Пример: Транспортная логистика
Я ищу:
На главную  |  Добавить в избранное  

Радиоэлектроника /

Разработка резонансного усилителя

←предыдущая  следующая→
1 2 



Скачать реферат


Введение

Цель курсовой работы заключается в разработке резонансного усилителя на полевом транзисторе и определения выходного сигнала при воздействии на вход усилителя радиоимпульса.

Для нахождения выходного сигнала используется метод огибающей. Он позволяет приближенно определить, как преобразуется комплексная огибающая произвольного сигнала при прохождении через узкополосный фильтр. В зависимости от того, какие характеристики фильтра заданы (частотные или временные), можно воспользоваться применительно к комплексным огибающим либо спектральным методом, либо методом интеграла наложения.

В частности в моей курсовой работе используется метод интеграла наложения для комплексных огибающих. Он заключается в следующем: комплексная огибающая выходного сигнала приближенно определяется половиной свертки комплексной огибающей входного сигнала с комплексной огибающей импульсной характеристики цепи.

Сложные математические расчеты и построения графиков производились в программе MATHCAD 8.0 и затем были отредактированы в Paint.

1.Техническое задание

Спроектировать однокаскадный транзисторный резонансный усилитель на полевом транзисторе, предназначенный для усиления импульсов малой амплитуды, с полосой пропускания, определяемой шириной спектра сигнала по уровню 0,1 от максимума. Предложить схему усилителя, транзистор и рассчитать режим его работы по постоянной составляющей и коэффициент усиления в линейном режиме работы. Рассчитать и построить отклик усилителя на воздействие заданного радиоимпульса (1). Применительно к амплитуде входного сигнала предложить новую рабочую точку, обеспечивающую минимальный уровень нелинейных искажений, вызываемых изменением амплитуды сигнала. Указать, какие изменения в схеме потребует переход в подобный режим работы, и каков будет итоговый коэффициент усиления по первой гармонике.

Входной радиоимпульс:

(1)

2.Расчет входного сигнала

Аналитический вид входного сигнала задан формулой (1). Ввиду того, что частота сигнала велика, а длительность сигнала мала, график всего радиоимпульса (1) нарисовать достаточно сложно, поэтому ограничимся лишь графиком огибающей этого сигнала, которая определяется следующей формулой: . Он представлен на рисунке 1, а его значения в таблице 1.

Таблица 1  Значения огибающей входного сигнала в зависимости от времени.

t, мкс , мB

t, мкс , мB

t, мс , мB

t, мкс , мB

0 0 50 19 100 11 150 4.795

5 5 55 19 105 10 155 4.372

10 11 60 18 110 9.5 160 3.983

15 14 65 17 115 8.8 165 3.625

20 16 70 17 120 8.12 170 3.296

25 18 75 16 125 7.465 175 2.994

30 19 80 15 130 6.851 180 2.718

35 20 85 14 135 6.278 185 2.465

40 20 90 13 140 5.746 190 2.234

45 20 95 12 145 5.252 195 2.024

Рисунок 1 – Огибающая входного сигнала

3.Расчет параметров усилителя

Рассчитаем параметры резонансного контура, включенного в нагрузку.

По условию резонансная частота равна . Положим, для определенности сопротивление контура по постоянному току r=10 Ом, , а емкость контура .

Тогда используя известные формулы: найдем индуктивность контура, его добротность и полосу пропускания:

Рассчитаем полосу пропускания усилителя. По условию она определяется шириной спектра сигнала по уровню 0,1 от максимума. Поэтому найдем спектральную плотность огибающей сигнала и её модуль. В связи с тем, что огибающая входного сигнала быстро убывает, а нам нужна только точка, в которой значение спектральной плотности равно 0,1 от максимального, где значения огибающей малы, расширим предел интегрирования до бесконечности.

Расчет был проведен в программе MATHCAD 8.0.

