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.

 

                                                                  Uкэ макс=,

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

 

                                                           Uкэ макс = 12∙1.4= 17 В.                        

 

 

2). По максимальному импульсному коллекторному току Iки макс.  Для его определе-

 ния можно воспользоваться следующей формулой:

 

                                                              Iки макс=

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

 

                                                         Iки макс= =0,216 А.

 

3). По граничной частоте транзистора:

 

                                                           Fт=== 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

                                     Iкрт< h21Iкбо= 109,5∙30∙10-6=0,0033 А.

                                   Iкрт<0,1Iки max=0,1∙0,216 = 0,022 А.

 

          Рабочая точка имеет координату по оси тока коллектора равную

 

                                         Iкрт= 8 мА.    

 

               

                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                       Рис.1. Выходные характеристики транзистора КТ603Б.

 

            Минимальное напряжение Uкэ min=5 В. Учитывая, что U2m=12 В рабочая

точка А будет иметь следующие координаты:   Uкэ рт = 17 В,

                                                                                  Iкрт = 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:

 

Rk=U2m∙Rн/(I2m*∙Rн-U2m)==125 Ом.

 

          Теперь нужно выбрать напряжение питания  выходного  каскада. Напряже-

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

                                           En=(IкртRк+Uкэ)/0,9 = =20 В.

               Выбираем En=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 Ik- = 20 мА.

           Из уравнения:

                                      Ik-=En/(Rэ+Rк) =  0,02  А,

           Найдем Rэ:

                                      R = (En- Ik-Rk)/ Ik-= (24-0,02∙125)/0,02  Ом.

                                      Rэ = 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.

gпараметры. 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 Cк и постоянную времени цепи обратной связи τос 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/Rk+1/Rн+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 :

 

                                                    tyo=2.2∙τз , где

 

                                  τз=τi+τн∙(1+R∙g21+R∙g21)+τ∙R0/R/∙(1+R/rб)

                                   τi=(1+g21∙rб)∙Ck∙R0

                                   τн=Cн∙R0

 

            Здесь Сн=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.).

 

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

                 τ – постоянная времени транзистора, которая определяется по формуле:

 

                             с.

 

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

 

                         τн=6∙10-12∙26 = 1,56∙10-10 с.

 

τэ= 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)

                         τэ = 1,44∙10-8 с.

                         

 

 

 

   

                   Время установления выходного каскада:

 

                                tyo = 2.2∙τэ = 2,2∙1.44∙10-8=0.0317∙10-8 c.

 

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

 

 

5.Расчет элементов стабилизации рабочей точки

 выходного каскада

 

 

                  На стабильность рабочей точки оказывают влияния следующие параметры: ∆Iкбо, ∆h21, ∆Uбэ. Необходимо найти сопротивления Rб1 и Rб2 , которые и задают положение рабочей точки. Изменение обратного тока коллектора можно определить по графику зависимости ∆Iкбо от температуры, который приведен на рис.4. Для нахождения  h21 необходимо определить максимальную и минимальную температуру перехода транзистора – tn max , tn min.

 

                        При расчете понадобятся следующие величины:

 

          Uкэрт = 20 В,               Uбэрт = 0,65 В,          h21max = 200,           F = 400       

          Iкэрт = 0,008 А,            Iб = 0,2∙10-3 A,         h21min = 60,              tu = 0,8∙10-6 с.

 

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

 

Pk = Uкэрт∙( Iкэрт + I2m*/Q) =20∙(0,008+0,216/3125) = 0,162   Вт.

 

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

 

tn max = tc max + Rnc∙Pk = 60 + 200 ∙ 0,162 =  92,45

tn min = tn max – tc max + tc min = 92,45- 60 - 35 =  -2,55

       

                      

                     Найдем ∆h21.

                                                     ∆h21 = h21’’ – h21

 

                             h21” = (0.22∙h21 min + 0.78∙ h21 max)∙(1+( tn max-25)/200)     

 

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

 

 

 

 

 

                         

h21’ = (0.22∙h21 max + 0.78∙ h21 min)∙(1+( tn 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 ∆Uбэ в зависимости от изменения температуры:

 

Uбэ = 0,0022 ∙ (t с maxtс min) + 0,06 = 0,0022 ∙ (60+35)+0,06= 0,27  В.

