Содержание курсовой работы:

1. Задание на курсовую работу………………………………………………...….2

2. Выбор транзистора в выходном каскаде…………………………………........3

3. Расчет режима работы выходного транзистора по постоянному току….......4

4. Расчет выходного каскада по переменному току…………………………..…5

5. Расчет элементов стабилизации рабочей точки выходного каскада……..….8

6. Выбор транзистора для предварительных каскадов………………………....11

7. Определение количества предварительных каскадов………………………..11

8. Расчет предварительных каскадов по постоянному и переменному току….14

9. Расчет входного каскада……………………………………………………….19

10. Расчет вспомогательных цепей………………………………………………..20

11. Расчет мощностей рассеиваемых на резисторах и напряжений действующих

на конденсаторах……………………………………………………………………..23

12.Определение результирующих параметров рассчитанного усилителя……..24

Приложение 1……………………………………………………………………...25

Приложение 2……………………………………………………………………...26

Список литературы…………………….……………...…………………………..27

1. Задание на курсовую работу

Рассчитать и спроектировать импульсный усилитель, отвечающий основ-

ным требованиям, представленным в таблице 1 (см. ниже).

1. Исходя из данных, выбрать транзистор в выходной каскад

2. Выбрать режим работы выходного транзистора по постоянному току.

3. Полный расчет выходного транзистора по постоянному и переменному

току.

4. Выбрать транзистор для предварительных каскадов.

5. Выбрать режим работы транзистора в предварительных каскадах.

6. Определить параметры этого транзистора в рабочей точке.

7. Определение числа предварительных каскадов.

8. Полный электрический расчет каскадов предварительного усиления по

постоянному и переменному току.

9. Расчет входного каскада.

10. Расчет вспомогательных цепей.

11. Расчет мощностей, рассеиваемых на резисторах, и напряжений, дейст-

вующих на емкостях, выбор типовых элементов.

Таблица 1. Исходные данные.

Параметры	Обозначение	Величина
Амплитуда выходного напряжения	U2m , В	12
Амплитуда входного напряжения	U1m , мВ	1,5
Длительность импульса	tu, мкс	0,8
Время установления	tу, мкс	0,07
Частота следования импульсов	F, кГц	0,4
Спад плоской вершины	D	1,2
Температура окружающей среды:	tс. макс tс. мин	+60 -35
Выброс	d	1
Входное сопротивление усилителя	Rвх, кОм	25
Тип нагрузки	R, кОм	0,1

2. Выбор транзистора в выходном каскаде

Транзистор в выходном каскаде определяется по следующим критериям:

1). По максимальному допустимому напряжению между коллектором и эмиттером.

U_{кэ макс}=,

где К_з = 1,2-1,5 — коэффициент запаса. Выберем К_з=1,4

U_{кэ макс} = 12∙1.4= 17 В.

2). По максимальному импульсному коллекторному току I_{ки макс}. Для его определе-

ния можно воспользоваться следующей формулой:

I_{ки макс=}

где К_з = 1,5-2,0 — коэффициент запаса. Выберем К_з=1,8.

I_{ки макс}= =0,216 А.

3). По граничной частоте транзистора:

F_т=== 43 МГц.

Этим требованиям отвечает транзистор КТ603Б структуры n-p-n. Перечень

основных его параметров приведен в таблице 2.

Таблица 2. Основные параметры транзистора КТ603Б.

Параметр	Величина
Iкбо , мкА	30, при t=25°С
Ск , пФ	15, при Uкэ=10В
τос , пс	400, при Uкэ=10В
h21	60 – 200
Iки мах , мА	600
Uкэ мах , В	30
fт , МГц	200
Rпер-ср , °С/Вт	200

3. Расчет режима работы транзистора по

постоянному току

Важной задачей этого пункта является выбор режима работы выходного кас-

када. Пусть выходной транзистор будет включен по схеме общий эмиттер. Необ-

ходимо выбрать рабочую точку на семействе выходных статических харак-теристик транзистора. Для этого необходимо выбрать ток коллектора в рабочей точке. Диапазон его, в которых он может находиться определяется следующей

системой неравенств. В дальнейшем h₁₁ берется как среднее геометрическое:

h₁₁==109,5

I_крт< h₂₁∙I_кбо= 109,5∙30∙10^-6=0,0033 А.

