Б.А. Варшавер - Расчет и проектирование импульсных усилителей (1267368), страница 46
Текст из файла (страница 46)
В рассматриваемой схеме, как и в схеме 5.17, прн обычно встречающихся сочетаниях параметров элементов секции процесс установления носит монотонный характер. Условие монотонности переходной характеристики указывается далее. Прямое прохождение сигнала на выход секции через емкость затвор — исток полевого и проводимость база — коллектор бнполяр- з См, описзине схемы блт ного транзисторов оказывает лишь слабое влияние на параметры выходного сигнала и приводимыми расчетными формулами не учитывается.
Коэффициент усиления К, = К„Кми Коэффициент передачи входной цепи и потокового повторителя К„= —, лдзт т где у = 1 + Зтгр,. Коэффициент усиления второго каскада К„= йэзфзэ. Условие монотонности переходного процесса (истоковый повторитель и входная цепь) (С,„+т(С, + С )) ~/ ~" +(С, +С..) )/ ~" > и 2 )т '(Сзи (Ст + Сзс + Сз) Достаточное условие монотонности переходного процесса (при любом отношении Р т/Р„) с,„(, „, (, с+с ~ с, Сзи Время установления (при монотонном переходном процессе) с = 2,2 )т' (, -~.. -;. — ' Эквивалентные сопротивления нагрузки каскадов секции 1 ттзз = ам+ — '+ — ' ит Лст К дэли иэ+ Л„ где Кс, — входное сопротивление схемы стабилизации каскада на биполярном транзисторе. Постоянные времени: тт =(Сз+ Сэс)йэ тт =СЛат иэи = Сии)тзн тэ тз + " + 'и .э -() +д„гр)С.Л, С„г .
Общая емкость нагрузки потокового повторителя С, =С,„+ — '+ К С„. тр $5.3. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ВЛОИОВ Промежуточные каскады усилителя или промежуточные усилительные секции часто представляется удобным выполнить одинаковыми. В связи с этим в настоящем разделе рассматривается методика определения основных параметров усилительного блока, под которым понимается последовательность одинаковых каскадов или усилительных секций !431. Определение параметров блока приводится для случая, когда нормированная операторная характеристика отдельного каскада или усилительной секции описывается выражением г"(р) = 1+ ар 1+ Ьр+рэ' а обобщенное время установления ! ' и выброс 5 соответственно находятся по коэффициентам а и Ь с помощью графиков рис.
4.13 и 4.14 или рис. 5.2 (графики рис. 5.2 соответствуют частному случаю, когда а = О). К достаточно большому кругу схем, операторные характеристики которых приводятся к указанному обобщенному выражению,относятсясхемы: 4.2 н 4.4 из 9 4.1; 4.13 и 4.14 из 9 4.3; 5.1, 5.2 (только для частного случая т„= т), 5.3 (только для частных случаев та = т ить = т,) и 5.4 из 55.1; 5.9, 5.10 (только для част- тт ных случаев т„= та — — — и т„=т, = —,), 5.12, 5.13 1+ 5111 1+ Яттх и 5.14 из 4 5.2.
Графики 1„' и 5 усилительного блока приводятся для л = 2, 3 и 4, где л — число каскадов или усилительных секций в блоке. Гра- Ю% 1 0 Ч 44 15 1,1Г 5 1г 14 15 1.5 5 61 а) Рис. Е.ЕЗ. К расчету основных иарамс ров усилительного блока, содержащего два одинаковык каскада илн секции: о — графнкн эаанснмостн отобщеннопт аременн устаноэасннн 1', от коэф.
