Телевидение


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ


САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

им. проф. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА

ФАКУЛЬТЕТ ВЕЧЕРНЕГО И ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ










Курсовой проект

Предварительный усилитель телевизионной камеры











Студенческий билет №: ****21


Студента группы Р-21з







Санкт-Петербург 2008

Введение

Целью данной курсовой работы является разработка предварительного усилителя телевизионной камеры. Требуется определить результирующие искажения усилителя в области нижних и верхних частот, сравнить их с заданными; определить потребляемую мощность; определить величину отношения сигнал \ помеха.

Усилитель работает на коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом и должен обеспечивать сигнал заданного размаха на выходе кабеля. Полярность выходного сигнала позитивная. Искажения плоской части симметричных импульсов частоты 50 Гц (длительность импульса Т=10мс) не должны превышать 5%.


Исходные данные:

  1. Передающая трубка…………………………….. ЛИ-449

  2. Полоса частот……………………………………50 Гц-6.5 МГц

  3. Искажения на fmax не более……………………..10 %

  4. Выходной сигал………………………………….0,35 В

  5. Размер мишени……………………..……………9,512.7 мм

  6. Ток сигнала………………………………………0,3 мкА

  7. Разрешающая способность в центре……………600 линии

  8. Выходная ёмкость………………………………..5 пФ

  9. Сопротивление нагрузки…………………………75 Ом

2. Расчёт структурной схемы.

  1. Амплитуда входного и выходного тока:

Iвх m = 3 мкА;

Iвых m = Uвых m/Rвых ;

Iвых m = 0,35/75 = 4.6 мА;

  1. Определим общий коэффициент усиления по току:

Кт общ = Iвых m / Iвх m;

Кт общ = 4,610-3 / 310-6 = 1533;

  1. Определим общий коэффициент усиления по напряжению:

Uвых-труб=Iвых•Rвых=240•103•0.3•10-6=72 мВ

K=Uвых./Uвх=0.35/72•10-3=4.8 раза

  1. Напряжение шумов, вызванное входным сопротивлением усилителя

  1. Структурная схема усилителя представлена на рисунке 1.

Сопротивление нагрузки Rвх подключено к входу широкополосного усилительного каскада с равномерной частотной характеристикой в пределах рабочей полосы частот (50 Гц – 6.5 МГц). Блок 1 может содержать несколько усилительных каскадов. На входе его следует установить транзистор с малым уровнем собственных шумов. Кроме того, входной каскад должен иметь высокое входное сопротивление, что необходимо для обеспечения возможности работы со значительным сопротивлением нагрузки передающей трубки. Этим условиям удовлетворяет полевой транзистор.

В блоке 2 осуществляется подъем частотной характеристики, необходимый для коррекции искажений входной цепи. Величина подъема зависит от искажений входной цепи. Поскольку в низких частот (50Гц) по определению коэффициент передачи входной цепи максимален и равен 1, то относительная величина спада на верхней частоте fмакс будет равно 0.02 (при Rвх = 240 кОм).

Корректирующая схема должна обеспечивать относительный подъем частотной характеристики к .

Обозначим величину коэффициента передачи корректирующей схемы на верхней частоте усиливаемого диапазона частот fмакс как Ккмакс. Коррекция достигается относительным уменьшением коэффициента передачи в области нижних частот. Отсюда видно, что коэффициент усиления блока 1 должен быть таким, чтобы компенсировать ослабление сигнала в НЧ области, вносимое корректирующей схемой. . В противном случае шумы блока 3 могут ухудшить усиливаемый сигнал.

При использовании в корректирующей схеме частотно-зависимого делителя величина наибольшего коэффициента передачи обычно выбирается Ккмакс=0.5. Тогда при спаде во входной цепи Ксп=0.02 минимальная величина коэффициента усиления широкополосного усилителя блока 1 будет.

Такое усиление (по напряжению) могут обеспечить два каскада.

Предварительный усилитель на выходе нагружен коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением Zв=75Ом и должен обеспечить сигнал с размахом 0.35В. Поэтому выходной каскад 4 выполняется по схеме эмиттерного повторителя. Для согласования выходного сопротивления каскада с волновым сопротивлением кабеля включим согласующий резистор.