I_крт<0,1∙I_{ки max}=0,1∙0,216 = 0,022 А.

Рабочая точка имеет координату по оси тока коллектора равную

I_крт= 8 мА.

Рис.1. Выходные характеристики транзистора КТ603Б.

Минимальное напряжение U_{кэ min}=5 В. Учитывая, что U_2m=12 В рабочая

точка А будет иметь следующие координаты: U_{кэ рт} = 17 В,

I_крт = 8 мА.

Построим нагрузочную прямую переменному току, которая будет проходить через рабочую точку и точку С (см. рис.1.). Обозначим .

Из уравнения нагрузочной прямой по переменному току можно определить сопротивление коллекторной нагрузки:

R_k=U_2m∙R_н/(I_2m^*∙R_н-U_2m)==125 Ом.

Теперь нужно выбрать напряжение питания выходного каскада. Напряже-

ние питания выбирают из стандартного ряда напряжений, предварительно вычислив его из следующего соотношения:

E_n=(I_крт∙R_к+U_кэ)/0,9 = =20 В.

Выбираем E_n=24В.

Теперь, зная положение рабочей точки и напряжения питания, можно построить нагрузочную прямую постоянному току, которая проводиться через точку А. Найдем пересечение прямой с осью токов. Обозначим I_k- = 20 мА.

Из уравнения:

I_k-=E_n/(R_э+R_к) = 0,02 А,

Найдем R_э:

R_.э = (E_n- I_k-∙R_k)/ I_k-= (24-0,02∙125)/0,02 Ом.

R_э = 1075 Ом.

На этом расчет режима работы выходного транзистора закончен.

4. Расчет выходного каскада по переменному току

Необходимо определить низкочастотные параметры транзистора КТ603Б, т.е.

g – параметры. Их можно определить с некоторыми приближениями воспользовавшись входными и выходными статистическими характеристиками, приведенными на рис.2 и рис.3. Для выходного каскада g – параметры определяются, как приращение токов и напряжений около точки В т.е. по середи-

не выходного импульса.

Рис.2. Выходные характеристики транзистора КТ603Б.

Рис.3. Входные характеристики транзистора КТ603Б.

Найдем g – параметры:

Входная проводимость.

Выходная проводимость.

Проводимость в прямом направлении.

Зная емкость коллектора C_к и постоянную времени цепи обратной связи τ_ос можно найти распределенное сопротивление базы:

Теперь можно определить эквивалентное сопротивление каскада, т.к. нагруз-

ка резистивная, то R₀ определяется по следующей формуле:

R₀=1/(1/R_k+1/R_н+g₂₂)=1/(1/125+1/100+0,002) = 50 Ом.

Вычислим коэффициент усиления выходного каскада:

К₀=g₂₁/R₀ = 0,77∙50 = 38,5

Коэффициент усиления получился слишком большим, потому вводим отри-

цательную обратную связь (ООС) по току. Для введения ООС добавляют в эмит-

терную цепь выходного каскада дополнительное сопротивление R, ничем не шунтированное.

Зададимся нужным коэффициентом усиления: К₀=20.

Тогда R определяется по следующей формуле:

Ближайший номинал R = 1,5 Ом.

Время установления каскада с ООС можно определить по следующим формулам. ООС позволяет несколько уменьшить время установления, по сравне-

нию с некорректированным усилителем :

t_yo=2.2∙τ_з , где

τ_з=τ_i+τ_н∙(1+R∙g₂₁+R∙g₂₁)+τ∙R₀/R^/∙(1+R/r_б)

τ_i=(1+g₂₁∙r_б)∙C_k∙R₀

τ_н=C_н∙R₀

Здесь С_н=6∙10^-12 Ф – монтажная емкость.

Для выходного каскада емкость коллектора определяется по середине импульса тока на выходной статической характеристики, эта точка В (рис.2.).

U_k = 10,7 В – значение коллекторного напряжения в этой точке.

τ – постоянная времени транзистора, которая определяется по формуле:

с.

τ_i=(1+0,77∙26,67)∙1,45∙10^-9∙26 = 8,111∙10^-9 с.

τ_н=6∙10^-12∙26 = 1,56∙10^-10 с.