ф1щнеата Ь прн раанмк коэффнцнентак о: б — графнкн ааанснмостн аыбро- се а от коаффнннента Ь прн раещтк ноэффнннентаа о фики рис. 5.23, 5.24 и 5.25 указывают значения 1 и 6 для случаев колебательного (Ь ~ 2) и граничного (Ь = 2) процессов установления. С помощью графиков по коэффициентам а н Ь легко находятся 1 ' и 6. Время установления блока 1 определяется по той же формуле, по которой находится время установления отдельною каскада или бра 1 1х 14 1б 1б б а) 11 14 1б 1б б сбУ Рис. 5.24, К расчету основных паразтетров усилительного блока, содержащего три одинаковых каскада илп севкина а — граФики зависимости обобщенного времена установаенна т'т от ковффикнента Ь птн разных коэффкннентат а; б — графики завкснностн выброса е от коэффнпнентв ь прн разных козффнпнентах а усилительной секции с тем отличием, что в нее подставляется значение 1 ', соответствующее предполагаемому числу л каскадов или секций.
Следует отметить, что с помощью приведенных графиков можно с достаточной точностью установить основные параметры усилительного блока. Расчет же по формуле (ПЗ) квадратичного суммирования времен установления при Ь м- 2, особенно в случае, когда имеется большой выброс в переходной характеристике отдельного каскада или секции, приводит к значительной ошибке. При Ь ) 2 и монотонной переходной характеристике время установления усилительного блока определяют по формуле квадратичного суммирования. Основные параметры усилительного блока с двумя каскадами или с двумя усилительными секциями, можно определить как с помощью графиков рис. 5,23, так и воспользовавшись следующими формулами, которые являются результатом аппроксимации функций 1„= фх(а, Ь) и б = тр,(п, Ь), рассматриваемых в области 0 ( а <,1, 1,2 ~,Ь ~ 2 [27[1 гу — — Ие~" + с, 1Г э л эгэ Иу у ЬР 54 ЬЮ Ьо б а) 52 Ьр Ьб г',о" б Ркс.
5.25. К расчету основных параметров усилительного блока, содержащего четыре одннаковых каснада нлн секцнн: а — ГРафНКН ЭаэНСНМОСтк Оопп~ЦЕННОГО ЕРЕМЕНН УетаапеаЕНва т'у От коэффацненте Э прн разнмх наэффнцаентах о; б — графнкн завнсймоста выброса Э ат коэффнцненга а прн разных коэффнннентах а где И 0743соэ(0,5+0,9а), 0 дд8+ 1 284аз 1+ 3,5 аз с = 0,16д+ 0,742а, 1 = 8 — 2а, т1 = 5,84соа(0,1-[- 0,7а). Погрешность формулы обобщенного времени установления не превышает Здо, а абсолютная погрешность прн определении выброса менее 0,008.
Выражения переходных характеристик И(Е') при колебательном процессе установления (Ь ~ 2) и числе каскадов или усилительных секций п)~ 2 достаточно сложны (431. Далее приведены формулы й(!'), соответствуницие случаю критического режима (Ь = 2) прн числе каскадов (секций) л = 2 †: 4: а) п=2 й (1') = 1 — е ' ~1 + 1' + (1 — а') —, + (1 — а)в — 1. з! ~.
б) п=З ° а га уР4 Ь( ) =1 — е ~1+('+ 2, +(1 — а') з, +(1 — За'+2а') 4! + + (1 — а)'— з! 1' в) о=4 4 й(С') =1 е [1+! + 2~ + з! +(1 — а') ~~ +(1 — 4а'+ ггб г7 т + За') б! +(1 — ба'+ За' — За') б! +(1 — а)' 7, 1, Рис. 5.26. Принципиальиап схема усилительного блока (вспо- могательные цепи не показаны) Пример 5. 3.
Определить основные параметры усилительного блока на биполярных транзисторах, содержащего две секции, выполненные по схеме с параллельной активной отрицательной обратной связью по напряжению (см. рис. 5.26). Необходимые для расчета блока данные секции взять из примера 5.1 (см. табл. 5.1), полагая глубину обратной связи у = 2. Проводимость нагрузки блока г'в считать равной входной проводимости секции. Кроме того, известно, что коэффициент усиления секции Кее = !00, постоянная времени транзистора т = 0,007 мкс. Для схемй с параллельной активной обратной связью по напряжению коэффициент а = О.
