Тырыкин С.В. - Схемотехника аналогвых электронных устройств (1266883), страница 3
Текст из файла (страница 3)
СК С К справ. 11ко (9? ГдЕ Скс, „— СПраВОЧНОЕ ЗНаЧЕНИЕ ЕМКОСТИ, ИЗМЕРЕННОЕ ПрИ НаПряжЕНИИ 11к,„„; Ск — значение емкости коллекторного перехода при напряжении на коллекторе равном око. где д11,,„„,, д21„„„, и ~2 „„, — справочные значения е-параметров, измеренные при токе коллектора равном 1к„,р,„; д„, д21 и д22 — значения дпараметров для тока 1ко .
Линейное приближение зависимости и-параметров транзистора от тока коллектора хорошо работает для маломощных транзисторов и для параметров д„и д мощных транзисторов. Параметр д21 мощных транзисторов не линейно зависит от величины коллекторного тока. Поэтому для его определения целесообразно использовать непосредственно зависимость д21 от тока коллектора. Такие зависимости для различных транзисторов приведены в подразделе 5.1,3, Постоянную времени транзистора (г) для заданного положения рабочей точки можно рассчитать по следующей формуле: 321 6 110) 2ггтлг,3г где ц~ — крутизна транзистора для заданного положения рабочей точки; г~— распределенное сопротивление базы; ~г — граничная частота транзистора; и~у — — 1.2 †: 1.6 — параметр, зависящий от типа и технологии производства транзистора.
Выбор типа и схемы включения транзистора входного каскада импульсного усилителя определяется, в первую очередь, требованием к величине входного сопротивления усилителя. При этом можно руководствоваться рекомендациями приведенным в таблице 1. Табл. 1. Требуемое входное соп отивление, кОм Схема включения с общим эмиттером (ОЭ) Тип транзистора биполярный < О.б с ОЭ и последовательной ООС или эмитте ный понто итель биполярный О.б+ 10 с общим истоком или истоковый понто итель полевой с управляющим -п пе еходом 10+ 30 с общим истоком или истоковый понто итель полевой с изолированным затво ом >30 >— (11) Е При выборе полевого транзистора для входного каскада по максимальному току стока (1~., ах) и максимально допустимому напряжению сток- исток ( (1,-~~,вах) обычно проблем не возникает, т.к.
амплитуды импульсов тока 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 каскаде выбирается в диапазоне 1+20 мА, а постоянное напряжение сток-исток в диапазоне 4+15 В. Естественно, что мощность, рассеиваемая транзистором, должна быть меньше максимально допустимой (1~ ..). В отличие от биполярного транзистора положение рабочей точки полевого транзистора определяется только тремя координатами:постоянный ток стока (1~ ), постоянное напряжение сток-исток ((7~.
о) и постоянное напря- Выбор 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, осуществляется по трем параметрам: максимальной частоте усиления, максимальному току стока и максимальному напряжению сток-исток. Максимальная частота усиления транзистора Явах) должна удовлетворять условию: — 20— жение затвор-исток (1!зон).
Четвертая координата — постоянньгй ток затвора определяется очень маленьким током утечки затвора н не оказывает влияния на режим работы транзистора. При расчете входного каскада используется один низкочастотный и три высокочастотных параметра полевого транзистора. Низкочастотным параметром является крутизна транзистора: д1г Оозп си где з — крутизна транзистора; 1~ — ток стока; У~зл — напряжение затвор- исток; ГУг.л — напряжение сток-исток. Величину крутизны транзистора в окрестности рабочей точки нетрудно определить по проходным статическим вольтамперным характеристикам (см. подразд. 5.2.3), взяв отношение соответствующих приращений токов и напряжений «см.
рис. 2). Ози Рис. 2. Определение крутизны полевого транзистора в окрестности рабочей точки с координатами бозио, ~асио, 1со В качестве высокочастотных параметров полевого транзистора в расчетах используются три емкости (рис. 3): емкость затвор-исток Сзн ~входная емкость), емкость затвор-сток Сз; (емкость обратной связи) и емкость сток- исток Сги (выходная емкость). Величины этих емкостей обычно приводятся в 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 какого- либо пересчета. Сзс 11 ! ! ! ! си ! !! ! Сзи Рис. 3. Паразитные емкости полевого транзистора После расчета схемы усилителя перед разработчиком встает задача выбора номиналов и типов пассивных элементов схемы — резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности.
Требуемые величины сопротивлений, емкостей и ицдуктивностей известны из расчета. Необходимо привести расчетные значения параметров пассивных элементов к номенклатуре реально существующих элементов. Номиналы всех пассивных элементов стандартизованы и представлены рядами стандартных значений сопротивления, емкости и индуктивности 1см.
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, любой расчет 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 расчетным значением параметра пассивного элемента не превышает 5+20%, что соответствует выбору номиналов из рядов Е24, Е12 и Еб (см.
подразд. 5.3). Далее приведены краткие рекомендации по выбору резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. г г Выбор ггомипичов и тгтов резитгоров Резистор 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 к нему 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 Е12 и Е24. При высоких требованиях к механической прочности разрабатываемого устройства, 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 не предъявляются высокие требования к надежности. Кроме того, резисторы и другие пассивные элементы для поверхностного монтажа целесообразно использовать в высокочастотных схемах, т.к. такие элементы имеют меньшие паразитные емкости и индуктивности.
В случае импульсного усилителя паразитные емкости и индуктивности пассивных элементов могут оказывать существенное влияния на работу схемы при 3//и >10МП~ . 2) Выбор иомииаяов и тилов конденсаторов Конденсатор характеризуется двумя основными параметрами: номинальной емкостью и максимальным рабочим напряжением (см. подразд, 5.б). При этом конденсаторы подразделяются на полярные (работают только при одной полярности напряжения) и неполярные (работают при любой полярности напряжения).
По физической природе обкладок и диэлектрика конденсаторы подразделяются на электролитические и неэлектролитические. Таким образом, для выбора типа конденсатора кроме значения емкости необходимо определить максимальное значение и характер (постоянное или переменное) напряжения, прикладываемого к его обкладкам в процессе работы схемы.
Выбор конденсатора по рабочему напряжению обычно осуществляется по критерию (/,-,~, >1.2+1.5(/~х, где Г~,. — максимальное рабочее напряжение конденсатора; Г х — максимальное напряжение, прикладываемое к обкладкам конденсатора в процессе работы схемы. Больший запас по напряжению соответствует электролитическим конденсаторам, меньший — керамическим и пленочным конденсаторам. Номиналы конденсаторов, как правило, выбираются по ряду Еб или Б12 (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, межкаскадные разделительные конденсаторы, конденсаторы в цепях высокочастотной эмиттерной коррекции и конденсаторы в цепях низкочастотной коррекции.
Выбор типа конденсаторов для каждой из этих цепей имеет свои особенности. В фильтрах питания каскадов используются полярные электролитические конденсаторы. В зависимости от тока потребляемого каскадом величина емкости может выбираться в диапазоне 1+500 мкФ. В цепях питания высоко- чувствительных 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 для усилителей с широкой полосой пропускания (3//у > 10М/'и ). 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, что конденсаторы 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