Выходное сопротивление эмиттерного повторителя обычно в несколько раз меньше Zв. Поэтому для согласования приходится включать резистор, сопротивление которого соизмеримо с Zв. В результате коэффициент усиления выходного каскада (по напряжению) оказывается близким к 0.5. Недостающее усиление обеспечивает широкополосный усилитель блока 3.

Uвых = 0.35 В. Тогда на вход эмиттерного повторителя 4 требуется подать сигнал с размахом

Далее считаем, что Rвх=0.24Мом, ток сигнала 0.3 мкА. Тогда размах сигнала на входе . Спад во входной цепи на верхней частоте Ксп=0.02. В рационально спроектированном усилителе усиление в блоке 1 компенсирует ослабление сигнала в корректирующей схеме 2. В результате на выходе корректирующей схемы сигнал не должен быть меньше входного, равного 0.072В. Тогда коэффициент усиления широкополосного усилителя 3 будет.

Коэффициент усиления блока 1 желательно выбрать с запасом, чтобы сигнал на выходе корректирующей схемы был бы больше входного. Если обеспечить запас в 2 раза, то на входе усилителя 3 сигнал будет равен Uвх3=0.144В, и коэффициент усиления соответственно будет

В усилителе 3 предусматривается дополнительная коррекция частотной характеристики в области ВЧ и установочная регулировка усиления. При выборе количества усилительных каскадов в предварительном усилителе следует учитывать требуемую полярность выходного сигнала. По заданию требуется обеспечить сигнал на выходе в положительной полярности. Передающая трубка типа видикон создает на своем выходе сигнал негативной полярности, а усилительный каскад по схеме с общим эмиттером изменяет полярность сигнала.

Усилительный каскад на полевом транзисторе.

Выберем для входного усилителя полевой транзистор 2П310А с параметрами:

Таблица 1 Параметры 2П310А

Тип

S1-S2/I(U)

Iз/Uз

C11

C12

C22

Fш/F

Uзс

Uзи

Uси

P

мсим/мА(В)

нА/В

пф

ПФ

ПФ

дб/ГГц

В

В

В

мА

Мвт

2П310А

3.0-6.0/ 5

3/10

2,50

0.5

2

4/0,4

10

10

8

20

80

Определение схемного решения входного усилителя.

Один транзистор.

Предположим, что емкость монтажа:

См=2пФ


Два транзистора.


Выбираем в качестве входного усилителя схему с двумя транзисторами.

Коэффициент усиления первого каскада:

Для полевого транзистора 2П310А

Входная емкость первого каскада блока 1.

Частотные искажения в области высоких частот каскада на полевом транзисторе определяется параметрами нагрузки

2пФ+2пФ=4пФ

1.2•103•4•10-9=4.8•10-6с

Коэффициент усиления каскада будет

Тогда входная емкость каскада

Из представленных данных видно, что динамическая составляющая входной емкости получилась значительной. Кроме того, из-за обратной связи через емкость возможно самовозбуждение.


Отмеченные недостатки устраняются в каскодной схеме.



Таблица 2 Параметры КТ368А

Тип транзистора

Стpуктуpа

UКБО В

UКЭО В

IKmax мА

РKmax Вт

h21э

IКБ мкА

frp МГц

Кш ДБ

КТ368А

n-p-n

15

15

30

0.225

50450

0.5

900

3.3

Транзистор КТ368А rэ = 10 Ом, rб = 75 Ом, Ск = 4 пФ, h21Э=150


Входное сопротивление транзистора включенного по схеме с общей базой.


При

Величина коэффициента усиления по напряжению

Следовательно, входная емкость каскада будет

Ток коллектора V3 ,будет почти равен току эмиттера.

при =150

Следовательно, коэффициент усиления по напряжению будет равен , по коэффициенту усиления каскодная схема не отличается от простого усилительного каскада, но имеет меньшую входную емкость и существенно менее склонна к самовозбуждению. Транзистор КТ368А (V3) с граничной частотой , включенный по схеме с общей базой, практически не внесет искажений в полосе частот от 50 Гц до 6.5 МГц.

