С.В. Тырыкин - Схемотехника аналоговых электронных устройств - Варианты заданий и справочные материалы к курсовому проектированию, страница 3

Пояснительнаязаписка должна включать следующие элементы:1. Титульный лист.2. Содержание.3. Задание на проектирование.4. Введение, в котором должна быть определена общая идеология синтеза схемы усилителя.5. Структурированное (разбитое на нумерованные разделы и подразделы) изложение всех этапов синтеза схемы импульсного усилителя. Изложение должно включать обоснование всех технических решений, применяемыхразработчиком, а также все расчеты, подтверждающие выбор параметровэлементов схемы.6.

Заключение, в котором должны быть приведены параметры рассчитанного усилителя и сделан вывод об их соответствии техническому заданию. Кроме того, в заключении необходимо кратко проанализировать результаты компьютерного моделирования разработанного усилителя. В случаесущественных расхождений между расчетными параметрами схемы и результатами моделирования необходимо дать объяснения причин этих расхождений.7. Приложения. В приложения выносится вспомогательная информация, использованная при расчете усилителя, например, справочные характеристики транзисторов и других элементов схемы.

Так же в приложения целесообразно вынести результаты компьютерного моделирования рассчитаннойсхемы.Отдельно от пояснительной записки в соответствии с требованиямиЕСКД оформляется полная электрическая принципиальная схема и переченьэлементов рассчитанного усилителя.– 14 –2Рекомендации по выбору биполярных транзисторов длявыходного и предварительных каскадовимпульсного усилителя2.1Выбор типа транзистора по частоте, току и напряжениюВыбор типа биполярного транзистора для выходного каскада и каскадовпредварительного усиления осуществляется по трем основным параметрам –граничной частоте ( f Т ), максимально допустимому току коллектора ( I К max )и максимально допустимому напряжению коллектор-эмиттер ( U КЭ max ).1) Для граничной частоты транзистора должно выполняться условие:3(1)fТ ≥ ,tугде t у – заданное время установления усилителя.Если условие (1) не выполняется, то построить на таком транзисторекаскад с нужным временем установления скорее всего не удастся.2) Для максимально допустимого тока коллектора транзистора должно выполняться условие:I К max ≥ k З I 2 m ,(2)где k З = 1.2 ÷ 1.8 – коэффициент запаса; I 2 m – амплитуда импульса тока в нагрузке.Коэффициент запаса k З вводится с целью повышения надежности каскада.

Большие величины k З следует выбирать для мощных каскадов( I 2 m > 1 А ), для каскадов с большим рабочим напряжением ( U 2 m > 100 В ), атакже для усилителей, работающих при высокой температуре окружающейсреды ( t c max > 60 o C ).Амплитуда импульса тока в нагрузке ( I 2 m ) при работе каскада на активную нагрузку ( RН ) определяется по закону Ома через заданную амплитудунапряжения на нагрузке ( U 2 m ):U(3)I 2m = 2m ,RНПри работе каскада на емкостную нагрузку ( C Н ) амплитуду импульсатока можно оценить по эмпирической формуле:U (C + C К ),(4)I 2 m ≈ 2.4 2 m Нtугде C К – емкость коллекторного перехода транзистора.До выбора типа транзистора точное значение емкости C К не известно.Поэтому его можно принять равным 5÷15 пФ для маломощных транзисторов– 15 –( I К max < 1 А ),100÷150пФдлятранзисторовсреднеймощности(1 А < I К max < 10 А ) и 500÷1000 пФ для мощных транзисторов ( I К max > 10 А ).При выборе транзистора по току вместо максимально допустимого токаколлектора ( I К max ) в условии (2) можно использовать максимально допустимый импульсный ток коллектора ( I К имп.

). Это возможно, если скважностьи длительность усиливаемых импульсов не выходят за рамки диапазона, разрешенного для данного транзистора.3) Для максимально допустимого напряжения коллектор-эмиттертранзистора должно выполняться условие:U КЭ max ≥ k З U 2 m + U КЭ min ,(5)()где k З = 1.2 ÷ 1.4 – коэффициент запаса; U 2m – амплитуда импульса напряжения на нагрузке; U КЭ min – минимальное напряжение коллектор-эмиттер.Минимальное напряжение коллектор-эмиттер ( U КЭ min ) ограничиваетсянапряжением насыщения транзистора. При работе каскада рабочая точкатранзистора не должна заходить в область насыщения. В противном случаескоростные характеристики транзистора резко ухудшаются, и получить малое время установление каскада не удастся.

При определении максимальногонапряжения коллектор-эмиттер (5) величину U КЭ min можно принять равной2÷5 В для низковольтных транзисторов ( U КЭ max < 100 В ) и 5÷15 В для высоковольтных транзисторов ( U КЭ max > 100 В )Большие величины k З (5) следует выбирать для мощных каскадов( I 2 m > 1 А ), а также для усилителей, работающих при высокой температуреокружающей среды ( t c max > 60 o C ).При выборе транзисторов для каскадов усилителя следует избегать необоснованного использования мощных, высоковольтных и высокочастотныхтранзисторов.