τ_э= 8,111∙10^-9 + 1,56∙10^-10 ∙(1+2∙0,77+2∙0,77)+1,167∙10^-8∙(26/62,5) ∙(1+2/26,7)

τ_э = 1,44∙10^-8 с.

Время установления выходного каскада:

t_yo = 2.2∙τ_э = 2,2∙1.44∙10^-8=0.0317∙10^-8 c.

Для выходного каскада важно, чтобы время установления было меньше, чем t_уо≤0,6∙t_у=0.042 мкс. Полученное значение можно считать вполне приемлемым т.к. t_yo= 0,0317мкс.

5.Расчет элементов стабилизации рабочей точки

выходного каскада

На стабильность рабочей точки оказывают влияния следующие параметры: ∆I_кбо, ∆h₂₁, ∆U_бэ. Необходимо найти сопротивления R_б1 и R_б2 , которые и задают положение рабочей точки. Изменение обратного тока коллектора можно определить по графику зависимости ∆I_кбо от температуры, который приведен на рис.4. Для нахождения ∆h₂₁ необходимо определить максимальную и минимальную температуру перехода транзистора – t_{n max} , t_{n min}.

При расчете понадобятся следующие величины:

U_кэрт = 20 В, U_бэрт = 0,65 В, h_21max = 200, F = 400

I_кэрт = 0,008 А, I_б = 0,2∙10^-3 A, h_21min = 60, t_u = 0,8∙10^-6 с.

Найдем постоянную мощность, рассеиваемую на транзисторе, для этого понадобится значение скважности импульсов Q = 1/(F∙ t_u) = 3,125∙10³.

P_k = U_кэрт∙( I_кэрт + I_2m^*/Q) =20∙(0,008+0,216/3125) = 0,162 Вт.

Зная общее общее теловое сопротивление R_пс = 200 /Вт, определим максимальную и минимальную температуру перехода:

t_{n max} = t_{c max} + R_nc∙P_k = 60 + 200 ∙ 0,162 = 92,45

t_{n min} = t_{n max} – t_{c max} + t_{c min} = 92,45- 60 - 35 = -2,55

Найдем ∆h₂₁.

∆h₂₁ = h₂₁’’ – h₂₁’

h₂₁” = (0.22∙h_{21 min} + 0.78∙ h_{21 max})∙(1+( t_{n max}-25)/200)

h₂₁’’ = (0.22∙60 + 0.78∙200)∙(1+( 92,25-25)/200) =226 ,

h₂₁’ = (0.22∙h_{21 max} + 0.78∙ h_{21 min})∙(1+( t_{n min}-25)/300)

h₂₁’ = (0.22∙200 + 0.78∙60)∙(1+(-2,75-25)/300) = 82,4

∆h₂₁ = 143,8

Теперь определим изменение напряжения база-эмиттер ∆U_бэ в зависимости от изменения температуры:

∆U_бэ = 0,0022 ∙ (t _{с max} – t_{с min}) + 0,06 = 0,0022 ∙ (60+35)+0,06= 0,27 В.

Определим ∆I_кбо по графику (рис.4.).

Рис. 4. Зависимость обратного тока коллектора от температуры.

Получили ∆I_кбо = 103∙10^-6 А.

Далее определяем входное сопротивление стабилизации рабочей точки транзистора (обозначим через R_б).

Предварительно нужно найти ∆I_0k и h₁₁ :

∆I_0k = ∆I_кбо + I_крт ∙ ∆h₂₁/h₂₁² = 103∙10^-6 + 0,008∙143,8/109,5² = 2∙10^-4 А.

∆I_k = N∙I_крт = 0,15∙8∙10^-3 = 1,2∙10^-3 А.

Здесь N – коэффициент нестабильности, для выходного каскада его принимают равным N = 0,15.

R_б = 3,911∙10³ Ом.

Определим R_б1 и R_б2 :

Ближайший номинал: R_б1 = 10000 Ом.

Ближайший номинал: R_б2 = 6500 Ом.

Определим ток делителя, он не должен превышать ток коллектора в рабочей точке:

I_д = ( U_бэ + I_крт ∙R_э)/R_б2 = (0,65+8∙10^-3 ∙1075)/6500 = 1,423∙10^-3 А.

Полученное значение можно считать вполне приемлемым. Определим входное сопротивление и входную емкость выходного каскада.

