Расчёт видео усилителя

2. Расчёт 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 чётным.
Табл.1

N
1-2
2-3
3-4
4-5

Кр
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

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

fт
120 МГц
h21э
30
Iк доп
30 мА
iэб0
0,1 мкА

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

Рк
225 мВт
Uкэ м
30 В
Uбэ нас
0,83 В
rб
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.

Произведём 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 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

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

rб
50 Ом
rэ
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 + ек ост;
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

I к max = 15 мА;
I k min = 5 мА ;
Iк 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 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 ёмкость
С эд = 1 / 2f h21б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 n max = Т0 окр max + РрасRпс ;
T n max = 30 + 15010-30,225 = 30,03С ,
Если T n max  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
R д1 = R д2 (h21э min / (1 + h21э min))(Е ист — 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. 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.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 = Iк 0Rн ;
U эз0 = 1010-350 = 0,5 В ;

U бз0 = -( U эз0 + Uбэ0 ) ;
U бз0 = — (0,5 + 0,15) = -0,65 В ;

33. Размах тока базы электронного прибора
I б = I э / 1 + h21э ;
I б = 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.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 э1 = i к1 + i б1 = 3 + 0,08 = 3,08 мА ;
i э2 = i к2 + i б2 = 5 + 0,1 = 5,1 мА ;
i э3 = i к3 + i б3 = 10 + 0,2 = 10,15 мА ;
i э4 = i к4 + i б4 = 13 + 0,25 = 13,17 мА ;
i э5 = i к5 + i б5 = 15 + 0,3 = 15,2 мА ;
i э6 = i к6 + i б6 = 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;
U эз4 = i э4Rэ = 0,0131750 = 0,658 В;
U эз5 = i э5Rэ = 0,015250 = 0,76 В;
U эз6 = i э6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

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

по курсу “Телевидение”
учащемуся дневного отделения курса 3 группы РРТ-01
колледжа «Энтел» при Алматинском институте энергетики и связи
Луганскому Денису Николаевичу.

Тема задания Расчёт 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 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.

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