На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Расчет предварительного усилителя телевизионной камеры

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 04.09.2012. Сдан: 2011. Страниц: 10. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Федеральное государственное образовательное  бюджетное учреждение высшего профессионального  образования
Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики
(ФГОБУ  ВПО СибГУТИ) 
 
 

Кафедра РВ и ТВ 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект по теме:
«Расчет предварительного усилителя телевизионной  камеры» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:
Антонова  Е.И.
Ст. гр. Р-73
Проверила:
Барабанова  А.М. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Новосибирск – 2011г.
Содержание 

Стр.
Введение…………………………………………………………………….….3
    Выбор типа транзисторов…………………………………………….….4
    Определение величины сопротивления нагрузки………………………7
    Расчет структурной схемы предварительного усилителя……………...8
      Расчет коэффициента передачи цепи нагрузки ПТ
      на  fmax (коэффициент спада)…………………………………..….8
      Расчет общего коэффициента усиления
      широкополосного усилителя, блок 1…………………………....10
      Расчет коэффициента усиления широкополосного
      усилителя блока 3…………………………………………..…….10
      Определение числа транзисторных каскадов в каждом
      блоке и их коэффициентов усиления……………..……………....11
      Определения допуска на неравномерность АЧХ
        на fmax в каждом усилительном каскаде………………………..11
      Распределение НЧ искажений…………………………………….12
    Расчет принципиальной схемы…………………………………………..13
      Расчет эмиттерного повторителя………………………….………13
      Расчет усилительных каскадов на БТ…………………………….17
      Расчет входного каскада предварительного усилителя
      (каскадной  схемы)………………………………………………….22
      Коррекция частотных искажений входной цепи………….……27
    Заключение.................................................................................................33
    Приложение  А. Библиография……………………………………………..34 
     
     
     
     
     
     
     
     
     

    Введение 

    Особенностью  ПУ  является его способность  усиливать слабые сигналы при  наличие флуктуационных помех и  различных наводок. Основными источниками флуктуационных помех являются передающая трубка и предварительный усилитель. Флуктуационные помехи, возникающие в самих передающих трубках, невелики и поэтому считается, что результирующее отношение сигнал/помеха в основном определяется ПУ ТВ камеры. Таким образом, основным источником шумов будет нагрузка, с которой снимается сигнал, и первый каскад ПУ.
    В курсовом проекте необходимо спроектировать и рассчитать предварительный усилитель телевизионной камеры для заданных исходных данных, рассчитать результирующую АЧХ усилителя  и определить искажения усилителя в области низких и верхних частот, а также отношение сигнал/шум. 

 

