схеам. Аннотация

• Название: Аннотация
• Анкор: схеам
• Дата: 17.01.2021
• Размер: 0.58 Mb.
• Имя файла: Skhemotekhnika.docx
• Тип: Анализ; #168838
• страница: 2 из 4

Расчет варианта усилителя на транзисторах.

1. 
   Предварительный расчеткаскадов.
   

Оценка влияния паразитных емкостей.

Влияние паразитных емкостей – выходной емкости источника сигнала и входной емкости нагрузки – наиболее заметно на высшей граничной частоте усиливаемых сигналов.

Емкостное сопротивление, шунтирующее нагрузку на высшей граничной частоте, составляет величину

^XCн

_ 1

2f_в C<sub>н

</sub>^ и_

2C_н

2,3 10 ^6


2 55 10 ^12

 6,655∙10³
≈ 6,7 кОм

что больше сопротивления нагрузки R_н=75 Ом, таким образом реактивным сопротивлением конденсатора C_н можно пренебречь.

В данном случае сопротивление источника сигнала не накладывает жест- кие требования к входному каскаду, поэтому его можно построить по схеме с общим эмиттером, характеризуемым наилучшими усилительными свойства- ми.

Сопротивление нагрузки требует от выходного каскада низкого выходно- го сопротивления, таким образом, выходной каскад построим по схеме с об- щим коллектором.

2. 
   Построение функциональнойсхемы.
   

Необходимый коэффициент усиления, который должен обеспечить усили- тель, составляет

K₀  3600

Собственный коэффициент усиления усилителя должен быть несколько больше. Из-за влияния конечных значений входного сопротивления R_вх и со- противления источника сигнала R_ис образуется пассивный делитель с коэф- фициентом передачи K_ВЦ<1, поэтому усилитель должен обладать повышен- ным коэффициентом усиления. Примем K_ВЦ=0.7, тогда K_u=5150.

Задаемся числом усилительных каскадов N=4. Оконечный по схеме с об- щим коллектором (ЭП), который будет согласовывать усилитель с заданной величиной нагрузки, а входной и два промежуточных – по схеме с общим эмиттером, которые и будут вносить основной вклад в усиление сигнала.

Распределим между четырьмя каскадами с ОЭ коэффициент усиления: K1=18, К2=18, К3=18.

Все усилительные каскады строим по типовой схеме резисторного каскада с частотнонезависимой отрицательной обратной связью. Тогда общее число разделительных и блокировочных конденсаторов, определяющих низкоча- стотные линейные искажения равно 8, между которыми равномерно распре- делим допустимые значения искажения

M_нi 

 0,958

Высокочастотные линейные искажения, возникающие в отдельных каска- дах, допускаются на уровне

M_вi 

 0,917

Таким образом, функциональная схема проектируемого устройства при- нимает вид:



где 1 – входной каскад,

2,3 – промежуточные каскады

4 – оконечный (выходной) каскад
Распределение импульсных искажений для идентичных каскадов.

ф 

 т.к. N  4  фi  ^ф ^0.1  0,05

мкс

2 2

ф - длительность фронта импульса.

N


  i i  ^

_i N

_ 1.9

4

 0.475 ⁰ ₀

^{- спад плоской вершины импульса}

Исходя из этого структурная схема усилителя примет вид см. Рис2.


Сн

3. 
   Расчет выходногокаскада.
   

Выбор транзистора.

В виду того, что в нашем случае Rн =75 Ом выходной каскад будем вы- полнять на биполярном транзисторе по схеме с ОК. При выборе транзи- стора учтем:
Мощность, которую должен обеспечить транзистор:

P_н 

  50%

^{U 2} m

R<sub>н

</sub> 5,0²

75

 0,33 Вт

Возьмем  45% .

^{ 1 }  ¹ 

Р_рас  Р_н _1  0,33  _{ 0.45} 1_  0,407 Вт

_{ }  

постоянная времени транзистора должна удовлетворять условию


ф
^{  0.45   0.45  0,110 6  0.045 мкс}.