 

                Определим ∆Iкбо по графику (рис.4.).                                        

                                  

                  

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                    Рис. 4. Зависимость обратного тока коллектора от температуры.

 

                   Получили        Iкбо =  103∙10-6 А.

 

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

 

                               

 

                   Предварительно нужно найти ∆I0k и h11 :

 

I0k = ∆Iкбо + Iкрт ∙ ∆h21/h212 = 103∙10-6 + 0,008∙143,8/109,52 = 2∙10-4 А.

 

 

Ik = NIкрт = 0,15∙8∙10-3 = 1,2∙10-3  А.

 

 

 

 

 

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

 

Rб = 3,911∙103  Ом.

                  Определим Rб1 и Rб2 :

 

                 Ближайший номинал:  Rб1 = 10000 Ом.

                  Ближайший номинал:  Rб2 = 6500 Ом.

 

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

Iд = ( Uбэ + IкртRэ)/Rб2 = (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:

 

 Еп=24 В

Rк= 125 Ом

Rэ= 1075 Ом

R= 1,5 Ом

Rб1= 10 кОм

Rб2= 6,5 кOм

Rвх0= 300 Ом

Свх0= 4.92210-10 Ф

K0=20

                                              ty0= 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.

        U2mn – напряжение на выходе последнего предварительного каскада.  

 

Uкэ max > kU2mn = 2∙U2m0 =1,2 B.

 

           2). Максимальный импульсный ток коллектора.

 

Iки max > kU2mn / Rвх0 = 2∙0,6/300 = 4 мА.

 

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

fт  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

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 Iкрт < Iкрт вых .

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

                                                                               Uкрт =  4 В.

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

                                                                                                                        Uбрт =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 = Knp/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. Rк .

                                                                    

 

 

                 Выбираем Rк = 45 Ом.

               Теперь определим напряжение питания для предварительного усилителя.

                                                                           =  4,7 В.                

              

                 Ближайшее стандартное  значение En = 9 В.

                 Найдем Rэ :

                                                                         =  1004 Ом.

 

                    Возьмем Rэ = 1000 Ом.

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

 

ti = (1 + rб g21)Cн R0 = (1+33,5∙0,2)∙ 8,944∙10-12 ∙ 37,5  = 2,584∙10-9 с.

tн = Свх0 R0 = 4,922∙10-10 ∙ 37,5 = 1,845∙10-8 с.

tэ = t + tн + ti = 2,542∙10-9 + 1,845∙10-8 + 2,584∙10-9 = 2,357∙10-8 с.

       ty1 = 2.2tэ = 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:

 

   Uбэ рт = 0,69 В.      Ukэ рт = 4 B.              h21 max = 600    F = 400 Гц.          tc max = +600C                                                                 

   Iбэ рт =16∙10-6 A.    Ikэ рт = 4,75∙10-3 А.    h21 min = 200    tu =0,8∙10-6 мкс.   tc min = -350C                                          

 

                 Выражение для Рк 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:

     

tn max = tc max + Rnc ∙ Pk = 60+610∙0,009 = 65,5 0С.

tn min = tn max–tc max+tc min = 65,5-60–35 = - 29,5 0С.

∆h21 = h″21 – h′21

h″21 = (0.22∙h21 min + 0.78∙h21 max)∙(1+(tn max – 25)/200)=615,654

 h′21 = (0.22∙h21 max + 0.78∙h21 min)∙(1+(tn min – 25)/300)=235,67

∆h21 = 631,27-241,53=380

                 Изменение напряжения база – эмиттер:

 

∆Uбэ = 0.0022∙( tc max - tc 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∙(34,05-1) = 4,224∙10-6 А.                       

 

                 Т.к. транзистор кремниевый, то А = 3.

                 Чтобы найти Rб нужно определить ∆Iкбо и h11 :

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

 

0,25∙4,75∙10-3 = 1.18810-3 A.

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

Rб = 5,737∙104 Ом.

 

                 Определим Rб1 и Rб2 :

 

 Ом.

                 Ближайший номинал Rб1 = 80 кОм.

 

Rб2 = Rб1Rб / (Rб1 - Rб)=2,028∙105 Ом.

 

              Ближайший номинал Rб2 = 200 кОм.

              

              Определим ток делителя:

 

Iд = (Uбэ рт + Iбэ ртRэ)/Rб2  = (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.

