импульсные усилители сигналов

Содержание
Техническое задание:
1 Анализ существующих схемных решений
2 Расчет и обоснование функциональной схемы усилителя
3 Расчёт и обоснование принципиальной схемы усилителя
3.1 Расчёт оконечного каскада
3.1.1 Выбор типа транзистора
3.1.2 Расчёт схемы термостабилизации оконечного каскада
3.1.3 Расчёт параметров эквивалентной П-образной схемы замещения транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером
3.1.4 Расчёт параметров оконечного каскада по переменному току
3.1.5 Расчет высокочастотной индуктивной коррекции
3.2 Расчёт третьего предоконечного каскада
3.2.1 Выбор типа транзистора
3.2.2 Расчёт схемы термостабилизации
3.2.3 Расчёт параметров эквивалентной П-образной схемы замещения транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером
3.2.4 Расчёт параметров третьего предоконечного каскада по переменному току
3.3 Расчёт второго предоконечного каскада
3.3.1 Выбор типа транзистора
3.3.2 Расчёт схемы термостабилизации
3.3.3 Расчёт параметров эквивалентной П-образной схемы замещения транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером
3.3.4 Расчёт параметров второго предоконечного каскада по переменному току
3.3.4 Расчёт первого предоконечного каскада
3.4 Расчёт АЧХ входной цепи
Литература

Рекомендуется принять Uэб = 0,7 В, UR3 = 3* 0,7 = 2,1В
3) Рассчитаем сопротивление резистора:
R∑ = R1 + R2 = En / Iд = 15/1*10-3 = 15 кОм
4) Рассчитаем номинальные сопротивления резисторов:
R3 = ;
R2 = = ;
R1= R∑ – R2 = 15 кОм – 2,8 кОм = 12,2 кОм.
Как показано в п. 3.1.2 использованная методика расчёта резисторов R1,R2,R3 обеспечивает удовлетворительную стабильность режима каскада по постоянному току в заданном диапазоне температур и при наличии допусков на параметры транзисторов.
3.3.3 Расчёт параметров эквивалентной П-образной схемы замещения транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером
Для расчёта параметров оконечного каскада по переменному току необходимо рассчитать параметры эквивалентной схемы транзистора.
Ёмкость коллектора Ск(треб) при заданном напряжении Uкэср = 10В находится по формуле:
Ск(треб)=Ск(пасп)*= 4*, где
Ск(пасп)-справочное значение ёмкости коллектора при Uкэ(пасп) = 10В.
Сопротивление базы rб находится по формуле:
rб= =5 (Ом); gб ==0,2 Cим.
Сопротивление эмиттера rэ находится по формуле:
rэ= == 3,55 Ом, где в мА,
gэ = 1/ rэ = 1/3,55 = 0,28 Сим
Проводимость gбэ находится по формуле:
gбэ===0,0016 Сим.
Ёмкость эмиттера Сэ находится по формуле:
выходное сопротивление транзистора Ri находится по формуле:
, где
Uкэ(доп), Iкэ(доп)-соответственно паспортные значения допустимого напряжения на коллекторе и постоянной составляющей тока коллектора.
Выходная проводимость gi = 1/Ri = 1/87 = 11,5 мСим.
Все элементы эквивалентной схемы рассчитаны. Перейдём к расчёту параметров резистивного второго предоконечного каскада по переменному току.
3.3.4 Расчёт параметров второго предоконечного каскада по переменному току
Рассчитаем коэффициент усиления каскада на средней частоте по формуле:
K0 = S0*Rэкв,
где Rэкв =- эквивалентное сопротивление нагрузки, S0 – крутизна переходной характеристики транзистора,
Находим коэффициент усиления каскада K0 = S0*Rэкв = 0,28*57,8 = 16,2
Рассчитаем реальную часть входной проводимости каскада gвх :
Rвх = 1/gвх = 1/0,0016 = 625 Ом
Найдём постоянную времени транзистора
Рассчитаем входную динамическую ёмкость каскада Свх:
Найдём постоянную времени верхних частот каскада τВ:
Считается допустимым для каждого каскада спад АЧХ на высоких частотах 0,75 дБ, что соответствует коэффициенту частотных искажений, вносимым каскадом на верхней частоте Yв = 1/100,75/20 = 0,9.
Верхняя граничная частота каскада fв находится по формуле:
Рассчитанное значение fв = 55 МГц значительно превышает требуемое значение 3,5 МГц. Поэтому частотная коррекция не нужна. . Рассчитаем входное напряжение Uвх = Uвых/К0 = 0,072 /16,2 = 4,4 мВ
3.3.4 Расчёт первого предоконечного каскада
В качестве схемы этого каскада возьмём схему второго предоконечного каскада. В этом случае выходным сигналом первого предоконечного каскада является входной сигнал предыдущего каскада, т.е Uвых = 8,4 мВ. Рассчитаем напряжение сигнала на его входе: Uвх = Uвых/K0 = 4,4 мВ/16,2 = 0,28 мВ.
Общий коэффициент усиления рассчитанного четырёхкаскадного усилителя равен произведению четырёх коэффициентов усилений:
Kобщ = K04* K03* K02* K01 = 3,2*43,3*16,2*16,2 = 36363,7 (91,2 дБ).
3.4 Расчёт АЧХ входной цепи
В соответствии со схемой, представленной на рис. 1.1, источник сигнала взаимодействует с входной цепью первого каскада, которая имитируется параллельным соединением резистора и конденсатора, значения параметров которых были рассчитаны в разделе 4.4. Входная цепь вносит затухание в сигнал и искажает АЧХ на высоких частотах. Рассчитаем коэффициент передачи и значение верхней частоты входной цепи.
Значение коэффициента передачи на средних частотах K0 находится по формуле: K0 = Rвх/(Rг+ Rвх) = 625/(2600+625) = 0,19. Здесь Rвх = 625 Ом – входное сопротивление первого каскада.
Сопротивление эквивалентного генератора Rэкв находится по формуле:
Rэкв = Rвх* Rг /(Rг+ Rвх) = 2600*625/(2600+625) = 500 Ом.
Постоянная τвх = Свх* Rэкв = 38,4*10-12*500 = 32,6 нс, где Свх = 38,4 пФ – ёмкость входной цепи первого каскада.
При расчете значения верхней частоты следует учесть, что первый и второй каскады практически не вносят искажения в АЧХ, т.к. рассчитанные значения частоты fв значительно превышают требуемые. Поэтому их доля искажений может быть передана входной цепи, т.е. установить значение коэффициента частотных искажений Y = 0,8.
Рассчитаем значение частоты fв по формуле:
Рассчитанное значение превышает требуемое значение 3,5 МГц.
Найдём суммарный коэффициент усиления усилителя импульсов с учетом коэффициента передачи входной цепи:
KΣ = Kобщ*K0 = 36363,7*0,19 = 6909.1 (77дБ). Недостающие 2,3 дБ могут быть реализованы изменением режима по постоянному току одного из каскадов.