      Выбор типа транзисторов
 
       Предварительный усилитель (ПУ) телевизионной передающей камеры является важным элементом тракта, существенно влияющим на качество изображения  в телевизионном вещании. Усилитель  должен работать в полосе частот от 50 Гц до 7.3МГц. В прикладном телевидении  эта полоса может быть иной. Особенностью ПУ  является его способность  усиливать слабые сигналы при  наличие флуктуационных помех и  различных наводок.
      Для телевизионного вещания считается, что отношение сигнал/помеха (Y) более 33дБ дает отличное изображение, при   Y =33дБ - хорошее, а при Y =27дБ - удовлетворительное.
      Передающие  ТВ трубки с внутренним фотоэффектом создают ток сигнала в пределах 0.1?0.3 мкА. При усилении столь малых сигналов следует, прежде всего, учитывать флуктуационные помехи (ФП). Основными источниками ФП являются передающая трубка и предварительный усилитель. ФП, возникающие в самих передающих трубках, невелики и поэтому считается, что результирующее отношение сигнал/помеха в основном определяется ПУ ТВ камеры. Таким образом, основным источником шумов будет нагрузка, с которой снимается сигнал, и первый каскад ПУ.
      Найквист  доказал теоретически, что сопротивление  независимо от материала и от тока, протекающего по нему, создает на своих  зажимах ЭДС шума,  обусловленную  тем, что электроны проводимости находятся в тепловом равновесии с атомами. Эти шумы создаются  случайными флуктуациями и мощность их равномерно распределена в полосе частот. Эффективное напряжение этих шумов пропорциональна активной составляющей сопротивления и равна
          ,     (В)                                              (1)
где   Dfn- полоса пропускания устройства; Rн-величина сопротивления нагрузки передающей ТВ трубки (ПТ), постоянная Больцмана К=1.38 ? 10-23 Дж/град; Т-температура по шкале Кельвина. С другой стороны внутреннее сопротивление ПТ очень большое, порядка несколько десятков МОм. Поэтому при условии Rн<<Ri пт  напряжение сигнала будет пропорциональна величине Rн, т.е. трубку можно рассматривать как генератор тока. Величина напряжения сигнала выделяемая на нем будет равна:
                                      (В)                                                            (2)
      Сравнение напряжения сигнала с напряжением  шумов, создаваемым сопротивлением нагрузки, показывает, что с ростом Rн сигнал растет быстрее, чем шум, а, следовательно, увеличение Rн приводит к увеличению отношения сигнал/шум, (?).
      Но  нагрузку Rн шунтирует емкость Cн (рисунок 2), состоящая из выходной емкости трубки - Сп.тр, емкости монтажа-См и входной динамической емкости первого транзисторного каскада усилителя - Свх.тр., т.е.
                        Сн = Сп .тр + См + Свх.тр
Сн = 6 + 7 + 7=20 пФ
Заметим, что цепь нагрузки трубки RнСн является входной цепью для предварительного усилителя.
      С ростом Rн во входной цепи возникают значительные частотные искажения, определяемые формой
             ,                         (3) 
          
где (К/Ко)н -относительный коэффициент  передачи цепи нагрузки ПТ, а f-частота сигнала в рабочей полосе ПУ. 

     Следовательно, входное сопротивление первого  усилительного каскада должно быть хотя бы на порядок выше, т.е. 0.5?1.5(МОм). Таким большим входным сопротивлением обладает только полевой транзистор. Если к тому же использовать в качестве первого усилительного каскада каскодную схему (общий исток - общая база), то хорошая развязка выхода каскада от его входа позволяет минимизировать Сн, которое в этом случае примерно равно проходной Сзи полевого транзистора. Поэтому  выбирать полевой транзистор следует по принципу:
     -малых  шумов (Rш @0.7/S);
     -маломощный, высокочастотный с fгр.тр. ? 10fmax;
  -минимальная емкость затвор-исток (Сзи).
Берем полевой транзистор КП313А.
      Определение величины  сопротивления нагрузки
 
     Из  выше сказанного видно, что повысить соотношение сигнал/шум        можно увеличением нагрузочного сопротивления трубки Rн до значения практически в 1000,10000 раз превышающего сопротивление, при котором еще обеспечивается равномерность АЧХ на верхних частотах полосы пропускания ПУ. Этот способ повышения  y  называется простой противошумовой коррекцией, предложенного Г.В. Брауде.
      При работе с трубками типа видикон Rн обычно не превышает 100(кОм), у плюмбиконов внутреннее сопротивление больше, что позволяет использовать сопротивление нагрузки до 1 (МОм). С помощью простой противошумовой коррекции удается значительно, на 20?30(дБ) повысить отношение сигнал/шум, это определяет её широкое использование в ПУ. При использовании противошумовой коррекции величина отношения сигнал/шум может быть найдена следующим образом /2/:
                    (4)   
     При комнатной температуре Т=3000 (или 270 С) величина множителя КТ=4.14 ?10-21 
     Из  этого выражения, при заданном соотношении  (в разах), находится значение Rн. Здесь Rш - эквивалентное сопротивление шумов первого каскада усиления. Его величина определяется через крутизну проходной характеристики полевого транзистора,
                    
iC=15мА. Полевой транзистор КП313А имеет крутизну проходной характеристики S=10 (мА/В), а Rш =70 (Ом).Примем  RH=50 кОм.
      Расчет структурной  схемы предварительного  усилителя
 