3911/(1+6,7∙10^-3∙3911/(1+1,5∙0,77+1,5∙6,7∙10^-3))=300 Ом

1,167/57,735 + 20∙1,45∙10^-11 = 4,922∙10^-10 Ф.

В итоге были получены следующие

параметры:

Е_п=24 В

R_к= 125 Ом

R_э= 1075 Ом

R= 1,5 Ом

R_б1= 10 кОм

R_б2= 6,5 кOм

R_вх0= 300 Ом

С_вх0= 4.922∙10^-10 Ф

K₀=20

t_y0= 0.0317 мкс

Рис.6. Схема выходного каскада.

6.Выбор транзистора для предварительных каскадов

Критерии для выбора транзистора для предварительных каскадов следующие:

1). Максимальное напряжение коллектор-эмиттер, k = 1,5…2.

U_2mn – напряжение на выходе последнего предварительного каскада.

U_{кэ max} > k∙U_2mn = 2∙U_2m/К₀ =1,2 B.

2). Максимальный импульсный ток коллектора.

I_{ки max} > k∙U_2mn / R_вх0 = 2∙0,6/300 = 4 мА.

3). Граничная частота транзистора должна быть не ниже рассчитанной в пункте 2. Т.е.:

f_т 43 МГц.

Под эти параметры подходит транзистор КТ373Б структуры n-p-n, его основные параметры приведены в таблице 3.

Таблица 3. Основные параметры транзистора КТ373Б.

Параметр	Величина
Iкбо , мкА	0.05, при t=25 *С
Ск , пФ	8, при Uкэ=5В
τос , пс	300, при Uкэ=5В
h21	200 – 600
Iки мах , мА	200
Uкэ мах , В	20
fт , МГц	300
Rпер-ср , *С/Вт	610

7. Определение числа предварительных каскадов

Для определения количества предварительных каскадов нужно знать g –

параметры. Вначале определим положение рабочей точки на выходных характеристиках. Рабочая точка А будет лежать вверху на выходной характеристике. Такой выбор объясняется тем, что выбранный транзистор является структуры n-p-n.

Ток коллектора в рабочей точки должен быть меньше тока рабочей точки выходного каскада I_крт < I_{крт вых} .

Исходя из этих условий выбираем: I_крт = 4,75∙10^-3 А.

U_крт = 4 В.

По выходной статической характеристики (рис.6) находим: I_брт =16мкА.

U_брт =0,69В.

Для нахождения g – параметров дадим приращение токов и напряжений относительно точки А, как это показано на рис.6.

Рис.6. Выходная статическая характеристика транзистора КТ373Б.

Рис.6. Входная статическая характеристика транзистора КТ373Б.

- Выходная проводимость.

- Проводимость в прямом направлении.

- Входная проводимость

Возникает необходимость пересчета емкости коллектора, т.к. рабочая точка имеет другое положение, чем приводимая в справочнике.

.

Ом.

Найдем постоянную времени транзистора:

с.

Теперь есть все необходимые параметры для определения количества предварительных каскадов.

Вычислим параметр D:

D =4.138∙10⁸ с.

Определим время установления, приходящееся на все отдельные каскады. Причем на входной каскад, предположительно это будет эмиттерный повторитель, приходиться 0,1 от всего общего времени установления.

мкс.

Коэффициент усиления, приходящийся на предварительные каскады:

421

0,99 – коэффициент передачи эмиттерного повторителя.

25,6

По графику, приведенному на рис.7 находим, что число предварительных каскадов должно быть равным 3.

Рис. 7 Зависимость числа каскадов n от добротности и времени установления

8. Полный электрический расчет каскадов по

постоянному и переменному току

Для начала нужно определить коэффициент усиления и время установления приходящийся на один предварительный каскад.

7,5

Обозначим количество предварительных каскадов через М, тогда:

с.

Для упрощения расчетов важно, чтобы предварительные каскады были одинаковыми. Определим эквивалентное сопротивление:

R₀ = K_np/g₂₁ = 7,5/0,2= 37,5 Ом.

Полный электрический расчет первого

предварительного каскада

Зная входное сопротивление выходного каскада и эквивалентное сопротивление несложно найти сопротивление коллекторной нагрузки, т.е. R_к .

