Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Рис. 9.1. Определение входной и выходной проводимости транзистора
в окрестности точки A с координатами I_Б0, U_Б0, I_К0, U_К0

В качестве высокочастотных параметров транзистора при расчете каскадов импульсного усилителя используются три параметра: емкость коллекторного перехода , объемное сопротивление базы и постоянная времени транзистора .

Объемное сопротивление базы 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 она существенно зависит от напряжения, приложенного к коллекторному переходу. Для пересчета емкости коллекторного перехода к нужному значению напряжения на коллекторе можно воспользоваться следующей формулой:

,

где – справочное значение емкости, измеренное при напряжении ; – значение емкости коллекторного перехода при напряжении на коллекторе, равном .

Часто в справочниках на транзисторы в качестве высокочастотного параметра приводится постоянная времени цепи обратной связи, равная произведению объемного сопротивления базы и емкости коллекторного перехода:

.

Их этого соотношения можно найти величину . Однако если и измерены при разных значениях коллекторного напряжения, то предварительно емкость нужно пересчитать на то напряжение, при котором измерялась .

Постоянную времени транзистора ( ) для заданного положения рабочей точки можно рассчитать по следующей формуле:

,

где – крутизна транзистора для заданного положения рабочей точки; – объемное сопротивление базы; – граничная частота транзистора; – параметр, зависящий от типа и технологии производства транзистора.

Если в справочнике вместо граничной частоты приведено значение модуля коэффициента передачи тока базы на высокой частоте , то величину можно рассчитать по формуле

.

В отличие от биполярного транзистора положение рабочей точки полевого транзистора определяется только тремя координатами:
постоянный ток стока ( ), постоянное напряжение сток–исток ( ) и постоянное напряжение затвор–исток ( ). Ток утечки затвора определяет четвертую координату – постоянный ток затвора. В силу малой величины этот ток не оказывает существенного влияния на режим работы транзистора. Поэтому для расчета усилительного каскада на полевом транзисторе используются только один низкочастотный и три высокочастотных параметра. Низкочастотным параметром является крутизна транзистора:

,

где – крутизна транзистора; – ток стока; – напряжение затвор–исток; – напряжение сток–исток.

Величину крутизны транзистора в окрестности рабочей точки нетрудно определить по проходным статическим ВАХ, взяв отношение соответствующих приращений токов и напряжений (рис. 9.2). Проходные ВАХ полевых транзисторов берутся из справочников или рассчитываются по методике из [10].

Рис. 9.2. Определение крутизны полевого транзистора
в окрестности рабочей точки с координатами U_ЗИ0, U_СИ0, I_С0

В качестве высокочастотных параметров полевого транзистора в расчетах используются три емкости (рис. 9.3): емкость затвор–исток (входная емкость), емкость затвор-сток (емкость обратной связи) и емкость сток–исток (выходная емкость).

В

Рис. 9.3. Паразитные емкости полевого тран­зистора

еличины 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. Часто в отечественных справочниках вместо емкостей , и приводятся емкости , , .

10. Определение числа
предварительных каскадов

Как следует из разд. 4, число предварительных каскадов зависит от требуемого коэффициента усиления этих каскадов , от допустимого времени установления и параметров используемого усилительного элемента.

Коэффициент усиления предварительных каскадов

, (10.1)

а их время установления

, (10.2)

где А =1.5...2 – запас по усилению, K = U_2m/U_1m, t_у – общий коэффициент усиления и время установления всего усилителя, индексы «вх», «вых» означают принадлежность данного параметра соответственно к входной и выходной цепи усилителя.

Коэффициент и время определены при расчете выходного каскада, а коэффициентом и временем надо задаться, в зависимости от схемного решения этого каскада. А это решение, в свою очередь, зависит от требуемого от усилителя входного сопротивления (табл. 11). Если входной каскад – эмиттерный повторитель, то , а . Если же входной каскад выполнен на полевом транзисторе, то , а .

Таблица 11

Требуемое входное сопротивление, кОм	Тип транзистора	Схема включения
< 0.6	Биполярный	С общим эмиттером
0.6...10	Биполярный	С ОЭ и последовательной ООС или эмиттерный повторитель
10...30	Полевой с управляющим p–n-переходом	С общим истоком или истоковый повторитель
> 30	Полевой с изолированным затвором	С общим истоком или истоковый повторитель

Определив из (10.1) и (10.2) требуемый коэффициент усиления и допустимое время установления , задаемся ориентировочно числом предварительных каскадов (табл. 12).

Таблица 12

Kпр	Десятки	Сотни	Тысячи	Десятки тысяч
N	1...2	2...3	3...4	> 4

Определяем коэффициент усиления одного каскада предварительного усилителя

(10.3)

и требуемое для его реализации активное сопротивление нагрузки переменному току

, (10.4)

где g₂₁ – проводимость прямой передачи транзистора в предварительных каскадах.

Находим импульсную добротность некорректированного каскада ОЭ, которую мы можем реализовать на данном транзисторе и при данной нагрузке

, (10.5)

где – выходная, а – входная емкость транзистора.