     Структурная схема предварительного усилителя  представлена на рисунке 3. Здесь же приведены диаграммы коэффициентов передачи каждого блока.
     Напряжение входного сигнала с нагрузки трубки Rн подается на блок широкополосного усилителя 1 с равномерной частотной характеристикой в пределах заданной рабочей полосы. Блок 1 может содержать несколько усилительных каскадов, при этом первый каскад выполняется на полевом транзисторе. Значительная неравномерность цепи нагрузки ПТ, из-за наличия шунтирующей емкости Сн, корректируется на блоке 2. Схема корректирующей цепи ослабляет сигнал на нижних частотах во столько же раз, во сколько сигнал ослабляется на высоких частотах цепью RнСн. После цепи коррекции величина сигнала не должна быть меньше входного, чтобы не ухудшилось отношение сигнал/шум. В блоке 3 обеспечивается равномерное усиление сигнала в рабочем диапазоне частот до необходимой величины Uвых, (В).
        Обычно предварительный усилитель  на выходе нагружен коаксиальным  кабелем с волновым сопротивлением  Zв =75(Ом), а выходное сопротивление ПУ составляет единицы кОм. Чтобы осуществить согласование и ослабить влияние последующих цепей на работу ПУ выходной каскад (блок 4) строится по схеме эмиттерного повторителя ЭП. Для согласования выходного сопротивления повторителя (оно в несколько раз меньше Zв) и кабеля включают в схему согласующий резистор R2. Поэтому коэффициент передачи ЭП близок к Кэп @0.5.
      Как отмечалось, величина сигнала после  корректирующей цепи не должна быть меньше входного, чтобы выдержать требуемое  соотношение сигнал/шум. Обычно обеспечивается запас в два раза, т.е. коэффициент  усиления сигнала блока 1 выбирается в два раза больше, чем это необходимо. 

      Расчет  коэффициента передачи цепи нагрузки ПТ на fmax (коэффициент спада)
     Находится коэффициент передачи цепи нагрузки ПТ на  fmax (коэффициент спада):
                                                                 (5)
 


 Коэффициент  спада показывает, какую часть  от Uвх на f = 1(МГц) составляет сигнал на частоте fmax. 

    3.2 Расчет общего коэффициента усиления широкополосного усилителя, блок 1
     Определяется  общий коэффициент усиления широкополосного  усилителя, блок 1.
                                ,                                   (6)       

где Ккор.max-коэффициент передачи схемы коррекции входной цепи на частоте fmax.
При использовании  в качестве схемы коррекции входной  цепи частотно-зависимого делителя, его  коэффициент передачи на  fmax  (как будет показано далее) равен
                                       Ккор.max(fmax)=0.5
  Ранее уже отмечалось, что сигнал на выходе корректирующей цепи должен быть равен или превышать размах сигнала на входе ПУ, поэтому в числителе формулы (6) стоит множитель 2. Чтобы АЧХ после схемы коррекции была равномерной во всем рабочем диапазоне частот, схема коррекции должна ослаблять его в области нижних частот в Ксп раз.
3.3 Расчет коэффициента усиления широкополосного усиления блока 3
     Рассчитывается  коэффициент усиления широкополосного  усиления блок 3. Как отношение напряжения на входе эмиттерного повторителя к размаху видеосигнала на выходе корректирующей цепи (Uк.ц.). Если учесть, что коэффициент передачи по напряжению ЭП равен 0.5, тогда:
                К3=Uвх э.п./Uк.ц = 2Uвых/UКЦ                      (7)
    Uк.ц = 2UС=2iCRH                   
            К3=2*0,4/(2*50*103*0.7*10-6)=11,4 

    3.4 Определение числа транзисторных каскадов в каждом блоке и их коэффициентов усиления.
 
     Зная  общие коэффициенты усиления блоков 1 и 2, теперь можно найти число  транзисторных каскадов в каждом блоке. Здесь следует учесть:
  -общее число каскадов Nтр, усиливающих сигнал должно быть нечетным, если сигнал на нагрузке трубки негативный, а на выходе ПУ он должен быть позитивным;
      -при  усилении видеосигнала коэффициент  усиления одного каскада на  биполярном транзисторе реально  не превышает 10-15 раз.
      Возьмем 3 транзисторных каскада. 