Из табл. 5.! имеем: т,'" = 4,95, Ь = 1,52. По графикам рис. 5.23, учитывая, что а = О, находим 1„' = 3,23 иб =2,8%, Определяем коэффициент усиления Находим время установления У„ = 1„ т, т = 3,23 4,95 7 1О 'ж 1,12 10 ' мкс. 4 и. лэимввы вдсчвтд ксилигвлвл импульсных сигндлов Пример 5.4. Рассчитать усилитель импульсных сигналов на бнпо. лярных транзисторах. Усилитель работает на емкостную нагрузку 20 пФ.
Внутренняя проводимость источника сигнала д, = 0,02 См ! Е„= — = 50 Ом). Параметры усиливаемых импульсов на входе Ыг усилителя: амплитуда У„= 1 мВ, длительность г„= ! мкс, форма прямоугольная. Предполагается, что импульсы следуют с большой скважностью. Коэффициент усиления К = 6000 (амплитуда импульса иа выходе усилителя У,„х = 6 В). Полярность выходных импульсов положительная. Допустимйе искажения: время установления фронта импульса ! = 0,1 мкс, выброс 5 (6%, спад плоской вершины импульса Ь ( 3%, Напряжение источника питания Е„= — 10 В.
Усилитель предназначен для эксплуатации в условиях возможных изменений температуры окружающей среды ! = +20 —; +60'С. Из технических условий на проектируемый усилитель следует, что к нему не предъявляются требования, которые предполагали бы особый подход к его расчету. Поэтому будем придерживаться общего порядка проектирования усилителя. Вначале, после выбора типа транзистора для выходного и предварительных каскадов усиления, рассчитываем выходной каскад (выбор режима работы, выбор и расчет схемы температурной стабилизации рабочей точки, выбор схемы коррекции, расчет основных параметров выходного каскада) и входную цепь усилителя (коэффициент передачи и время установления фронта импульса).
Далее найдем общий коэффициент усиления и общее время установления предварительных каскадов и по этим данным число каскадов (ориентировочно). Проектирование усилителя завершим выбором схемы коррекции каскадов, определением основных параметров отдельных предварительных каскадов усиления и расчетом вспомогательных цепей.
При необходимости произведем уточнение расчета. Выбор типа транзистора для выходного н предварительных каскадов усилителя Транзистор для выходного каскада выбираем, исходя из заданной амплитуды импульса напряжения на нагрузке усилителя (У,„х = = 6 В) и времени установления усилителя (! = О,! мкс).
Указанным требованиям удовлетворяет транзистор типа )т)403, имекхций Е„ = — 10 В (Е„,„~ О,„„! и 1„= 120 МГц. Для максимальной частоты генерации этого транзистора выполняется условие (2.2Ц: 10 в = 77 МГц Зтот же транзистор выбираемдля использования в предварительных каскадах усиления в типовом режиме (7„, = 5 мА, Еио = — 5В). Его низкочастотные и высокочастотные параметры в этом режиме: йв, = 80 мА/В, дхт = 0,0015 См, гб = 40 Ом, С„= 5 пФ, т = = 0,007 мкс.
Выбор режима и расчет выходного каскада. Режим выходного каскада выбираем с помощью входной и выходных характеристик я л е б 5,м =бд -Г,В Рис. 8.27. К выбору режима работы выходного каскада транзистора П403 (рис. 5.27). Учитывая, что усилитель имеет емкостную нагрузку, сопротивление нагрузки по переменному току будет определяться только сопротивлением резистора )с„в цепи коллектора. Так как импульс напряжения на нагрузке усилителя должен иметь положительную полярность, выбираем положение рабочей точки при Егв = — 7,8 В и l„о 1,5 мА, что соответствует току базы )в, = 20 мкА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
