-120

FT

120МГц

Ik max

50 мА

CK

8пФ

50 Ом

2.6 Ом

Uкэ мах

12 В

Uкб мах

20 В

Pk max

150 мВт

Тп

55 С

Определим напряжение источника коллекторного питания 2,8 В:

Ек i k maxRн + екост;

Ек  1550 + 0,7 = 1,45 В;

Принимаем стандартное значение напряжения источника ЕК=1,5 В

13. Определяем средний ток коллектора:

Icр = Ек / 2Rн ;

Icр = 1,5 / 100 = 0,015 А = 15 мА;

14. Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе:

Рк = Iк ср Ек ;

Рк = 0,0151,5 = 0,0225 Вт ;

Строим статические характеристики транзистора и определяем режим работы (см. приложение).

По статическим характеристикам определяем токи коллектора:

Iк max = 15 мА;

I k min = 5 мА ;

Iк 0 = 10 мА;

17. По выходным статическим характеристикам определяем токи базы и напряжения эмиттер – база :

Iб max = 0,3 мА ;

I б min = 0,1 мА ;

I б0 = 0,2 мА ;

Uбэ max = 0,2 В;

Uбэ min = 0,12 В;

Uбэ0 = 0,15 В;

Рассчитываем параметры эквивалентной схемы транзистора в рабочей точке:

С к = Ск спр3 U кэ опр / U кэ0 ;

С к = 8 3 12 /0,7 = 20,6 пФ ;

rэ = 26 / I к0 ;

rэ = 26 / 14 = 1,8 Ом;

18. Определяем диффузионную емкость:

Сэд = 1 / 2fh21бrэ ;

С эд = 1 / 23,141201062,6 = 5,110-10 Ф;

19. Определим время обратной связи:

к = rб Ск ;

к = 508 = 400 пс;

20. Входное сопротивление транзистора по схеме с общим эмиттером:

Rвх оэ = rб + rэ(1 + h21э ) ;

Rвх оэ = 50 +2,6(1 + 77) = 252,8 Ом ;

Крутизна характеристики эмиттерного тока:

Sэ = 1 + h21э / rб + rэ(1 + h21э ) ;

Sэ = 78 / 252,8 = 0,301 А/В;

22. Определяем величину сквозной характеристики эмиттерного тока:

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

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

считаем, что эквивалентное сопротивление источника Rиэ = Rк пр = 1000 Ом ;

Определяем коэффициент передачи эмиттерного повторителя:

Кэп = SэRн / 1 + SэRн ;

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

23. Входное сопротивление ЭП:

Rвх эп = Rвх оэ (1 + SэRн) ;

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

24. Рассчитываем выходное сопротивление :

Rвых = 1 / Sэ скв ;

Rвых = 1 / 0,06 = 17 Ом ;

Строим входную вольт-амперную характеристику транзистора и отмечаем рабочую точку (см приложение).

26. Рассчитываем цепь температурной стабилизации режима :

T nmax = Т0 окр max+ РрасRпс ;

T nmax = 30 + 15010-30,225 = 30,03С,

Если T nmax T n спр, то радиатор не нужен.

Принимаем температуру переходов минимальную T n min = 10С ;

27. Рассчитываем максимальное и минимальное значение напряжения база-эмиттер :

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

Uбэ max = 0,15 + 0,0022(20 – 10) = 0,172 В ;

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

Uбэ min = 0,15 – 0,0022(30,03 – 20) = 0,13 В ;

28. Принимаем сопротивление резистора в цепи базы :

R д2 = (3 – 5)Rк пр = 4000 Ом ;

29. Рассчитываем сопротивление делителя R д1 :

RД1 = R д2 (h21э min / (1 + h21э min))(Е ист – Uбэ max ) – Rэ ст Ikmin

(Rэст+ Rд2 )I k min-(h21э min /1+h21э min)( I k0 min Rд2-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. Определяем эквивалентное сопротивление делителя :

R д = R д1R д2 / R д1 + R д2 ;

R д = 51904000 / 5190 +4000 = 2260 Ом ;

31. Так как Rвх эпR д, то коллекторная цепь ПОК включается в ОК без разделительного конденцатора и делителя в цепи базы..