Если выполняется условие

, (10.6)

то это означает, что транзистор в предварительных каскадах, их схемное решение и число каскадов выбраны верно. Если же условие (10.6) не выполняется, то можно увеличить число каскадов N, тем самым снизив требования к добротности Д_и, либо применить эмиттерную коррекцию, которая позволит увеличить добротности Д_и примерно, на 30 %, т.е. выражение (10.6) примет вид

. (10.7)

Применение эмиттерной коррекции имеет смысл, если она позволяет уменьшить число каскадов хотя бы на один.

Пример. Определить (ориентировочно) число каскадов предварительного усиления на транзисторе, имеющем следующие параметры: g₂₁ = 18 мСм,  = 1,67 мкс, r_Б = 20 Ом и С_К = 4 пФ. Каскады предполагаются идентичными. Предварительный усилитель должен обеспечить и .

Из табл. 10.2 выбираем N = 3, тогда один каскад будет давать усиление:

Находим активное сопротивление нагрузки переменному току:

Определяем добротность каскада ОЭ без коррекции, которую можно реализовать (Д_ир):

,

Определяем добротность каскада, которая нам требуется, т.е. рассчитываем правую часть выражения (10.6):

Поскольку , это означает, что трехкаскадный предварительный усилитель на выбранном транзисторе позволяет обеспечить требуемые от него параметры (коэффициент усиления не менее 330 и время установления не более 0.5 мкс).

Так как неравенство (10.6) выполняется с большим запасом, то следует проверить возможность реализации этого предварительного усилителя на двух каскадах.

При , , ,

Находим реализуемую добротность:

Определяем требуемую добротность:

Так как условие не выполняется, то реализация предварительного усилителя с заданными параметрами с помощью двух некорректированных каскадов невозможна.

Если же в этих каскадах применить эмиттерную коррекцию, то, воспользовавшись (10.7), получим 6.5 > 5.12, т.е. за счет применения коррекции нам удалось сократить число каскадов на один. Это вариант и принимаем за исходный при дальнейшем расчете.

Приведенная методика определения числа каскадов является приближенной. В частности, предполагается, что все каскады нагружены на одинаковую емкость – входную емкость каскада с ОЭ, которая изменяется с изменением его коэффициента усиления. Однако для предвыходного каскада это не так. Во-первых, она по величине может быть значительно больше, во-вторых, эта емкость не зависит от числа предварительных каскадов, т.е. от их коэффициентов усиления. Кроме того, могут возникнуть трудности с реализацией требуемой величины сопротивления R₂ (10.4) для получения заданного коэффициента усиления. Поэтому выводы о правильности ориентировочного выбора числа каскадов можно будет сделать после того как мы произведем расчет предвыходного каскада. Желательно, чтобы время установления всех каскадов (выходного, предвыходного, предварительных и вход­ного) заметно не отличалось друг от друга. Поэтому, возможно, при расчете предварительных каскадов придется произвести перераспределение их коэффициентов усиления, т.е. при неизменном общем коэффициенте усиления на предвыходной положить меньший коэффициент, чем на другие каскады. Может быть, придется пересмотреть расчет выходного каскада, чтобы уменьшить его коэффициент усиления (для уменьшения входной динамической емкости) либо его время установления или уменьшить оба параметра одновременно.

Список рекомендуемой литературы

1. Варшавер В. А. Расчет и проектирование импульсных усилителей. Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., доп. – М.: Высш. шк., 1975.

2. Проектирование усилительных устройств на транзисторах / Под ред. Г. В. Войшвилло. – М.: Связь, 1972.

3. Дуркин В. В. Аналоговые электронные устройства: Конспект лекций. – Новосибирск: Изд-во НГТУ. – Ч. 1, 1997.

4. Дуркин В. В. Аналоговые электронные устройства: Конспект лекций. – Новосибирск: Изд-во НГТУ. – Ч. 2, 2001.

5. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники / Пер. с англ. – М., 1998.

6. Остапенко Г. С. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов. – М., 1986.

7. Единая система конструкторской документации. Основные положения. – М.: Изд-во стандартов, 1985 (или более поздние издания).

8. Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования
   Micro Cap 6.0. – М.: Солон, 2001.

9. Анализ электронных схем в среде Micro Cap V: Лабораторный практикум для студентов III–IV курсов специальности 200700 всех форм обучения / М. Я. Котляр. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000

10. Устройства приема и обработки сигналов: Метод. указания к курсовому проектированию для студентов IV–V курсов радиотехнических специальностей факультета РЭФ (№ 2124) / А.В. Киселев,
    С.В. Тырыкин. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001.

11. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам / Под ред. Н. Н. Горюнова. – М.: Энергия, 1978.

12. Транзисторы и их зарубежные аналоги. Справочник. В 4 томах / Под ред. В.М. Петухова. – М.: ИП РадиоСофт, 1999.

Схемотехника аналоговых

электронных устройств

Методические указания

Редактор И.Л. Кескевич

Технический редактор Н.В. Белова

Корректор И.Е. Семенова

Компьютерная верстка Н.М. Шуваева

Подписано в печать 20.06.2006. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная.

Тираж 150 экз. Уч.-изд. л. 2,55. Печ. л. 2,75. Изд. № 153. Заказ №

Цена договорная

Отпечатано в типографии

Новосибирского государственного технического университета

6 30092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

19

Характеристики

Список файлов книги