3.5 Определение допуска на неравномерность АЧХ на fmax в каждом усилительном каскаде. 

      Без учета эмиттерного повторителя, который практически не вносит искажений  в АЧХ. В таблице №1 заданы искажения  на  fmax в процентах, т.е. задается ПУ допустимая неравномерность АЧХ на весь ПУ на верхней частоте рабочего диапазона – Мв (%). Её можно априорно распределить равномерно по числу транзисторных каскадов в блоках 1 и 3: 

                                    ,                              (8)

где Мвi (%) - допустимая неравномерность АЧХ на  fmax одного каскада; Nтр - число усилительных каскадов в ПУ.
      Поскольку определения основных элементов  усилительных каскадов дается далее  через относительный коэффициент  усиления (К/Ко), а не через допустимую неравномерность Мв(%),то связь между ними следующая:
                               (К/Ко)=1-Мв(%)/100

Например: Mвi?10% , тогда (К/Ко)? 0.9; Mвi?2%, тогда  (К/Ко)i ? 0.98. 

3.6 Распределение НЧ искажений
      Распределяются  НЧ искажения, вызванные емкостями, связывающими отдельные каскады, если в усилителе используется резистивно - емкостная связь между каскадами. Максимальное число разделительных цепей равно общему числу каскадов усиления ПУ, включая эмиттерный повторитель. Искажения задаются допустимым сколом вершины симметричного прямоугольного импульса частоты 50 Гц, рисунок 1. Все  другие виды импульсов, входящие в состав видеосигнала будут иметь меньшие  НЧ искажения.
      Допустимый  скол плоской вершины импульса задан  равным 5?10% на весь усилитель. Такая неравномерность яркости, обусловленная НЧ искажениями, глазом еще не замечается. Допуск на одну разделительную (емкость) цепь может быть найден простым соотношением:
                                            ,                                          (9)     
,
где nс - число разделительных емкостей; - допуск на скол плоской вершины в относительных единицах на одну разделительную емкость. Каскады, имеющие гальваническую связь, НЧ искажений не вносят.
        Итак, расчет структурной схемы  ПУ должен дать:
             -общее число каскадов усиления;
             -необходимый коэффициент усиления  по напряжению каждого каскада;
             -величину относительного коэффициента  усиления каждого каскада на  верхней частоте рабочего диапазона  - (К/Ко)i;
       -допуск на скол плоской вершины симметричного прямоугольного импульса частоты 50 Гц для каждой разделительной цепи -Di. 
 
 
 
 
 

      Расчет принципиальной  схемы ПУ
 
   Расчет  принципиальной схемы ПУ ведется  также как и любых широкополосных усилителей, начиная с его выхода ко входу. Поэтому расчет должен начинаться с эмиттерного повторителя.

4.1 Расчет  эмиттерного повторителя

 
      Эмиттерный  повторитель (рисунок 4) имеет большое  входное сопротивление и малое  выходное. Как правило, выходное сопротивление  ЭП меньше волнового сопротивления  коаксиального кабеля Zв = 75(Ом). Это приводит к необходимости включать дополнительное согласующее сопротивление (R2) и при расчетах учитывать резистивный делитель Zв/(R2+Zв). Тогда коэффициент передачи по напряжению ЭП можно записать так:
                                                         (10)
Поэтому в предварительных расчетах следует  полагать, что коэффициент передачи ЭП ~ 0.5.
      Прежде  всего, задаются током ( Iоэ) и напряжением (Uхэо) в рабочей точке, на статических характеристиках транзистора. Для этого вначале определяется размах тока видеосигнала на входе кабеля, рисунок 4.
                                 Iк~ =Uн~/Zв, (mA)                         (11)
~ = 0,4/75=5,3 мА
~ - заданный размах напряжения сигнала в нагрузке ПУ. С учетом особенностей видеосигнала наличие средней составляющей задается током эмиттера в рабочей точке следующим образом:
                                 Iэо @ (1.3?1.5)Iк~.                           (12)
                                 Iэо @ 1.5Iк~=1,5*5,3*10-3=7,95 мА.                          
     Сопротивление в эмиттерной цепи (Rэ) предохраняет транзистор от пробоя при отключении нагрузки, т.е. кабеля. Поэтому RЭ >> R2 // Zв и обычно выбирается 300?500 (Ом). Тогда с учетом выражения (12) сопротивление будет равно:
                                R2 =(0.3?0.5)Rэ-Zв                          (13)
R2 =0.4*400-75=85 Ом
      По  выходным характеристикам транзистора  находится значение напряжения в  рабочей точке Uкэо, учитывая: Iко @ Iэо- Iэо/h21э. Где значение параметра h21э выбирается из справочников для заданного типа транзистора
h21э=75. Iко @ 6*10-3- 6*10 -3/75=5,92 мА. 
 