График модуля спектральной плотности огибающей входного сигнала представлен на рисунке 5. В таблице 2 представлены её значения в зависимости от частоты.

Рисунок 5– Спектральная плотность огибающей входного сигнала.

Таблица 2 – Значения спектральной плотности огибающей входного сигнала.

-80

0

-72

8

-64

16

-56

24

-48

32

-40

40

-32

48

-24

56

-16

64

-8

72

Найдем значение частоты , на которой модуль спектральной плотности равен 0,1 от максимального значения. Найдем максимальное значение последнего выражения. Ясно, что дробь будет максимальна, если её знаменатель минимален, что возможно только при .

Тогда получим:

На рисунке 2 синяя пунктирная линия значение спектральной плотности на уровне 0,1 от максимального.

Найдем полосу пропускания усилителя: .

Полоса пропускания усилителя связана с полосой пропускания контура следующим соотношением:

,

где – сопротивление сложного контура на резонансе

– выходное сопротивление транзистора.

Пользуясь этой формулой и тем, что найдем сопротивление сложного контура на резонансе и коэффициент включения этого контура p.

Найдем коэффициент усиления резонансного усилителя по формуле:

,

где S крутизна характеристики транзистора в рабочей точке.

Крутизну определим из характеристики представленной на рисунке 4. При напряжение питания по графику видно, что крутизна равна S=5 мА/В.

Тогда коэффициент усиления равен:

.

4.Расчет выходного сигнала

Выходной сигнал будем находить методом интеграла наложения для комплексных огибающих по следующей формуле:

,

где – комплексная огибающая входного сигнала.

– комплексная огибающая импульсной характеристики.

Комплексная огибающая импульсной характеристики находится по формуле:

Тогда огибающая выходного сигнала равна:

Крутизна транзистора S определяется по характеристике приведенной на рисунке 4. При напряжение питания крутизна равна S=5 мА/В.

Вычисление этого интеграла в программе MATHCAD 8.0 дало следующий результат:

Тогда сам выходной сигнал определяется формулой:

График огибающей выходного сигнала приведен на рисунке 3, а его значения в таблице 3.

Рисунок 3 – Огибающая выходного сигнала.

Таблица 3 – Значения огибающей выходного сигнала.

t, мкс , мB

t, мкс , мB

t, мс , мB

t, мкс , мB

0 0 50 1506 100 894 150 389

5 240 55 1472 105 830 155 355

10 601 60 1424 110 768 160 323

15 907 65 1368 115 710 165 294

20 1140 70 1305 120 654 170 268

25 1307 75 1238 125 602 175 243

30 1420 80 1169 130 553 180 221

35 1488 85 1099 135 507 185 201

40 1520 90 1029 140 465 190 182

45 1524 95 960 145 425 195 165

5.Расчет коэффициента нелинейных искажений

Необходимо предложить для амплитуды U=0.2 B рабочую точку, где коэффициент нелинейных искажений (гармоник) будет минимален.

Коэффициент гармоник определяется формулой:

Амплитуды гармоник находятся из формул:

Высшие гармоники отсеиваются резонансным контуром, поэтому при расчете коэффициента гармоник ограничимся лишь первыми тремя.

Ввиду большой линейности переходной характеристики возьмем угол отсечки , тогда все гармоники кроме первой равны нулю, а, следовательно, и коэффициент гармоник тоже будет равен нулю.

Первая гармоника равна:

Напряжение выхода равно:

Максимальное допустимое напряжение на выходе транзистора равно 20 В, питание равно 18 В, так как у нас получилось напряжение выхода меньше напряжения питания, это значит, что транзистор хорошо обрабатывает амплитуду U=0.2 B в линейном режиме.

Заключение

Цель курсовой работы заключалась в разработке резонансного усилителя на полевом транзисторе и определения выходного сигнала при воздействии на вход усилителя

←предыдущая  следующая→
1 2 



Copyright © 2005—2007 «Mark5»