Т.к. они имеют большую стоимость и габариты, а также частоуступают по другим характеристикам менее мощным низкочастотным аналогам. Запас по напряжению, току и граничной частоте транзистора не долженбыть слишком большим. Для мощных каскадов выбор транзистора можносчитать приемлемым, если запас по напряжению, току и частоте на превышает двукратного. Для маломощных каскадов, как правило, допустим большийзапас по току и напряжению.При прочих равных условиях следует отдавать предпочтение транзисторам с большим коэффициентом передачи тока ( h21 ).

Это позволяет увеличитькоэффициент усиления каскадов и уменьшить их число. Кроме того, во внимание могут приниматься и другие параметры транзистора, например, величина коллекторной емкости. Меньшее значение C К позволяет уменьшитьвремя установления каскада.– 16 –2.2Определение основных параметров биполярных транзисторовДля расчета каскада импульсного усилителя на биполярном транзисторенеобходимо знать четыре низкочастотных и три высокочастотных параметратранзистора.

Ниже рассмотрены основные соотношения для расчета этих параметров.В качестве низкочастотных параметров транзистора используется система из четырех g-параметров, которые определяются следующим образом:дI БдI Б, g12 =,g11 =дU БЭ U = constдU КЭ U = constКЭg 21 =дI КдU БЭБЭg 22 =,U КЭ = constдI КдU КЭ,(6)U БЭ = constгде g11 – входная проводимость; g12 – проводимость обратной передачи; g 21– проводимость прямой передачи (крутизна транзистора); g 22 – выходнаяпроводимость; I Б – ток базы; I К – ток коллектора; U КЭ – напряжение коллектор-эмиттер; U БЭ – напряжение база-эмиттер.Для g-параметров транзистора выполняется условие g 21 > g11 > g 22 > g12 .Поэтому малой величиной обратной проводимости обычно пренебрегают ипринимают g12 = 0 .Входную и выходную проводимости транзистора ( g11 и g 22 ) в заданнойточке удобно определять по входным и выходным статическим вольтамперным характеристикам транзистора (см.

подразд. 5.1.3), взяв отношение соответствующих приращений токов и напряжений (см. рис. 1).IКIБg11 = ΔIБ / ΔUБIБ0AUКЭ = UК0ΔIБg22 = ΔIК / ΔUКIК0ΔUБ0UБ0IБ = IБ0AΔUКUБЭ0ΔIКUК0UКЭРис. 1. Определение входной и выходной проводимости транзисторав окрестности точки (A) с координатами IБ0, UБ0, IК0, UК0Крутизну транзистора (параметр g 21 ) можно приближенно определитьпо формуле:g 21 = h21Э ⋅ g11 = h21 min h21 max ⋅ g11 .(7)– 17 –Для определения g-параметров транзистора в заданной точке можнотакже воспользоваться справочными (см. подразд.

5.1.1) значениями gпараметров, пересчитав их к нужному положению рабочей точки транзистора. В первом приближении g-параметры транзистора линейно зависят от величины коллекторного тока. Поэтому для пересчета их значений можно воспользоваться следующими формулами:IК0g11 ≈g11 справ. ,I K справ.g 21 ≈g 22 ≈IК0I K справ.IК0I K справ.g 21 справ.

,(8)g 22 справ. ,где g11справ. , g 21справ. и g 22 справ. – справочные значения g-параметров, измеренные при токе коллектора равном I К справ. ; g11 , g 21 и g 22 – значения gпараметров для тока I К 0 .Линейное приближение зависимости g-параметров транзистора от токаколлектора хорошо работает для маломощных транзисторов и для параметров g11 и g 22 мощных транзисторов. Параметр g 21 мощных транзисторов нелинейно зависит от величины коллекторного тока. Поэтому для его определения целесообразно использовать непосредственно зависимость g 21 от токаколлектора. Такие зависимости для различных транзисторов приведены вподразделе 5.1.3.В качестве высокочастотных параметров транзистора при расчете каскадов импульсного усилителя используются три параметра: емкость коллекторного перехода C К , объемное сопротивление базы rб и постоянная времени транзистора τ .Объемное сопротивление базы rб обычно приводится в справочниках.Его величина практически не зависит от режима работы транзистора и поэтому не нуждается в каких-либо пересчетах.Величина коллекторной емкости также приводится в справочниках.

Однако её величина существенно зависит от напряжения, приложенного к коллекторному переходу. Для пересчета емкости коллекторного перехода кнужному значению напряжения на коллекторе можно воспользоваться следующей формулой:U К справ.CК ≈С К справ. ,(9)UК0где C К справ. – справочное значение емкости, измеренное при напряженииU К справ. ; C К – значение емкости коллекторного перехода при напряжении наколлекторе равном U К 0 .– 18 –Постоянную времени транзистора ( τ ) для заданного положения рабочейточки можно рассчитать по следующей формуле:g 21rб,(10)τ=2π mT fTгде g12 – крутизна транзистора для заданного положения рабочей точки; rб –распределенное сопротивление базы; f T – граничная частота транзистора;mТ = 1.2 ÷ 1.6 – параметр, зависящий от типа и технологии производстватранзистора.– 19 –Рекомендации по выбору полевого транзисторадля входного каскада импульсного усилителя3Выбор типа и схемы включения транзистора входного каскада импульсного усилителя определяется, в первую очередь, требованием к величиневходного сопротивления усилителя.