Б.А. Варшавер - Расчет и проектирование импульсных усилителей (1267368), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Находим произведение О1: 01 = 125 0,071 ж 9. На графике рис. 2.7 «определяющая> точка с координатами О1„= = 9 и К» = 124 располагается между линиями, которые соответствуют двум н трем каскадам. Учитывая, что предоконечиый каскад испытывает значительную нагрузку в связи с большим коэффициентом усиления выходного каскада (большая входная динамическая емкость), принимаем число предварительных каскадов равным трем.
По указанной причине третий каскад выполняем с высокочастотной коррекцией, а первые два каскада — некорректированными. Определяем ориентировочно коэффициент усиления и время установления одного предварительного каскада: К„р „— — ) Кв — — )/х 124 5, = — = — = 0,041 мкс. 0,071 пвр.в — .-- Определение основных параметров первого. второго и третьего каскадов Начинаем с расчета третьего предоконечного каскада. Выполняем третий каскад с параллельной схемой коррекции (см. описание схемы 4.2). Определяем эквивалентное сопротивление /х;.
йв = — ' = — — 62,5 Ом. дм 80 1О х Используя формулу эквивалентного сопротивления А'„находим сопротивление резистора /г (в выражение Я входит входное сопротивление схемы стабилизации рабочей точки транзистора выходного каскада): Я— 70 Ом 1 ! ! 1 — Ып — — — 0,0018 —— Яю Лсх 82 8 ' 8000 (ближайший номинал 68 Ом).
Находим постоянные времени т, и т, (в выражение т, входит коэффициент усиления выходного каскада) н отношения т,/т и т,/т: х, = (1 + Увггл) С„йв = (1 + 80 1О ' . 40) 5 10 м 62,5 10в ж ж 0,0013 мкс, вв = КввхСвйо = 54 5 ° 1О " ° 62,5 ° ! 0' ж 0,017 мкс, — ж 0,19, — ' = — 'ж2,4. 0,00!З хх 0,017 О,ОО7 ' ' О,ОО7 Задаемся тл/т = 3 и определяем безразмерные эквивалентные постоянные времени: т, ~с. ъ" .= — + — + — (а„й, + — )+ г ) + а- + -2- + — ' = 0,19 + 2,4 + 3 (О, 0015 ° 62,5 + А'от и 'б 62,5 ) 62,5 62,5 62,5 6000 ) 6000 63 40 ~т !1! ~з до нот $/ ( + + + ) "! = 3,53. Определяем коэффициенты а и Ь: 3 а = — „, = — =085, Ь = — '„, = — ' = 1,53.
т, 3,53 По графикам рис. 4.13 и 4.14 находим выброс и обобщенное время установления (б ж 5% и ~т' ж 1,58). Рассчитываем время установления третьего каскада: 1,, = г' т',"т = 1,58 3,53 . 0,007 ж 0,039 мкс. Определяем индуктивность корректирующей катушки (. = ( — ") ~Л =3 ° 0,007 1О ' ° 68 ° 10'ж 1,4 мкГ, ~' l т1 = (1 + дмг~) Ск)7а = (1 + 80 ° 10 з ° 40) 5 ' 10 м Х х 62,5 ° 1Ое ж 0,0013 мкс, % = К С„Р, 5 5 10 " ° 62,5 ° 10'ж 0,0016 мко, Выброс 5% в переходной характеристике третьего каскада вполне допустим, если учесть, что кроме третьего каскада выброс имеется еще только в переходной характеристике выходного каскада (б ж 0,8%). Кроме того, входная цепь и первые два иекорректнрованных каскада, имеющие монотонные переходные характеристики, способствуют уменьшению выброса (по техническим условиям выброс а переходной характеристике усилителя не должен превышать 6%). Переходим к расчету первого и второго некорректированныхкаскадов (см.
описание схемы 4.1). Параметры этих каскадов одинаковы. Эквивалентное сопротивление )т в первом и втором каскадах будет таким же, как и в третьем (каскады имеют одинаковый коэффициент усиления), т. е. А' = 62,5 Ом. Находим постоянные времени: Определяем эквивалентную постоянную времени еа = ее + с, + с (1 — дх,А' + — '~) = 0,0013+ 0,0016 + гб / + 0,007 (1 — 0,0015 62,5+ — ') ж 0,02 мкс. 40 Рассчитываем время установления одного некорректированного каскада г' = 2,2еа = 2,2 . 0,02 = 0.044 мкс.
У Рнс. 8.28. Прннннннальная схема рассчитанного уснлнтеля Исходя из формулы эквивалентного сопротивления 17„определяем сопротивление резистора в цепи коллектора )7„— а 1 ! 1 73 Ом — — нм — — — — О,ОО!8 —— йа йсе 62 8 !390 (ближайший номинал 75 Ом). Расчет показал, что требования к основным параметрам каскадов усилителя удовлетворяются. Фактическое время установления фронта импульса во входной цепи будет несколько меньше, если учесть, что коэффициент усиления первого каскада меньше того, который был ориентировочно принят при расчете входной цепи.
