С.В. Тырыкин - Схемотехника аналоговых электронных устройств - Варианты заданий и справочные материалы к курсовому проектированию, страница 4

При этом можно руководствоваться рекомендациями приведенным в таблице 1.Табл. 1.Требуемое входноесопротивление, кОм< 0.60.6 ÷ 1010 ÷ 30>30Тип транзистораСхема включениябиполярныйс общим эмиттером (ОЭ)с ОЭ и последовательной ООСбиполярныйили эмиттерный повторительполевой с управляющим с общим истоком или истоковыйp-n переходомповторительполевой с изолированным с общим истоком или истоковыйзатворомповторительВыбор биполярного транзистора для входного каскада ни чем не отличается от выбора биполярных транзисторов для выходного каскада и каскадов предварительного усиления (см. разд. 2). Учитывая малые значения амплитуд импульсов тока и напряжения во входном каскаде, предпочтение следует отдавать маломощным транзисторам.Выбор полевого транзистора, также как и биполярного, осуществляетсяпо трем параметрам: максимальной частоте усиления, максимальному токустока и максимальному напряжению сток-исток.Максимальная частота усиления транзистора ( f max ) должна удовлетворять условию:3(11)f max ≥ .tуПри выборе полевого транзистора для входного каскада по максимальному току стока ( I С max ) и максимально допустимому напряжению стокисток ( U СИ max ) обычно проблем не возникает, т.к.

амплитуды импульсовтока и напряжения во входном каскаде не велики. Как правило, входной каскад может быть реализован практически на любом маломощном транзисторе,подходящем по частоте. При этом необходимо обеспечить попадание рабочей точки в допустимый для выбранного транзистора диапазон токов и напряжений. Обычно постоянный ток стока транзистора во входном каскадевыбирается в диапазоне 1÷20 мА, а постоянное напряжение сток-исток вдиапазоне 4÷15 В. Естественно, что мощность, рассеиваемая транзистором,должна быть меньше максимально допустимой ( PС max ).В отличие от биполярного транзистора положение рабочей точки полевого транзистора определяется только тремя координатами: постоянный токстока ( I С 0 ), постоянное напряжение сток-исток ( U СИ 0 ) и постоянное напря-– 20 –жение затвор-исток ( U ЗИ 0 ).

Четвертая координата – постоянный ток затвораопределяется очень маленьким током утечки затвора и не оказывает влиянияна режим работы транзистора.При расчете входного каскада используется один низкочастотный и тривысокочастотных параметра полевого транзистора. Низкочастотным параметром является крутизна транзистора:дI С,(12)S=дU ЗИ U = constСИгде S – крутизна транзистора; I С – ток стока; U ЗИ – напряжение затвористок; U СИ – напряжение сток-исток.Величину крутизны транзистора в окрестности рабочей точки нетрудноопределить по проходным статическим вольтамперным характеристикам (см.подразд. 5.2.3), взяв отношение соответствующих приращений токов и напряжений (см.

рис. 2).UСИ = UСИ0IСΔIСIС0ΔUЗИS = ΔIC / ΔUЗИUЗИ00UЗИРис. 2. Определение крутизны полевого транзисторав окрестности рабочей точки с координатами UЗИ0, UСИ0, IС0В качестве высокочастотных параметров полевого транзистора в расчетах используются три емкости (рис. 3): емкость затвор-исток C ЗИ (входнаяемкость), емкость затвор-сток C ЗС (емкость обратной связи) и емкость стокисток CСИ (выходная емкость). Величины этих емкостей обычно приводятсяв справочниках и могут быть непосредственно использованы при расчетах.Для маломощных полевых транзисторов величины этих емкостей слабо зависят от положения рабочей точки транзистора и поэтому не требуют какоголибо пересчета.СЗСССИСЗИРис.

3. Паразитные емкости полевого транзистора– 21 –4Рекомендации по выбору номиналов и типов резисторов,конденсаторов и катушек индуктивностиПосле расчета схемы усилителя перед разработчиком встает задача выбора номиналов и типов пассивных элементов схемы – резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Требуемые величины сопротивлений, емкостей и индуктивностей известны из расчета. Необходимо привести расчетныезначения параметров пассивных элементов к номенклатуре реально существующих элементов.Номиналы всех пассивных элементов стандартизованы и представленырядами стандартных значений сопротивления, емкости и индуктивности (см.подразд.

5.3). Элементы с номиналами не входящими в стандартные ряды серийно не производятся, потому их использования следует избегать.С учетом очень большого разброса параметров транзисторов, любойрасчет транзисторной схемы носит весьма приблизительный характер. Поэтому при выборе номиналов пассивных элементов не целесообразно добиваться точного совпадения их номиналов с расчетными параметрами.

Обычно оказывается достаточным, если разница между номиналом и расчетнымзначением параметра пассивного элемента не превышает 5÷20%, что соответствует выбору номиналов из рядов E24, E12 и E6 (см. подразд. 5.3).Далее приведены краткие рекомендации по выбору резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности.1) Выбор номиналов и типов резисторовРезистор характеризуется тремя основными параметрами – номинальным сопротивлением, максимальной рассеиваемой мощностью и максимальным рабочим напряжением (см. подразд. 5.4). Поэтому для выбора типа резистора необходимо кроме величины сопротивления определить рассеиваемую им мощность и максимальное значение напряжения, прикладываемого кнему в процессе работы схемы. Выбираются резисторы с ближайшими большими значениями допустимой рассеиваемой мощности и рабочего напряжения.