Выбираем R_к = 45 Ом.

Теперь определим напряжение питания для предварительного усилителя.

= 4,7 В.

Ближайшее стандартное значение E_n = 9 В.

Найдем R_э :

= 1004 Ом.

Возьмем R_э = 1000 Ом.

Вычислим время установления. Формулы во многом аналогичны уже приводимым в пункте 4, но, т.к. каскад не корректированный, то τ_э вычисляется так:

t_i = (1 + r_б g₂₁)C_н R₀ = (1+33,5∙0,2)∙ 8,944∙10^-12 ∙ 37,5 = 2,584∙10^-9 с.

t_н = С_вх0 R₀ = 4,922∙10^-10 ∙ 37,5 = 1,845∙10^-8 с.

t_э = t + t_н + t_i = 2,542∙10^-9 + 1,845∙10^-8 + 2,584∙10^-9 = 2,357∙10^-8 с.

t_y1 = 2.2t_э = 2,2∙2,357∙10^-8= 5,186∙10^-8 с.

Время установления получилось больше, чем нужно, но пока коррекцию вводить не будем – вполне возможно, что два последующих каскада компенсируют это значение своим (меньшим) временем установления.

Перейдем к расчету температурной стабилизации рабочей точки. Принцип расчета не отличается от уже проведенного для выходного каскада в п.5.

При расчете будут использоваться следующие величины:

U_{бэ рт} = 0,69 В. U_{kэ рт} = 4 B. h_{21 max} = 600 F = 400 Гц. t_{c max} = +60⁰C

I_{бэ рт} =16∙10^-6 A. I_{kэ рт} = 4,75∙10^-3 А. h_{21 min} = 200 t_u =0,8∙10^-6 мкс. t_{c min} = -35⁰C

Выражение для Р_к имеет иной вид, чем для выходного каскада, поскольку рабочая точка располагается вверху на выходной характеристике (рис.6).

, но т.к. , то

0,009 Вт.

Найдем максимальную и минимальную температуры перехода:

t_{n max} = t_{c max} + R_nc ∙ P_k = 60+610∙0,009 = 65,5 ⁰С.

t_{n min} = t_{n max}–t_{c max}+t_{c min} = 65,5-60–35 = - 29,5 ⁰С.

∆h₂₁ = h″₂₁ – h′₂₁

h″₂₁ = (0.22∙h_{21 min} + 0.78∙h_{21 max})∙(1+(t_{n max} – 25)/200)=615,654

h′₂₁ = (0.22∙h_{21 max} + 0.78∙h_{21 min})∙(1+(t_{n min} – 25)/300)=235,67

∆h₂₁ = 631,27-241,53=380

Изменение напряжения база – эмиттер:

∆U_бэ = 0.0022∙( t_{c max} - t_{c min} ) + 0.06 = 0,0022∙(60 + 35) + 0,06 = 0,269 B.

Для определения изменения обратного тока коллектора можно воспользоваться таким соотношением:

5∙10^-8∙(3^4,05-1) = 4,224∙10^-6 А.

Т.к. транзистор кремниевый, то А = 3.

Чтобы найти R_б нужно определить ∆I_кбо и h₁₁ :

4,224∙10^-6 + 4,75∙10^-3 ∙ 380 / 346,4² =1,927∙10^-5 А.

0,25∙4,75∙10^-3 = 1.188∙10^-3 A.

Для предварительных каскадов коэффициент нестабильности N принимают равным 0,25.

R_б = 5,737∙10⁴ Ом.

Определим R_б1 и R_б2 :

Ом.

Ближайший номинал R_б1 = 80 кОм.

R_б2 = R_б1∙ R_б / (R_б1 - R_б)=2,028∙10⁵ Ом.

Ближайший номинал R_б2 = 200 кОм.

Определим ток делителя:

I_д = (U_{бэ рт} + I_{бэ рт}∙R_э)/R_б2 = (0,69+1,6∙10^-5 ∙ 1000)/200∙10³ = 2,72∙10^-5 А.

Полученный ток намного меньше коллекторного.

Рассчитаем входное сопротивление и входную емкость по формулам, справедливым для каскада, не охваченного ООС по переменному току.

