Расчет выходного каскада импульсного усилителя

Министерство образования Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра РП и РПУ

Расчет и проектирование импульсного усилителя

Пояснительная записка к РГЗ

по курсу “Схемотехника”

Проверил:                                                           Составил:

Преподаватель                                            студент гр. РТС9-02

_________  Дуркин В.В.                             Нескородев И.В.

_________                                                  

Новосибирск

2002

1. Задание на курсовую работу

Расчет выходного каскада импульсного усилителя.

1.  Выбрать транзистор.

2.  Выбор работы  транзистора по постоянному току.

3.  Определение  параметра транзистора в средней точке. 

4.  Расчет каскада по переменному току t_у.

5.  Расчет элементов стабилизации каскада по постоянному току.

6.  Расчет вспомогательных цепей: С_р  , С_э .

7.  Расчёт входного сопротивления и вход емкости каскада.

8.  Определения мощностей рас.

                                                 Параметры

Амплитуда выходного напряжения (В)……………………………… =35

Время установления (мкс)…………………………………………….. ≤0,8

Выброс (%)……………………………………………………………... ≤0

Температура среды max (C)…………………………………………… =+40

Тип нагрузки (Активная Ом )…………………………………………. =500

Длительность импульса (мкс)…………………………………………. =10

Спад плоской вершины (∆%)………………………………………….. =4

Температура среды min ………………………………………………...=-35

Частота повтора………………………………………………………….=5

 

      1. Выбор транзистора .

                 Транзистор определяется по следующим критериям:

               1) По граничной частоте транзистора.

f_T ≥ 3/t_y ≥3.75 kГц

               - граничная частота передачи тока, при которой .

              2) По максимальному  коллекторному току.   

                  При активной нагрузке можно воспользоваться формулой

                                                               

              где k – коэффициент запаса, его вбирают в пределах k=1.5….2.

                                               

          Этим требованиям отвечает транзистор КТ611А структуры n-p-n.

                              

                     Перечень его основных параметров приведен в таблице 2.

      Таблица 2.

Параметр	Величина
Iкэк , мкА	200, при t=25 *С
Ск , пФ	5, при Uкэ=40В
Τк , пс	200, при Uкэ=20В
h21	10 – 40
Iк мах , мА	100
Uкэ мах , В	180
fт , МГц	60
Rпер-ср , *С/Вт	150

2  Выбор работы  транзистора по постоянному току.

Необходимо выбрать рабочую точку на семействе выходных статических характеристик транзистора. Для этого необходимо выбрать ток коллектора в рабочей точке. Диапазон его значений в которых он может находится определяется следующей системой неравенств. В дальнейшем  берется как среднее геометрическое:

                                                                       

                                

                                    

                                                     

Пусть рабочая точка имеет координату по оси тока коллектора  равную              .

                 

                     Рис. 1 Выходные характеристики транзистора КТ611А.

 

 Рабочая точка А будет иметь следующие координаты U_кэ  =70 В,I_к=6мА. Теперь строим нагрузочную прямую по переменному току, которая будет проходить через рабочую точку и через точку С, смотри рис. 1.Из уравнения нагрузочной прямой по переменному току находим сопротивление коллектора:

                  

                    

                 

 Рассчитаем напряжение  питание по следующей формуле:

              

                        

                                                                               

Исходя из   стандартов напряжения питания выбираем:

                                           

 Зная положение рабочей точки и напряжение питания можно построить нагрузочную прямую по постоянному току, которая, проводится через точку А. Теперь найдём сопротивление эмитора по следующей формуле:

                     

                       

На этом расчет режима работы выходного транзистора закончен.

                  3. Расчет параметров транзистора в средней точке.

Необходимо определить низкочастотные параметры транзистора КТ603Б т.е. g - параметры. Их можно определить воспользовавшись входными и выходными статическими характеристиками, приведенным на рис. 2 и рис. 3. Для выходного каскада  g - параметры определяются как приращение токов и напряжений в средней точке.

                         

                             Рис. 2 Выходные характеристики.

                                 

                                   Рис. 3 Входные характеристики

 

     Выходная проводимость

                                  

    Проводимость в прямом направлении.      

                                                        

    Входная проводимость

                                  .

    Проверим правильность  нахождения параметров g по следующим соотношениям:

                                              

                                                     

                           

Найдем значение коэффициента усиления K₀ и время установления t_y и сравним с заданным .

Определим эквивалентное сопротивление каскада R₀ :

              

                                            

 

Вычислим коэффициент усиления  каскада:

                                

Для понижения коэффициента усиления вводим эмиторную коррекцию.

                                           

Пусть коэффициент усиления равен:

                                            

Из следующей формулы найдем сопротивление коррекции:

                  

                 

                                       

Вследствие чего эквивалентное сопротивление каскада R₀  рассчитывается по формуле:

                  

            

                                               

Зная емкость коллектора  и постоянную времени цепи обратной связи  можно найти распределенное сопротивление базы:

                                

Время установления такого каскада с эмиторной коррекцией, можно определить по следующим формулам. Причем эмиторная коррекция позволяет несколько уменьшить время установления, по сравнению с некорректированным усилителем, даже если тот имеет такой же коэффициент усиления.

,  где:

                   

           

                      

            

                 

             

                                      

           

 

         

                                           

                              

Полученное время установление сравниваем с заданным и оно не должно превышать заданное.

   Расчетное:

                                

   Заданное:

                                

5.  Расчёт элементов стабилизации каскада по постоянному току.

На нестабильность рабочей точки оказывают влияния следующие параметры , , . В итоге необходимо найти сопротивления  и , которые и задают положение рабочей точки.  Изменение обратного тока коллектора можно определить по графику зависимости  от температуры, который приведен на рис. 4. Для нахождения  необходимо определить максимальную и минимальную температуру перехода транзистора - ,.

Найдём постоянную мощность, рассеиваемую на транзисторе, для этого понадобится значение скважности импульсов:

                                       

Определим средний ток коллектора:

                                  

                                                    

Зная общее тепловое сопротивление R_пс=150*С/Вт, определим максимальную и минимальную температуру перехода:

                                  

                  

Получили превышение предельно допустимой температуры перехода для транзистора КТ611А    t_пmax=150 *С.  В  следствии чего необходимо поставить радиатор чтобы избежать сгорания транзистора.

Рассчитаем тепловое сопротивление и площадь радиатора:

                

       

Определим максимальную и минимальную температуру перехода