Тырыкин С.В. - Схемотехника аналогвых электронных устройств (1266883), страница 2
Текст из файла (страница 2)
7. Решение вопроса о необходимости применения эмиттерной или параллельной высокочастотной коррекции выходного каскада. 8. Окончательный расчет выходного каскада по переменному току с учетом введенных цепей обратной связи и коррекции. 9. Расчет элементов стабилизации режима работы транзистора выходного каскада. 10. Определение входного сопротивления и входной емкости выходного каскада, т.е.
определение параметров нагрузки, на которую будет работать предвыходной каскад. 11. Выбор транзистора для каскадов предварительного усиления по граничной частоте, максимальному напряжению коллектор-эмиттер и максимальному току коллектора. 12. Выбор режима работы транзисторов в каскадах предварительного усиления. 13. Определение высокочастотных и низкочастотных параметров транзисторов предвыходных каскадов в рабочей точке. 14.
Определение количества каскадов предварительного усиления. 15. Полный электрический расчет каскадов предварительного усиления по постоянному и переменному току, аналогичный расчету выходного каскада. — 12— 16. Выбор схемы входного каскада в зависимости от требуемого входного сопротивления усилителя. Как правило, выбор производится между каскадом с ОЭ, эмиттерным повторителем и каскадом на полевом транзисторе. 17. Определение способа регулировки усиления.
Электрический расчет цепей регулировки усиления. 18. Расчет вспомогательных цепей: фильтры питания, разделительные и блокировочные конденсаторы. 19. Принятие решения о необходимости применения низкочастотной коррекции всех или части каскадов усилителя. 20. Определение суммарных параметров усилителя (с учетом всех обратных связей и цепей коррекции) и сравнение их с техническим заданием.
21. В случае не соответствия параметров рассчитанного усилителя техническому заданию принимается решение о необходимости изменения схемы усилителя или параметров его каскадов. Производится возврат на соответствующий этап расчета. 22. Расчет мощностей рассеиваемых на резисторах, напряжений действующих на конденсаторах и токов протекающих через катушки индуктивности.
Выбор типов этих элементов. 23. Компьютерное моделирование разработанной схемы усилителя. Примечание. Компьютерное моделирование усилителя в среде М1сго-Сар включает следующие этапы [8, 91: 1) задание разработанной схемы усилителя в редакторе схем; 2) задание источника сигнала, соответствующего по параметрам (амплитудв, длительность, частота повторения импульсов и выходное сопротивление) источнику сигнала, указанному в техническом задании; 3) получение осциллограммы напряжения на нагрузке в режиме анализа переходных процессов; 4) измерение параметров импульсов напряжения на нагрузке (амплитуда, время установления, выброс и спад плоской вершины) и сравнение их с заданными и расчетными значениями, Пояснительная записка к курсовому проекту должна быть оформлена в соответствии с требованиями единой системы конструкторской документации (ЕСКД) 17), предъявляемыми к текстовым документам.
Пояснительная записка 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, применяемых разработчиком, а также все расчеты, подтверждающие выбор параметров элементов схемы. 6. Заключение, в котором должны быль 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 случае существенных 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 рассчитанной схемы. Отдельно от пояснительной записки в соответствии с требованиями ЕСКД оформляется полная электрическая принципиальная схема и перечень элементов рассчитанного усилителя. — 14— Выбор типа биполярного транзистора для выходного каскада и каскадов предварительного усиления осуществляется по трем основным параметрам— граничной частоте ( 1 ), максимально допустимому току коллектора (1к,,) и максимально допустимому напряжению коллектор-эмиттер (Гкэ „,). 1) Для граничной частоты транзистора должно вьтолняться условие: 3 1т > (1) гм где 1, — заданное время установления усилителя.
Если условие (1) не выполняется, то построить на таком транзисторе каскад с нужным временем установления скорее всего не удастся. (3) н При работе каскада на емкостную нагрузку (С'н) амплитуду импульса тока можно оценить по эмпирической формуле: 1 2 4Г2~,(С.н + С.к) 2м 1ю где Ск — емкость коллекторного перехода транзистора. До выбора типа транзистора точное значение емкости С не известно. Поэтому его можно принять равным 5+15 пФ для маломощных транзисторов (4) 2) Для яиаксимально допустимого тока коллектора транзистора дол:ж'- но выполняться условие: 1к мах — ~312и~ ~ (2) где кз — — 1.2+1.8 — коэффициент запаса; 1 „, — амплитуда импульса тока в нагрузке.
Коэффициент запаса 1з вводится с целью повышения надежности каскада. Большие величины кз следует выбирать для мощных каскадов (12„, >1А), для каскадов с большим рабочим напряжением (Г2„, >100В), а также для усилителей, работающих при высокой температуре окружающей среды (1,, > 60'С'). Амплитуда импульса тока в нагрузке (1 „,) при работе каскада на активную нагрузку (Лн) определяется по закону Ома через заданную амплитуду напряжения на нагрузке ((12,„) (1к„,,х <1А), 100+150 пФ для транзисторов средней мощности (1А < 1кп,~. < 10 А ) и 500+1000 пФ для мощных транзисторов (Ук .