На низких частотах коэффициент передачи тока

На частоте 4 МГц

Завал частотной характеристики на частоте 4 МГц будет.

, т.е. менее 1%.

Для расчета каскада выберем напряжение база-корпус Uб=0.5E.

При E=12В. При этом напряжение питания будет примерно поровну распределено между двумя каскадами транзисторов

Величины сопротивлений делителя базы выберем из условия, что ток через него в ε раз больше тока базы.

При работе в условиях отапливаемого помещения выбираем ε=4.

В схеме с общей базой

Тогда

Величину шунтирующей емкости Cб выберем из условия ,что на всем частотном диапазоне она обеспечивала надежное шунтирование базы V3 на корпус. Емкость в 30 мкФ на частоте 50 Гц даст сопротивление порядка 100 Ом.

При коскодной схеме включения отношение сигнал помеха составляет:

Усилительный каскад на биполярном транзисторе.

Последующие каскады после блока 1 будут выполнены на биполярных транзисторах КТ368А.

Коэффициент усиления каскада будет

, где h21э=150 - коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером.

Постоянная времени обратной связи

Емкость коллекторного перехода

Тогда

Наибольшее усилении каскад обеспечивает при Rэ=0

При условии

Применим приблизительное выражение

Каскад построим на транзисторе КТ368А. Транзистор КТ368А rэ = 10 Ом, rб = 75 Ом, Ск = 4 пФ, h21Э=150

Пусть ток эмиттера Iэ=6мА и Ku=10

Найдем емкость C0

Частота верхнего среза

Схема каскада на биполярном транзисторе.

Тогда:

Эмиттерная коррекция.

При расчете усилителя зададимся неравномерностью коэффициента усиления в рабочей полосе частот. В качестве точки берется частота среза, на которой относительный коэффициент усиления равен К\Ко=0.707. Расчет будет производиться на частоте меньшей частоты среза. Расчет идет на нормированной частоте F=0.4, ей соответствует К\Ко=0.93.

Для расширения полосы частот потребуется уменьшить усиление каскада в А раз.

Величина корректирующей емкости

Эмиттерный повторитель.

Усилительный каскад по схеме с общим коллектором, называемый эмиттерным повторителем, имеет большое входное и малое выходное сопротивление. Хотя эмиттерный повторитель не усиливает сигнал по напряжению, он оказывается очень полезным, как элемент межкаскадной связи и незаменим в выходных каскадах, работающих на коаксиальный кабель.

Транзистор КТ368А rэ = 10 Ом, rб = 75 Ом, Ск = 4 пФ, h21э=150

Без учета влияния Rэ

С учетом Rэ

Пусть Rэ=200 Ом

На входе коаксиального кабеля с Zв=75Ом сигнал должен иметь размах 0.35 В.

Следовательно

Размах напряжения эмиттер корпус

Размах тока через R1

Размах тока в цепи эмиттера

Расчет потребляемой мощности.

Расчет коэффициента нелинейных искажений.

Для входной цепи.

На частоте 50 Гц.

На частоте 6.5 МГц

Для цепи коррекции.

На частоте 50 Гц.

На частоте 6.5 МГц

Коэффициент нелинейных искажений.

Коэффициент нелинейных искажений не превышает требуемого по заданию значения.

Схема эмиттерного повторителя с подключенным коаксиальным кабелем.


Литература


1. Телевидение. Под редакцией В.И. Джаконии. М.: Радио и Связь, 2004.

2. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. Степаненко И.П. М.:Энергия,1977.

3. Транзисторы. Под редакцией А.А.Чернышова. М.:Связь,1980.

4.Справочник по транзисторам и т.д. Под редакцией Н.Н.Горюнова. М.:Энергия,1972.

Ċ
alex zaharenkov,
19 сент. 2008 г., 13:01
Ċ
alex zaharenkov,
19 сент. 2008 г., 13:03
Comments