Учитывая эти условия, выбираем кремневый транзистор КТ603А.
КТ603А

Транзистор кремниевый эпитаксиально-планарный n-p-n универсальный ВЧ маломощный.

Предназначен для применения в импульсных, переключательных и усили- тельных высокочастотных схемах.

Выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Масса тран- зистора не

не более 2 г.

Примечание: расстояние от корпуса до начала изгиба выводов 3мм. Не допускается пайка выводов на расстоянии менее 5 мм от корпуса.

Пайку выводов требуется производить не более 10 сек при температуре не более 543 К

С теплоотводом между корпусом и местом пайки.[11]
Его низкочастотные и высокочастотные параметры:

r_б  26.6 Ом


к
С  15 10 ^12 Ф

  30нс  0,03 10 ^6 с




Режим выходного каскада выбираем с помощью входной и выходной харак- теристик транзистора КТ603А. Данный транзистор обеспечивает рассеивае- мую мощность.

Так как импульс напряжения на нагрузке усилителя имеет отрицательную полярность, выбираем положение точки:

I _{k 0}  92 мАU_kэ0  5,3 В I _б0  1,5 мА

U_{б 0}  0.85В

Для нахождения y-параметров определим по характеристике транзистора ΔI_б, ΔI_к, ΔU_бэ, ΔU_к:

ΔI_б=2.5 мА ΔU_бэ=0.2 В

ΔI_к=95 мА ΔU_к=7,3 В
Через рабочую точку из точки U_кэ=Е_п проводим нагрузочную прямую по по- стоянному току. Её наклон соответствует общему сопротивлению постоян- ному току в цепи эмиттера:


R  ^ЕпI<sub>k

</sub> 12

160 10^3

 75 Ом

Номинал: R₁₈= R_э=75 Ом.

Рассчитаем у-параметры транзистора в этой рабочей точке:

^y11

_I_Б

U_Б

I

2,5 10 ^3


0,2

95 10 ^3
 0,0125 А / В

^y21

_К_

U_Б

0,2

 0,475 А / В

^y22

_I_К

U_К

95 10 ^3

7,3
 13,0 10 ^3
А / В

Определяем номиналы сопротивлений R_б1 и R_б2 базового делителя. Для этого сначала найдем напряжение:


1 бЭ0 Э К0
U  U  R I  0,85  75  92 10 ^3  7,75В

Принимая ток делителя I_дел=3∙I_б0, находим:

^Rб 2

_ U₁

3I<sub>Б0

</sub> 7,75

31,5 10^3
 1,722кОм

Принимаем R₁₇=R_б2=1.8 кОм

^Rб1

_ Е  U₁

4I<sub>Б 0

</sub> 12  7,75 4 1,5 10 ^3

 0,708кОм .

Принимаем R₁₆=R_б1=750 Ом

Находим эквивалентное сопротивление базового делителя:

_{R } ^Rб1 ^{ R}б2

_ 0,75 1,8
 0,529кОм

дел

^Rб1

• 
  R_б2
  

0,75 1,8

Для определения коэффициента передачи каскада найдем сопротивление R₀:

R₀ 
^y11

1

 y₂₁
 y<sub>22

</sub> 1

0,0125  0,475  0,013
 1,99Ом

Определим коэффициент передачи по напряжению:

К_П y₁₁  y₂₁ R₀  0,0125  0,4751,99  0,974

Определим входное сопротивление каскада:

_{R }^Rдел _

0,529 10³
 452Ом

^ВХ 1  y R (1  К)

1  0,0125  0,529 10³ (1  0,974)

11 дел П

Рассчитаем номиналы разделительных конденсаторов из заданного спада ^{плоской вершины импульса} ^{. Распределим искажения между емкостями та-}

ким образом, чтобы C_P1  C_P2 . Пусть

t

    


C C
P1 P2
2,3 10 ^6

 0,00005  0,0047  0,00475 :
6

C ^и   88,26 10 Ф

P1 ^ R ^{ }

529 

C ВХ
 ^ R ^{дел }

P1

^0,00005  ^{452 } 

 ^{1  y}11^Rдел

_ 1  0,0125  529 _

Принимаем C₇=C_р1=91 мкФ.