> 1ОА ). При выборе транзистора по току вместо максимально допустимого тока коллектора (7к „.) в условии (2) можно использовать максимально допустимый импульсный ток коллектора (1д-„„„). Это возможно, если скважность и длительность усиливаемых импульсов не выходят за рамки диапазона, раз- решенного для данного транзистора. 3) Для максимально допустимого напряжения коллектор-эмиттер транзистора доллсно выполняться условие: ~'кипам — ~гз(('2и~ + ~ кэпип) (5) где /гз — — 1.2+1.4 — коэффициент запаса; Г2„, — амплитуда импульса напряжения на нагрузке; Гд'„„;„— минимальное напряжение коллектор-эмиттер. Минимальное напряжение коллектор-эмиттер (Укэ„„„) ограничивается напряжением насыщения транзистора. При работе каскада рабочая точка транзистора не должна заходить в область насышения.
В противном случае скоростные характеристики транзистора резко ухудшаются, и получить малое время установление каскада не удастся. При определении максимального напряжения коллектор-эмиттер (5) величину Гкэ,„;„можно принять равной 2+5 В для низковольтных транзисторов (У .э,, <100В) и 5+15 В для высоковольтных транзисторов (Г э, >100В) Большие величины 1з (5) следует выбирать для мощных каскадов (12„, >1А), а также для усилителей, работающих при высокой температуре окружающей среды (г, „, > 60 'С ).
При выборе транзисторов для каскадов усилителя следует избегать необоснованного использования мощных, высоковольтных и высокочастотных транзисторов. Т.к. они имеют большую стоимость и габариты, а также часто уступают по другим характеристикам менее мощным низкочастотным аналогам. Запас по напряжению, току и граничной частоте транзистора не должен быть слишком большим.
Для мощных каскадов выбор транзистора можно считать приемлемым, если запас по напряжению, току и частоте на превышает двукратного. Для маломощных каскадов, как правило, допустим больший запас по току и напряжению. При прочих равных условиях следует отдавать предпочтение транзисторам с большим коэффициентом передачи тока (й21). Это позволяет увеличить коэффициент усиления каскадов и уменьшить их число. Кроме того, во внимание могут приниматься и другие параметры транзистора, например, величина коллекторной емкости. Меньшее значение Ск позволяет уменьшить время установления каскада.
В качестве низкочастотных параметров транзистора используется система из четырех а-параметров, которые определяются следующим образом: д1, д1! дэ д1 ь' УК г г оооЫ дУ . Улз =сооФ д1к Иг2 >г1 Пкэ =ооам кэ «6) где д11 — входная проводимость; ~12 — проводимость обратной передачи; д~1 — проводимость прямой передачи (крутизна транзистора); д — выходная проводимость; 1к — ток базы; 1д- — ток коллектора; (Укэ — напряжение коллектор-эмиттер; (Удэ — напряжение база-эмитгер.
Для 11-параметров транзистора выполняется условие и2, > ип > и > ~, . Поэтому малой величиной обратной проводимости обычно пренебрегают и принимаю г е12 — — О. Входную и выходную проводимости транзистора (д„и д22) в заданной точке 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). КО 1к Рис.
1. Определение входной и выходной проводимости транзистора в окрестности точки «А) с координатами 1го, Сво, 1ко, Цсо Крутизну транзистора (параметр дгп) можно приближенно определить по формуле: Кгг='гггэ'Агг=г%гг ~гг 'йп. (7) Для расчета каскада импульсного усилителя на биполярном транзисторе необходимо знать четыре низкочастотных и три высокочастотных параметра транзистора. Ниже рассмотрены основные соотношения для расчета этих параметров. — 17— Для определения я-параметров транзистора в заданной точке можно также воспользоваться справочными (см.
подразд. 5.1.1) значениями дпараметров, пересчитав их к нужному положению рабочей точки транзистора. В первом приближении я-параметры транзистора линейно зависят от величины коллекторного тока. Поэтому для пересчета их значений можно воспользоваться следующими формулами: КО 1 011 011справ. ~ К справ. ко 1- 021 021справ.
~ К справ. ко 1 с 22 с 22 справ. ~ К справ. В качестве высокочастотных параметров транзистора при расчете каскадов импульсного усилителя используются три параметра: емкость коллекторного перехода Ск, объемное сопротивление базы г, и постоянная време- ни транзистора г. Объемное сопротивление базы го 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 ее величина существенно зависит от напряжения, приложенного к коллекторному переходу. Для пересчета емкости коллекторного перехода к нужному значению напряжения на коллекторе можно воспользоваться следующей формулой: ~' К справ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