4.Расчет 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 = Iк 0Rн ;

U эз0 = 1010-350 = 0,5 В ;

Uбз0 = -( Uэз0 + Uбэ0 ) ;

U бз0 = – (0,5 + 0,15) = -0,65 В ;

33. Размах тока базы электронного прибора :

Iб = Iэ / 1 + h21э ;

Iб = 510-3 / 78 = 64 мкА ;

34. Размах тока в цепи коллектора :

I к пр = I б(Rвх эп / Rкпр) ;

I к пр = 6410-6 (4057 / 1000) = 0,026 мА ;

35. Определяем ток покоя транзистора ПОК :

I к0 пр = 2I к пр ;

I к0 пр = 20,0026 = 0,052 мА ;

36. Определяем падение напряжения на резисторе Rк :

URк пр = I к0 прRк пр ;

URк пр = 0,05210-31000 = 0,052 В ;

37. Е ист = 1,5 В, то напряжение на резисторе развязывающего фильтра :

URф пр = Еист –  U кз пр + URк пр ;

URф пр = 1,5 – -0,65 + 0,052 = 0,9 В ;

38. Определяем сопротивление резистора фильтра :

Rф пр = URф пр / I э0 пр ;

Rф пр = 0,9 / 0,05210-3 = 17307 Ом ;

Принимаем стандарт ОМЛТ – 0,125 Rф пр=18 кОм ;

5.Рассчет и построение сквозной динамической характеристики

39. Рассчитываем сквозную динамическую характеристику транзистора :

U вых = f(Е иэ) ;

U вых = f(U вх) ;

Данный расчет сведем в таблицу.

Рассчитываем токи эмиттера :

iэ1 = iк1 + iб1 = 3 + 0,08 = 3,08 мА ;

iэ2 = iк2 + iб2 = 5 + 0,1 = 5,1 мА ;

iэ3 = iк3 + iб3 = 10 + 0,2 = 10,15 мА ;

iэ4 = iк4 + iб4 = 13 + 0,25 = 13,17 мА ;

iэ5 = iк5 + iб5 = 15 + 0,3 = 15,2 мА ;

iэ6 = iк6 + iб6 = 16 + 0,35 = 16,22 мА ;

Рассчитываем напряжения эмиттер-земля :

U эз1 = i э1Rэ = 0,0030850 = 0,154 В;

U эз2 = i э2Rэ = 0,005150 = 0,256 В;

U эз3 = i э3Rэ = 0,0101550 = 0,507 В;

Uэз4 = iэ4Rэ = 0,0131750 = 0,658 В;

Uэз5 = iэ5Rэ = 0,015250 = 0,76 В;

Uэз6 = iэ6Rэ = 0,0162250 = 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 + iб1 R из = 0,334 В;

Е из2 = U вх2 + iб2 R из = 0,476 В;

Е из3 = U вх3 + iб3 R из = 0,86В;

Е из4 = U вх4 + iб4 R из = 1,08 В;

Е из5 = U вх5 + iб5 R из = 1,36 В;

Е из6 = U вх6 + iб6 R из = 1,38 В;

ТАбл. 5

N точек

I к, мА

I б, мА

Uкэ, В

U бэ, В

I э, мА

U эз, В

U вх, В

Е из, В

130,081,250,13,080,1540,2540,334
250,11,150,125,120,2560,3760,476
3100,20,60,1510,150,5070,660,86
4130,250,250,1713,170,6580,831,08
5150,300,215,20,7601,061,36
6160,3500,2216,220,8111,031,38

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

Развернутое техническое задание………………………………..3

Введение……………………………………………………………4

Расчет структурной схемы……………………………………….5

Расчет ЭП, работающего на кабель………………………………8

Расчет ПОК видео усилителя……………………………………11

Расчет и построение сквозной динамической хар-ки…………12

Заключение……………………………………………………….14 Список литературы………………………………………………15 Приложение………………………………………………………16

Задание для курсового проектирования

пО курсу “Телевидение”

уЧащемуся дневного отделения курса 3 группы РРТ-01

колледжа “Энтел” при Алматинском институте энергетики и связи

Луганскому Денису Николаевичу.

ТЕма задания: Расчет видео усилителя.

Исходные данные:

Передающая трубка…………………………….. ЛИ-420

Полоса частот……………………………………50 Гц-6 МГц

Искажения на fmax не более……………………..15 %

Выходной сигал………………………………….0,25 В

Размер мишени…………………………………..9,512,7 мм

Разрешающая способность в центре……………600

Сопротивление нагрузки…………………………50 Ом

Сопротивление источника……………………….5 кОм

Мн = Мв ………………………………………….. 2,6

Выходная емкость………………………………..8 пФ

При выполнении курсового проекта должны быть представлены:

Введение

1. Расчет структурной схемы и определение числа каскадов пред усилителя;

Электрический расчет эмиттерного повторителя, работающего на кабель.

3. Электрический расчет пред оконечного каскада.

4. Расчет и построение динамической характеристики. Расчет коэффициента передачи пред оконечного каскада.

Заключение

Приложение

Список используемой литературы.

Графическая часть:

1.Структурная схема видео усилительного устройства.

2.Принципиальная электрическая схема устройства.

ЛИст 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


Зараз ви читаєте: Расчет видео усилителя