R_вх1 = R_б / (1 + g₁₁∙R_б) = 5,737∙10⁴ / (1+6,7∙10^-4 ∙ 5,737∙10⁴)= 1455 Ом.

C_вх1 = τ / r_б +K_np ∙ C_k = 2,542∙10^-9 / 33,54+7,5∙8,944∙10^-12 = 1,428∙10^-10 Ф.

Параметры первого предварительного

каскада:

Е_п=9 В.

R_к = 45 Ом.

R_э = 1 кОм.

R_б1 = 80 кОм.

R_б2 = 200 кOм.

R_вх1 = 1455 Ом.

С_вх1 = 1,428∙10^-10 Ф.

K_пр = 7,5

t_y1 = 0,05186 мкс.

Рис.8. Схема предварительного каскада.

Расчет второго и третьего предварительного каскадов.

Предварительные каскады должны быть одинаковыми, т.е. у них остается неизменным положение рабочей точки. Но, т.к. нагрузкой второго предварительного каскада являются входные сопротивление и емкость первого, приходиться произвести некоторый пересчет.

Пересчитаем сопротивление R_k :

43,3 Ом.

Выбираем R_к = 45 Ом.

Напряжение питания целесообразно сделать одним и тем же для всех предварительных каскадов, т.е. Е_п = 9 В.

Проверим, не изменится ли сопротивление в цепи эмиттера:

1004 Ом.

R_э = 1000 Ом.

Т.к. R_э не изменилось, следовательно, температурную стабилизацию рабочей точки пересчитывать не нужно.

Рассчитаем время установления второго предварительного каскада.

Постоянная времени транзистора τ - прежняя, τ_i то же не изменится.

t_н = С_вх1 R₀ = 1,428∙10^-10 ∙37,5= 5,353∙10^-9 c.

t_э = t + t_н + t_i = 2,542∙10^-9 + 5,353∙10^-9 + 2,584∙10^-9 =1,048∙10^-8 c.

t_y2 = 2.2 t_э =2,305∙10^-8 с.

Время установления, как и ожидалось, получилось значительно меньше, чем время установления первого предварительного каскада. Так как все остальные величины остались прежними, то и входная емкость и сопротивление будут прежними.

Третий предварительный каскад ничем не отличается от второго, поскольку его нагрузкой является каскад с теми же параметрами.

Схема осталась той же (см.рис.8).

Параметры второго и третьего предварительных каскадов:

Е_п = 9 В.

R_к = 45 Ом

R_э = 1000 Ом

R_б1 = 80 кОм

R_б2 = 200 кOм

R_вх2 = 1455 Ом

С_вх2 = 1,428∙10^-10 Ф.

K_пр = 7,5

t_y2 = 0,02305 мкс

9. Расчет входного каскада.

Импульсный усилитель по заданию должен обладать значительным входным сопротивлением, которое можно обеспечить, применяя во входном каскаде биполярный транзистор включенный по схеме общий коллектор (эмиттерный повторитель).

Режим работы каскада оставим прежним, только R_к=0, С_э=0. Остальные резисторы, задающие режим работы оставим прежними. Потому стабилизацию рабочей точки пересчитывать не нужно.

Рассчитаем эквивалентное сопротивление:

R₀ = = 4,942 Ом.

Время установления эмиттерного повторителя:

t_i = (1 + r_б g₂₁ )C_к R₀ = (1+33,5∙0,2) ∙8,944∙10 ^-12 ∙ 4,942= 3,407∙10^-10 c.

t_н = С_вх2 R₀ = 1,428∙10 ^-10 ∙ 4,942 = 7,057∙10^-10 c.

t_э = t + t_н + t_i = 2,542∙10 ^-9 +7,057∙10^{- 10} + 3,407∙10^{- 10} = 3,588∙10^-9 c.

t_{у эп} = 2.2 t_э = 7,894∙10^-9 с.

Определим входное сопротивление и емкость.

Для начала нужно определить коэффициент передачи эмиттерного повторителя (обозначим К_эп).

K_эп = (g₂₁ + g₁₁ )R₀ = (0,2+6,7∙10^-4) ∙4,942 = 0,992

Определим входные сопротивление и емкость эмиттерного повторителя.

4,345∙10⁴ Ом.

9,501∙10^-12 Ф.

Основные параметры входного каскада:

Е_п=9 В.