 
 

       Для расчета  делителя базы эмиттерного повторителя  необходимо задаться током делителя базы. С целью обеспечения стабилизации рабочей точки в транзисторных  каскадах полагают Iд  ?  (3?10)Iбо. Где значение  Iбо находится по входным характеристикам выбранного транзистора. iБ0=0,2 мА; UБ0=0,5 В, тогда IД=2 мА
                         ,    ,

                                      (14)             

  Теперь можно определить входное сопротивление эмиттерного повторителя
                          ,           (15)
где - объемное сопротивление базы и может быть найдена из постоянной времени обратной связи ; Ск - емкость коллекторного перехода;
Tб=75пс; СК=2,5 пФ;
 
(мА) - значение  коллекторного тока в рабочей  точке. 


Тогда коэффициент  передачи ЭП:
                              (16) 

4.2 Расчет усилительных каскадов на биполярном транзисторе

 
  Все усилительные каскады ПУ выполняются на биполярных транзисторах, рисунок 5. Вначале по входным и выходным характеристикам определяется положение рабочей точки.
           От выбора режима работы транзистора  зависит:
      -усиление;
      -стабильность  режима работы;
      -экономичность;
      -возможность  подавления заметных нелинейных  искажений.
     При выборе рабочей точки сравнивают постоянную составляющую тока коллектора, рассчитываемого каскада, с переменной составляющей тока базы  следующего каскада:
                        IКо min = (2?4)Iб max сл                   (17)
а коллекторное напряжение - с напряжением насыщения:
                        UКо min = (2?3)UК нас                            (18)
     Выбранное значение постоянного напряжения (UКо) не должно превышать половины от максимально допустимого и нежелательно брать больше значения, при котором дан параметр h21э. Но основным фактором, определяющим (IКо) и (UКо) является величина h21э. Так как значение h21э в сильной степени зависит от выбранных значений (IКо) и (UКо). Особенно величина этого параметра зависит от коллекторного (эмиттерного) тока. И в меньшей степени от коллекторного напряжения. Вообще при расчете ПУ можно рекомендовать использование транзисторов при значениях  коллекторного тока IКо =(0.3?3) [мА] и напряжения UКо не более 5 [В]. Возьмем IКо =2 мА, UКо=5В
      Зная  ток и напряжение в рабочей  точке, потенциал базы относительно земли находится так:
                           Uб = Uбэ+(0.1?0.3)Еп                            (19)
Uб = 6+0,3*12=9,6 В
     Базовый делитель рассчитывается из условия: Iд = 10Iбо, а величины Rб1 и Rб2 определяются из выражения (14). Сопротивления в цепи базы не должны заметно шунтировать вход транзистора для усиливаемых сигналов. Поэтому:

                                  , 

где Rвх - входное сопротивление биполярного транзистора.
                  (20)



     Данное  условие не выполняется, поэтому  значения RБ1 и RБ2 выберем самостоятельно. Пусть RБ1=915 кОм и RБ2=110 кОм.
     Далее необходимо определить сопротивление  в цепи коллектора. Величину этого  сопротивления можно найти, зная требуемый коэффициент усиления по напряжению для данного каскада. Эта величина определяется на предыдущих этапах расчета ПУ.
                             Kv =h21э Rк/Rвх                                      (21)
Kv =75•2,5•103/30,76•103=0,61
     Тогда относительный коэффициент усиления каскада на максимальной частоте  рабочего диапазона ПУ находится  из выражения:
                                                     (22) 
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.