 

Rвх1 = Rб / (1 + g11Rб)  = 5,737∙104 / (1+6,7∙10-4 ∙ 5,737∙104)= 1455 Ом.

Cвх1 = τ / rб +KnpCk = 2,542∙10-9 / 33,54+7,5∙8,944∙10-12 = 1,428∙10-10 Ф.

                               

            Параметры первого предварительного

                                       каскада:          

 

   Еп=9 В.

Rк = 45 Ом.

Rэ = 1 кОм.

Rб1 = 80 кОм.

Rб2 = 200 кOм.

Rвх1 = 1455 Ом.

Свх1 = 1,428∙10-10 Ф.

Kпр = 7,5

                                    ty1 = 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 Rk :

                                                                         43,3 Ом.

 

 

                 Выбираем Rк =  45 Ом.

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

                 Проверим, не изменится ли сопротивление в цепи эмиттера:

                                                                               1004 Ом.

 

                 Rэ = 1000 Ом.

 

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

          Рассчитаем время установления второго предварительного каскада.

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

                                                            

tн = Свх1 R0  = 1,428∙10-10 ∙37,5= 5,353∙10-9 c.

tэ = t + tн + ti = 2,542∙10-9 + 5,353∙10-9 + 2,584∙10-9 =1,048∙10-8 c.

                                                        ty2 = 2.2 tэ =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 (смис.8).                                                                                                                   

                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           

Параметры второго и третьего предварительных каскадов:

 

Еп = 9 В.

Rк = 45 Ом

Rэ = 1000 Ом

Rб1 = 80 кОм

Rб2 = 200 кOм

Rвх2 = 1455 Ом

Свх2 = 1,428∙10-10 Ф.

Kпр = 7,5

ty2 = 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 Rк=0, Сэ=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:

 

ti = (1 + rб g21 )Cк R0 = (1+33,5∙0,2) ∙8,944∙10 -12 ∙ 4,942= 3,407∙10-10  c.

tн = Свх2 R0  = 1,428∙10 -10 ∙ 4,942 = 7,057∙10-10  c.

tэ = t + tн + ti  = 2,542∙10 -9 +7,057∙10- 10 + 3,407∙10- 10  = 3,588∙10-9  c.

tу эп = 2.2 tэ = 7,894∙10-9 с.

        Определим входное сопротивление и емкость.

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

                                 

Kэп = (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:

 

                                                 Еп=9 В.

                                                 Rэ = 1000 Ом

                                                  Rб1= 80 кОм

                                                  Rб2 = 200 кOм

                                                  Rвх эп = 43.45 кОм

                                                  Свх эп = 9,501∙10-12  Ф.

                                                    Kэп = 0,992

                                                   tэп = 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 Ср=0,47мкФ, в качестве блокировочных Сэ= 50 мкФ.  Во всех каскадах будем использовать именно эти конденсаторы, кроме входного разделительного Свх р=  0,01 мкФ.

 

 

 

 

 

 

 

 

         Расчет спада плоской вершины, создаваемый этими конденсаторами.

   В выходном каскаде:

          

   В первом предварительном каскаде:

 

                                      

     

       

               Во втором и третьем предварительном каскаде:

                                            Dэ2 = Dэ1 = 3,307∙10-3 .

          

                                                                                  

            Во входном каскаде:

                                                                          

          Во входной цепи (за счет Свх 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 Rф1, Сф1 ,как показано на рис. 9, в первый предварительный каскад, обеспечим в каскаде перекоррекцию, которая компенсирует спад остальных каскадов. Цепь Rф2, Сф2 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 RФ2, Сф2 должна быть достаточно большой чтобы предварительные каскады не влияли друг на друга.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

                 Зададимся емкостью Сф1 = 0,36 мкФ. Воспользуемся формулами, приведенными на стр. 136 в [1].

                 Определим сопротивление Rф1 из следующего соотношения. Напряжение предварительных каскадов повышаем до 12 В.

 

                 Выбираем Rф1  =  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 Rф2:

 

207,5 Ом.

 

Выбираем из стандартных значений Rф2= 220 Ом. Как уже оговаривалось емкость конденсатора Сф2  должна быть большой Сф2=  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 = UI = 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.          

      

 



Хостинг от uCoz
Яндекс.Метрика