R_э = 1000 Ом

R_б1= 80 кОм

R_б2 = 200 кOм

R_{вх эп} = 43.45 кОм

С_{вх эп} = 9,501∙10^-12 Ф.

K_эп = 0,992

t_эп = 7,894∙10^-9 мкс

Рис.9. Схема входного каскада.

10. Расчет вспомогательных цепей.

К вспомогательным цепям усилителя относятся разделительные конденсаторы, включаемые между каскадами которые обеспечивают развязку каскадов по постоянному току. Так же относятся блокировочные конденсаторы в цепях эмиттеров транзисторов. Эти конденсаторы устраняют ООС по переменному току. Введение в схему элементов с большой постоянной времени приводит к появлению спада плоской вершины импульса. В принципе можно было бы поставить эти конденсаторы достаточно большой емкости для обеспечения требуемого спада плоской вершины. Но такой путь не приемлем, так как приводит к повышению массы и цены устройства. Потому обычно на емкости этих конденсаторов накладывают вполне определенные ограничения, какие именно оговаривается в [1]. Компенсируют же избыточный спад добавлением фильтрующих ячеек.

Выберем в качестве разделительных С_р=0,47мкФ, в качестве блокировочных С_э= 50 мкФ. Во всех каскадах будем использовать именно эти конденсаторы, кроме входного разделительного С_{вх р=} 0,01 мкФ.

Расчет спада плоской вершины, создаваемый этими конденсаторами.

В выходном каскаде:

В первом предварительном каскаде:

Во втором и третьем предварительном каскаде:

D_э2 = D_э1 = 3,307∙10^-3 .

Во входном каскаде:

Во входной цепи (за счет С_{вх р}):

Определим спад создаваемый всем усилителем:

= 0,012+0,012+0,005+0,0033+2∙(0,0011+0,0033)+0,00117 + 0,00184 =4,4 %

По заданию спад плоской вершины не должен превышать 1,2 %.

Введем фильтрующею цепь R_ф1, С_ф1 ,как показано на рис. 9, в первый предварительный каскад, обеспечим в каскаде перекоррекцию, которая компенсирует спад остальных каскадов. Цепь R_ф2, С_ф2 служит только для понижения напряжения питания до нужной величины т.е. до 9В. Она введена поскольку не целесообразно питать предварительные каскады от разных источников питания. Постоянная цепи R_Ф2, С_ф2 должна быть достаточно большой чтобы предварительные каскады не влияли друг на друга.

Рис.9. Схема первого предварительного каскада с фильтрующими цепями.

Зададимся емкостью С_ф1 = 0,36 мкФ. Воспользуемся формулами, приведенными на стр. 136 в [1].

Определим сопротивление R_ф1 из следующего соотношения. Напряжение предварительных каскадов повышаем до 12 В.

Выбираем R_ф1 = 630 Ом.

Определим искажение плоской вершины (т.е. ее подъем) - ∆_ф .

Приведенные выше формулы справедливы при выполнении следующих условий:

8∙10^-3 Ом. 0,851 Ом.

Эти условия выполняются.

Теперь найдем спад плоской вершины в усилителе:

0,044 - 0,043 = 0,1 %.

Такой спад можно считать вполне допустимым.

Определим сопротивление R_ф2:

207,5 Ом.

Выбираем из стандартных значений R_ф2= 220 Ом. Как уже оговаривалось емкость конденсатора С_ф2 должна быть большой С_ф2= 10 мкФ.

11. Расчет мощностей, рассеиваемых на резисторах,

и напряжений, действующих на конденсаторах

При определении мощностей, рассеиваемых на резисторах, воспользуемся нумерацией, приведенной в принципиальной схеме (прилож .1).

P = U ∙ I = I² ∙ R = U² / R.

Результат расчета приведен в табл. 4.

Таблица 4. Расчет мощностей, рассеиваемых на резисторах.