При значениях мощности и напряжения, близких к предельным, для повышения надежности схемы целесообразно выбирать резисторы не с ближайшими, а со следующими стандартными значениями максимальной мощности и напряжения.Учитывая невысокую точность расчета схемы импульсного усилителя,номиналы резисторов следует выбирать из рядов E12 и E24.При высоких требованиях к механической прочности разрабатываемогоустройства, а также при широком диапазоне рабочих температур предпочтение следует отдавать выводным резисторам (см. подразд. 5.4.1 и 5.4.2).

Резисторы для поверхностного монтажа (см. подразд. 5.4.3) имеют меньшую механическую прочность, и их следует использовать в схемах, в которых непредъявляются высокие требования к надежности. Кроме того, резисторы идругие пассивные элементы для поверхностного монтажа целесообразно использовать в высокочастотных схемах, т.к. такие элементы имеют меньшие– 22 –паразитные емкости и индуктивности. В случае импульсного усилителя паразитные емкости и индуктивности пассивных элементов могут оказывать существенное влияния на работу схемы при 3 / tУ > 10 МГц .2) Выбор номиналов и типов конденсаторовКонденсатор характеризуется двумя основными параметрами: номинальной емкостью и максимальным рабочим напряжением (см. подразд.

5.6).При этом конденсаторы подразделяются на полярные (работают только приодной полярности напряжения) и неполярные (работают при любой полярности напряжения). По физической природе обкладок и диэлектрика конденсаторы подразделяются на электролитические и неэлектролитические. Такимобразом, для выбора типа конденсатора кроме значения емкости необходимоопределить максимальное значение и характер (постоянное или переменное)напряжения, прикладываемого к его обкладкам в процессе работы схемы.Выбор конденсатора по рабочему напряжению обычно осуществляется покритерию U C max ≥ 1.2 ÷ 1.5U max , где U С max – максимальное рабочее напряжение конденсатора; U max – максимальное напряжение, прикладываемое кобкладкам конденсатора в процессе работы схемы. Больший запас по напряжению соответствует электролитическим конденсаторам, меньший – керамическим и пленочным конденсаторам.Номиналы конденсаторов, как правило, выбираются по ряду E6 или E12(см.

подразд. 5.3).В схеме импульсного усилителя конденсаторы используются в цепях пяти типов: блокировочные конденсаторы в фильтрах питания каскадов, блокировочные конденсаторы в цепях эмиттеров транзисторов, межкаскадныеразделительные конденсаторы, конденсаторы в цепях высокочастотной эмиттерной коррекции и конденсаторы в цепях низкочастотной коррекции. Выбортипа конденсаторов для каждой из этих цепей имеет свои особенности.В фильтрах питания каскадов используются полярные электролитические конденсаторы.

В зависимости от тока потребляемого каскадом величинаемкости может выбираться в диапазоне 1÷500 мкФ. В цепях питания высокочувствительных каскадов (первые каскады усилителя), для устранения паразитной обратной связи с выходным каскадом по общей цепи питания, целесообразно использовать танталовые конденсаторы или конденсаторы для поверхностного монтажа. Эти элементы имеют существенно меньшие паразитные индуктивности и обеспечивают эффективное подавление переменной составляющей напряжения в широкой полосе частот, что особенно важно дляусилителей с широкой полосой пропускания ( 3 / tУ > 10 МГц ).В качестве блокировочных конденсаторов в цепях эмиттеров транзисторов чаще всего используют полярные электролитические конденсаторы емкостью 0.5÷100 мкФ.

При выборе величины емкости следует учитывать, чтоконденсаторы большей емкости имеют большую индуктивность выводов.Это может привести к возникновению в каскаде частотно-зависимой отрицательной обратной связи по току и к уменьшению усиления каскада на высо-– 23 –ких частотах. Для усилителей с 3 / tУ > 10 МГц целесообразно использованиев качестве блокировочных – танталовых конденсаторов или конденсаторовдля поверхностного монтажа.В качестве межкаскадных разделительных конденсаторов следует использовать пленочные или керамические конденсаторы емкостью до 5 мкФ(разделительный конденсатор, отделяющий низкоомную нагрузку от выходного каскада усилителя, может иметь и большее значение емкости).

Использование электролитических конденсаторов в качестве разделительных не желательно из-за их большого последовательного сопротивления. Кроме того,емкость электролитических конденсаторов существенно изменяется со временем, что может приводить к дрейфу коэффициента передачи усилителя. Вкрайнем случае, можно использовать в качестве разделительного – электролитический конденсатор с большим рабочим напряжением (высоковольтныеэлектролитические конденсаторы имеют меньшее последовательное сопротивление и более стабильные характеристики).В цепях высокочастотной эмиттерной коррекции следует использоватьисключительно неполярные высококачественные пленочные или керамические конденсаторы. При прочих равных условиях предпочтение следует отдавать конденсаторам для поверхностного монтажа (особенно при3 / tУ > 10 МГц ).В цепях низкочастотной коррекции последовательное сопротивление ииндуктивность выводов конденсатора на работу схемы влияния не оказывают. Поэтому в цепях низкочастотной коррекции можно использовать какэлектролитические, так и неэлектролитические конденсаторы.

Поскольку емкость корректирующего конденсатора, как правило, не велика, то предпочтение следует отдавать не электролитическим конденсаторам, поскольку их параметры гораздо стабильнее.3) Выбор номиналов и типов катушек индуктивностиКатушки индуктивности характеризуются тремя основными параметрами: номинальной индуктивностью, максимальным рабочим током и диапазоном рабочих частот. В настоящее время отечественная и зарубежная промышленность выпускает большой ассортимент стандартных катушек индуктивности с широким диапазоном индуктивностей и рабочих токов (см.