Рис. 3.5 Схема электрическая принципиальная

3. 5 Расчет разделительных конденсаторов
В принципиальной схеме усилителя предусмотрено четыре разделительных конденсатора и три конденсатора развязки. В техническом задании сказано, что искажения плоской вершины импульса должны составлять не более 3%. Следовательно, каждый разделительный конденсатор должен искажать плоскую вершину импульса не более чем на 0.4%.
Искажения плоской вершины вычисляются по формуле:
,
где τ и - длительность импульса.
Вычислим τн:

Тогда:
постоянная времени τн и значение разделительной ёмкости Ср связаны соотношением:
,
где Rл, Rп - сопротивление слева и справа от конденсатора.
Рассчитаем значения емкостей разделительных конденсаторов.
Конденсатор С1
490
Конденсатор С4
Конденсатор С7
Конденсатор С9
3. 5 Расчет резисторов R2, R8 и конденсаторов C2, C5 развязки
Напряжение питания усилителя, необходимое для питания принято при расчётах равным ЕпитΣ = 24 В. Для работы первых двух каскадов, в соответствие с расчётами достаточно Епит = 18 В. Поэтому в схему включены сопротивления развязки R3, R8 и конденсаторы развязки С2, С5. Ток коллектора в этих каскадах равен Iк = 10 мА. Рассчитаем сопротивления резисторов: R3 = R8 = (ЕпитΣ – Епит)/Iк = (24 – 18)/10-2 = 600 Ом.
Рассчитаем ёмкости С2, С5 развязки:
С2 = С5 =
Заключение
В курсовом проекте разработан импульсный усилитель на основе транзисторов КТ 606А, КТ 610А имеет следующие параметры:
- число каскадов 4;
- верхняя граничная частота 3,5 МГц;
- коэффициент усиления 77 дБ;
- сопротивление генератора и нагрузки 75 Ом;
- напряжение питания 24 В.
Литература
1. Высокочастотные полупроводниковые усилители с обратной связью. Коллектив авторов под ред. А.И.Борисова, А.В.Кривошейкина. М., Сов Радио, 1982
2. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник/ А.А. Зайцев, А.И. Миркин, В.В. Мокряков и др. Под редакцией А.В. Голомедова.-М.: Радио и Связь, 1989.-640с.
6