Резистор	Рассеиваемая мощность Вт.	Мощность резистора
R1,R4,R8,R13	80000∙(2∙10^-4 + 2,72∙10^-5)^2=0,00413	0.125
R2,R5,R9,R14	200000∙(2,72∙10^-5)^2 = 0,000148	0.125
R3,R7,R11,R17	1000∙(2∙10^-4 + 4,75∙10^-3)^2 = 0,0025	0.125
R6,R10	45∙(4,75∙10^-3)^2 =0,0001	0.125
R12	220∙(4,75∙10^-3)^2 =0,005	0.125
R15	630∙(4,75∙10^-3)^2 = 0,014	0.125
R16	45∙(4,75∙10^-3)^2 = 0,001	0.125
R18	10000∙(2∙10^-4 + 1,432∙10^-3)^2 =0,026	0.125
R19	6500∙(1,423∙10^-3)^2 = 0,013	0.125
R20	125∙(8∙10^-3)^2 =0,008	0.125
R21	1,5∙(2∙10^-4 + 8∙10^-3)^2 = 0,0001	0.125
R22	1075∙(2∙10^-4 + 8∙10^-3)^2 = 0,072	0.125

Определим напряжения, действующие на конденсаторах (табл.5).

U = I ∙ R

Таблица 5. Напряжения, действующие на конденсаторах.

Конденсатор	Напряжение В	стандартное значение
C1	9	16
С2,C3,C4,C6,C9,C11	-	63
C5,C7,C10	0,00475∙1000=4,75	6,3
C8	9	6,3
C12	0,008∙1075=8,6	16

12. Определение результирующих параметров

рассчитываемого усилителя

Общее время установления усилителя:

Общей коэффициент усиления:

20∙7,5³ ∙0,992 8370.

Выброса в переходной характеристике нет.

Основные параметры полученного усилителя сведены в таблицу 6.

Таблица 6. Основные параметры усилителя.

Параметр	Обозначение	Величина
Время установления	ty , мкс	0,06759
Выброс	δ, %	Нет
Входное сопротивление	Rвх , кОм	43,5
Спад плоской вершины	Δ, %	0,1
Напряжение питания	Eп , В	12,24
Коэффициент усиления	К	8370

Приложение 2.

Перечень элементов, вошедших в принципиальную схему.

Поз. обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
	Резисторы
	ГОСТ 23232 – 78
R1,R4,R8,R13	МЛТ-0.125-80 кОм 5%	4
R2,R5,R9,R14	МЛТ-0.125-200 кОм 5%	4
R3,R7,R11,R17	МЛТ-0.125-1 кОм 5%	4
R6,R10	МЛТ-0.125-45 Ом 5%	2
R12	МЛТ-0.125-220 Ом 5%	1
R15	МЛТ-0.125-630 Ом 5%	1
R16	МЛТ-0.125-45 Ом 5%	1
R18	МЛТ-0.125-10 кОм 5%	1
R19	МЛТ-0.125-6,5 кОм 5%	1
R20	МЛТ-0.125-125 Ом 5%	1
R21	МЛТ-0.125-1,5 Ом 5%	1
R22	МЛТ-0.125-1075 Ом 5%	1
	Конденсаторы
	В-ОЖО.484.865 ТУ
С1	К10-17б Н90-0.01мкФ	1
С2,C3,C4,C6,C9,C11	К10-17б Н90-0.47мкФ	6
C5,C7,C10,C12	К50-16-6.3-50мкФ	4
C8	К50-16-16-10мкФ	1
	Транзисторы
VT1,VT2,VT3,VT4	КТ373Б	4
VT5	КТ603Б	1

Список литературы.

1) Варшавер Б. А. Расчёт и проектирование импульсных усилителей. Учебное пособие для вузов. Издание 2-е, дополненное М., “Высшая школа”, 1975.

2) Остапенко Г. С. Усилительные устройства. Учебное пособие для высших учебных заведений. М.,"Радио и связь", 1989.

3) Усилительные устройства. Методическое руководство к курсовому проектированию для студентов Ш-1V курсов радиотехнического факультета. Новосибирск 1981.

4) Аналоговые электронные устройства. Практикум для студентов III курса радиотехнического факультета . Часть I . Новосибирск 1991.

5) Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Под ред. Б.Л.Перельмана М.,1981.

6) Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник. Под ред. Н.Н.Горюнова . М.,1986г.

7) Петухов В. М. Справочник. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности. Справочник. М.,"КУбК",1997.

8) Полупроводниковые приборы: транзисторы средней и большой мощности. Справочник под ред. А. В. Голомедова. М., “Радио и связь”, 1989г.