Принципиальная схема усилителя представлена на рис. 5.28. Расчет вспомогательных цепей Расчет основных параметров предварительных каскадов показал, что сопротивления резисторов Я„ в первом и втором каскадах, а также сопротивление резистора Я в третьем каскаде существенно меньше общего сопротивления в цепи коллектора каждого каскада.
Поэтому во всех предварительных каскадах предусматриваем фильтрующие !корректирующие) ячейки в цепях коллектора. Определяем сопротивление резистора )тф в первом н втором каскадах: )~ф = )С- — )~э — )~и — — 1000 — 330 — 75 = 595 ОМ (ближайший номинал 620 Ом). В третьем каскаде, где сопротивление резистора )с = 68 Ом, резистор )тф также можно выбрать с номинальным сопротивлением 620 Ом, Емкость конденсатора связи (разделительного) выбирается обычно в пределах 0,1 —: 0,5 мкФ, а емкость конденсатора в цепы эмиттера— в интервале 5 —: 50 мкФ.
Задаемся следующими емкостями конденсаторов в цепях связи и эмиттера: С, = 0,22 мкФ, С, = 1О мкФ. Определим спад плоской вершины импульса за счет цепей связи. Входная цепь !и с, (я„+ я" ) = 0,0091 (0,91%). 0,22 ° 1О с 60 -1- 1390 ( 1 + 0,001$.1390/ Первый и второй каскады !и Ь„Ь„ии ! + Лп!!сс ) ж 0,0087 (О 87оЦ ! 390 0,22 !0-с (76 + , Третий каскад ш. св 6000 ( 1+йсэйсс ) ( 1+0,0016 6000 ) ю О, 0068 (О 68 о,о) Спад плоской вершины импульса за счет цепи в эмиттере во всех каскадах усилителя одинаков, при этом = (ис" +ип) "= ( + ' ) ' 00082 с082о и в С 1О ° 1О"' (э %). Общий спад плоской вершины импульса, вызванный цепями связи и эмиттера (в процентах): Ь = ~'~с.ви+ йсс+Ьси+ Ьсэ+ 45э = 0*91+ Ов87+ Ос87+ + 0,68 + 4 ° 0,82 = 6,61 вф.
267 Исходя из формулы подъема плоской вершины импульса за счет цепи фильтрующей (корректируюшей) ячейки в цепи коллектора определим емкость конденсатора Сф, задаваясь подъемом плоской вершины импульса, равным 1,5' , на одну корректируюшачю ячейку. При этом спад плоской вершины импульса будет меньше 3 . Первый и второй каскады С и 10-4 .10' м ( 75! !7„~1+ яп!7„+ — ) ЛВ 75 ~1+ 0,00!5 ° 75+ — ) 0,0!5 г„) ! 890~ ж 0,76 мкФ. Третий каскад С й ! я (! + 811!7 + — ) Л,, !7ст !О ~ 1О' 0,88 мкФ. 68 ~1 + 0,00!5 68 + ) 0.0!5 Конденсаторы Св выбираем одинаковой емкости — 0,68 мкф (ближайший меньший номинал).
На этом расчет усилителя заканчивается. Все требования, которые были предъявлены к усилителю, выполнены. Как следует из результатов расчета, необходимости в его уточнении не возникло. Пример 5.5. Рассчитать усилитель импульсных сигналов на лампах. Нагрузка усилителя — электроннолучевая трубка с входной емкостью С„ = 13 пФ.
Внутреннее сопротивление источника сигнала )с „ = 1600 Ом. Параметры импульса иа входе усилителя: амплитуда (l„ = 5 мВ, длительность 1„ = 1 — 50 мкс, форма — прямоугольная. Считается, что импульсы следуют с большой скважностью. Коэффициент усиления усилителя К = 6000 (амплитуда импульса на выходе (I,„, = 30 В). Полярность выходных импульсов отрицательная. Допустимые искажения: время установления = 0,15 мкс, выброс 5 < 2ч , спад вершины импульса Л < 4%. г(апряженне источника питания Е„= 150 В.
Усилитель питается от выпрямителя, причем емкость выходного конденсатора фильтра выпрямителя 50 мкф. Примем следующий общий порядок проектирования усилителя. Вначале рассчитываются выходной каскад и входная цепь. Далее определяется число предварительных каскадов, производится выбор схем отдельных каскадов и их расчет. Прежде всего на основе технических требований определяются основные параметры (коэффициент усиления, время установления и выброс) каскадов усилителя и его входной цепи. Указанные параметры зависят от выбора отдельных элементов схемы, которые входят в цепи, имеющие малую постоянную времени. Цепи с малой постоянной времени являются основными цепями, определяющими основны- 268 черты схемы усилителя.