^{y y t}0,0125  0,475 2,3 10 ^6 _6

C_{P 2} 

11 21 и_

^CP2

0,0047

 238,0 10 Ф

Принимаем С₈=С_р2=240 мкФ.
Выбираем схему температурной стабилизации рабочей точки с отрицатель- ной обратной связью по току.

Допустимое изменение тока коллектора:

I_кO  0.1  0.2 I_к0  0.15  92 10  13,8 мА

3

• 
  
   1
  
  I
  
  k 0
  мкА
  

 I

I
 

k0 k0

 e^1^t1 110^6 e^0.1132 1 32,78 10^6 А

max
t Т 18⁰  50 ⁰ 18⁰  32 ⁰

¹  0,1 0,13

Коэффициент усиления по току:

₀  _y

^y21

• 
  y
  

_ 0,475

0,475  0,0125

 0.974

21 11
Коэффициент нестабильности:

I

*

S
_{N } ^Iko_

ko

13,8 10 ^3

32,78 10 ^6

 420,93

Входное сопротивление схемы стабилизации рабочей точки:

R  R

N_s 1

 3216 Ом

ст э

1 N_s  1 ₀ 

Т.е. схема температурной стабилизации рабочей точки не требуется. Постоянная времени:


s 0 к вх
  K  C R  0,974 15 10 ^12  452  6,599 нс


н н 0
  C  R  60 10 ^12 1,99  0,109 нс

Эквивалентная постоянная времени:

^ экв

  (g_вх

 R₀

 ^R0 )  


s
R_б

 0,3 10 ^9  (

1

452

1,99  ^1,99 )  6,599 10 ^9  8,985нс 26,6

t_увых 2.2 _экв

 2.2  8,985 10 ^9  19,76 нс

Найдем потребляемую каскадом мощность:

^Pпотр

 (I_{К 0}

• 
  I_{Б 0}
  
• 
  ^Iдел
  

)Е_п

 (92 10 ^3  1,5 10 ^3  4,5 10 ^3 )12  1,176 Вт

1.4 Расчет промежуточных каскадов


Промежуточный каскад оказывается нагруженным на оконечный со вход- ным сопротивлением R_вхОК=452 Ом и должен обеспечивать на нем выходное напряжение

^UвыхВХ

_ ^Uвых _

К_П

5


0,974
 5,133  5,1В

Этот каскад будет схеме с общим эмиттером, так как | R_вхОК (ω)|>300 Ом.

Транзистор для оконечного каскада выбирается из условия обеспечения частотных требований к каскаду и энергетических характеристик его работы.
Примем величину сопротивления R_к≈ R_вхОК ≈1 кОм, R_э=0,1∙R_к=100Ом. Ве- личину R_ос считаем пренебрежимо малой. Тогда эквивалентное сопротивле- ние коллекторной цепи по переменному току составляет

^RR 110³  452

_{R }k н_

 311 Ом

экв _{R  R}

k н

110³  452

Рассматривая заданное значение U_вых как размах выходного гармониче- ского сигнала, можем определить необходимое значение тока покоя коллек- тора.

^I k 0

^{ I} нmax

_ Umвmв_

^Rэкв

5,1


311

 0,0165 А  16,5 мА

С учетом необходимого запаса на возможные отклонения из-за различных факторов выбираем I_к0≥20,0 мА.

Положение рабочей точки должно обеспечивать и изменение выходного напряжения, и напряжение насыщения транзистора U_кэнас=(0.5…1)В, то есть U_к0≥U_mвых+U_кэнас=5,1+0,5=5,6 В

Сформулируем требования к транзистору: I_кmax≥2∙I_к0=2∙20 мА=40мА

U_кэmax≥ E_п=12 В

P_кдоп≥P₀=I_к0∙U_к0=20,0 мА∙5,6В = 112 мВт Выбираем транзистор КТ312А с параметрами: I_кmax=60 мА

U_кэmax=20 В P_кmax=450 мВт F_гр=10 МГц Ск= 5 пФ

Сэ= 20 пФ

r_б '= 16 Ом

  500 пс  500 10 ^12 с