Далее схема усилителя дополняется вспомогательными цепями — цепями с большой постоянной времени— и производится их расчет. Эти цепи обеспечивают режим работы каскадов, связь между ними, а такжефильтрацию паразитных колебаний. Расчетом цепей с большой постоянной времени заканчивается электрический расчет усилителя. Расчет выходного каскада Определяем необходимый импульс тока (для выбора лампы выход- ного каскада).
С этой целью задаемся ориентировочно выходной ем- костью лампы С,„„„= 4пФ, емкостью монтажа С„= 4 пФ и вре- менем установления выходного каскада !г „, — — 0,6 !г, где 1,— общее время установления усилителя. При указанном соотношении !г,„, и !т, если общее число каска- дов усилителя не превысит четырех, время установления выходного и предварительного каскадов окажутся достаточно близкими и, сле- довательно, не возникает необходимости в выборе другой лампы или в ином распределении времени установления между каскадами.
Итак, последовательно находим общую емкость нагрузки усили- теля С„время установления выходного каскада ! „„и далее сог- ласно формуле (2.6) импульс тока 1: С„= С,„„, +С„+С„=-4+ 4+ 13 = 21 пФ, г,,„„= 0,61„= 0,6 0,15 = 0,09 мкс, > 2,2о „„С„2,2 зо 2! !о м ° 10з 15 4 А О,О9 ЮЕсли в выходном каскаде предусмотреть высокочастотную коррек- цию, то необходимый импульс тока будет меньше в 2,2!~„ раз, Учитывая, что напряжение источника питания Е,= !50 В, для выходного каскада может подойти лампа 6Ж!П (см. приложения 3 и 4) при условии применения высокочастотной коррекции, так как максимальный импульс тока этой лампы несколько меньше 15,4мА.
Использование коррекции позволяет уменьшить необходимый импульс тока примерно в 1,5 раза. Применим в выходном каскадепараллельнуюсхемукоррекцни (см. рис. 4.31, а) при коэффициенте коррекции й = 0,25, которому соот- ветствует 5 = 0 и, согласно графику рис. 2.8, ! ' = 1,56. В ряде случаев емкость нагрузки импульсного усилителя может испытывать некоторые изменения (например, при смене нагрузки). Поэтому именно в выходном каскаде (для большей стабильности пара- метров усилителя) желательно, применяя высокочастотную коррек- цию, не допускать выброса в его переходной характеристике или огра- ничиться малым выбросом порядка 1О4.
Определяем необходимый импульс тока при коэффициенте кор- рекции й = 0,25; 1„, = 15,4 — ' = 15,4 — ' ж 1! мА. 2,2 2,2 269 Определяем сопротивление резистора в цепи анода й, = — '"" = ° 1О в = 2,7 кОм. 7„, 11 10-л Уточняем емкость нагрузки н время установления выходного каскада: Св = Свох.л +Сн+Свх =235+4+ 13~ 19 пФ, 7 С й 1 56. 19. 10-ла.
27. 10в, 10еж008 мкс А На рис. 5.29 представлена анод- но-сеточная характеристика лампы 6Ж1П. Выбираем рабочуюточку на нижнем сгибе характеристики прн Е, = — 3В (полярность выходного импульса отрицательная). При этом л ле 2~6мА л в 1Льгл Как видно из рис. 5.29, лампа 6Ж1П хорошо используется по импульсу тока. Из рисунка следует также, что импульс на входе оконечного каскада должен иметь амплитуду (увх ов = 2,35В. Таким образом, коэффициент усиления -Г выходного каскада и,„2~,ЗЗ Рнс.
5,20. К выбору режима работы вл. ов выходного каскада Определяем индуктивность кор- ректирующей катушки выходного каскада. Е = )сСв)гл = 0,25 ° 19 10 'в (2,7 10а)' 1О' 35 мкГ. Расчет входной цепи На рнс. 5.30 представлена схема входной цепи. Входное сопротивление усилителя весьма велико, поэтому коэффициент передачи входной цепи можно считать равным единице. Определим время установления входной цепи, задаваясь С„= 4 пФ и имея в виду, что С = С,, + С: г„„= 2,2(С,„, + С„) й„= 2,2 (4,35 х х10 'в+4 ° 10 ") 1600 ° 10'ж0,03мкс. Рнс.
5.30. Прннннпналвнан схема входной непа 270 Расчет предварительных каскадов усилителя Находим время установления и коэффициент усиления предварительных каскадов, воспользовавшись формулами (2.14): (е = Р (у (у.вх (у. внл = У Ов 164 0 03 Оэ08 ж Оэ123 мкс; 7(вц* 12 8 Учитывая, что напряжение источника питания Е„= 150В, а также в целях однотипности применяемых в усилителе ламп, для предварительных каскадов выбираем ту же лампу 6Ж1П, используя ее в типовом режиме (Е, = 120 В, 7„8 мА, Е, = 120 В, /, 3 мА, Е, = — 1,7 В, Е = 5,15 мА/В, С,, = 4,35 пФ, С...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
