Схемотехническое проектирование усилителя импульсных сигналов (структура усилителя - OЭ-ОК-ОЭ, Еп+ 5 В, Еп- 5 В)

Расчет элементов схемы из условия обеспечения требуемого значения тока Iко.

Пусть требуемую определенность и стабильность выбранных значений коллекторных токов во всех каскадах схемы обеспечивает напряжение U_э0=1 В. (U₀1,7В).

1.  Для создания в третьем каскаде напряжения U_э03=1 при токе I_э03 = 2мА необходимо в эммитерные цепи его транзистора включить резистор

R_э3=U_Rэ3/ I_э03=1/0.002=500 Ом

2.  Определение токозадающих разностей потенциалов U₀₃, U₀₂, U₀₁ для третьего, второго и первого каскадов.

U₀₃=U_э02=U_Rэ2=U_э03+0.7=1+0.7=1.7В

U₀₂=U_Rk1=U_Rэ2 +0.7=1.7+0.7=2.4В

U₀₁=U_R2=U_э01 +0.7=1+0.7=1.7В

3.  Определение нижнего предела допустимого значения тока делителя I_дел.

I_б0=0.002/100=20мкА

I_дел=25 I_б0=0.5мА

4.  Определение значений резисторов, создающих тербуемые токозадающие разности потенциалов U₀

R₂=U₀₁/I_дел=1.7В/0.5мА=3.4кОм

R_к1=U₀₂/I_к01=2.4В/2мА=1.2кОм

R_э1=U₀₃/I_э02=1.7В/2мА=0.85кОм

R_э2= U_Rэ2/I_э02=1.7В/2мА=0.85кОм

5.  Определение значения R₁, учитывая, что падение напряжения на нем:

U_R1=E₊-E_--U₀₁=5-(-5)-1.7= 8.3В

R₁= U_R1/( I_дел- I_б0)= U_R1/I_дел=8.3В/0.5мА17кОм

6.  В 3м каскаде условие линейного режима работы сохраняется при значениях сопротивления коллектора R_k3, удовлетворяющих неравенству

R_k3=2.4кОм

7.  Выбор величины резисторов из стандартного ряда сопротивлений:

R₁ ~ 16 кОм

R₂ ~ 3.3 кОм

           R_к1 ~ 1.2 кОм

      R_к3 ~ 2.4 кОм

R_э1~0.82 кОм

R_э2 ~ 0.82 кОм

           R_э3 ~ 0.51 КОм

Этап 5.Анализ воздействия дестабилизирующих факторов на работу каскада на постоянном токе.

Эквивалентная схема:

Расчет нестабильностей:

Dt = 60

ΔU_бэt=0.0021*Dt=0.126

Δβ_t=0.005*100*60=30

ΔU_бэT=0.05

Δβ_T=10

ΔU_бэ=0.176

Δβ=40

U_T=0.026

m=1+=1.02

g₂₁=I_k/mU_T=0.075

g₁₁=g₂₁/β=0.75*

g₂₂=0.13*

g_21ок= -g₁₁- g₂₁=-0.076

g_11ок= g₁₁= 0.75*

g_22ок= g₂₁+ g₁₁+ g₂₂=0.076

R_б1=R1||R2=2,7КОм

R_б2=R_выхоэ||R_э2=31Ом

R_б3=R_выхок|| R_э3=42*Ом

Расчет коэффициентов передачи транзисторов:

K₃=K_окFК_ок= g₂₁ R_н3/(1+ g₂₁ R_н3)

K₂=K_окFК_ок= g₂₁ R_н2/(1+ g₂₁ R_н2)

R_н3= R_э3

R_н2= R_выхок||  R_э3

K₃=0.97

K₂=0.99

Расчет собственных нестабильностей коллекторных токов:

ΔI_k1= ΔU_бэ* g₂₁/(1+ g₂₁ R_э1+ g₁₁ R_б1)=2*

ΔI_k2= Δβ* I_б0(1+g_11ок R_б2)/(1+ g_21ок R_э2+ g_11ок R_б2)=2.5*

ΔI_k3= ΔU_бэ* g₂₁/(1+ g₂₁ R_э3+ g₁₁ R_б3)=1.8*

ΔI= 6.3*

Этап 6. Мероприятия по снижению влияния источников нестабильности.

Изменение конфигурации схемы, обеспечивающее создание в ней петли ООС:

Расчет петлевой передачи:

К₁=R_k1||g_вхокf=g₂₁ R_k1/(1+ g₂₁ R_э1)=1.44

К₂=R_э2||g_вхок= g₂₁ R_э2/(1+ g₂₁ R_э1)=0.984

К₃=R_э3||Z^’’= g₂₁ R_э3/(1+ g₂₁ R_э3)=0.974

К_d= R₂/( R₂+ R₁)=0.17

T= К_d* К₁ * К₂ * К₃=0.234

F=1+T=1.234

ΔI_F= 6.3*/F=0.51*

Этап 7.Оценка предельно допустимого сопротивления нагрузки.

t_н=200*

f_в=0.35/ t_н=1.7*

f_s=0.026f₀β(f₀)/r_бI_k=4.3*

f_sF= f_s*(1+ g₂₁ R_F)= f_s*F_оэ=8.6*

ε_s1==1.9*

ε_s2==1.9*

ε_s=3.8*

Расчет значений входной и выходной емкости транзисторов.

Для ОЭ_F

C_вх= +C_k(1+К_оэF)=9.6*

С_вых=5.3*

Для ОК

C_вх= +С_к=1.6*

С_П1=С_вых1+С_вх2+С_м=5.3*+1.6*+1*=7.9*

С_П3=С_вых3+С_вх1+С_м=5.3*+9.6*+1*=15.9*

С_вх= С_вх1+С_м=9.6*+1*=10.6*

τ_вх= С_вх/g_экв

g_экв=(g₁₁+1/R1+1/R2+1/Rc)

f_вх=1/(2 τ_вх)

ε_вх==1.6*

Определение спада ε_нΣ

ε_нΣ= ε_Σ- ε_sΣ – ε_вх=0.29

ε_нΣ1=0.5*0.29=0.145

ε_нΣ3=0.5*0.29=0.145

Определение предельно допустимого значения проводимости g_экв

g_экв1≥ =1,6*

g_экв3≥ =2,9*

Определение предельно допустимого значения сопротивления R_k^*

R_k1^*=1/ g_экв- 1/g_вых1-1/gвх2=200 Ом˂ R_k1

R_k3^*=1/ g_экв- 1/g_вых3-1/g_вх1=620 ОМ˂ R_k3

Таким образом, необходимо R_k стоящие в коллекторе разделить на R_k^*и R_k^**

R_k1^**= R_k1- R_k1^*=1Ком

R_k3^**= R_k3- R_k3^*=1.8КОм

→в состав схемы надо вводить дополнительные блокирующие конденсаторы С_б

Этап 8.Организация конфигурации схемы для обеспечения ее работы на переменном токе.

Этап 9.Определение значений емкостей разделительных и блокировочных конденсаторов.

Δ=5%/100%=0.05

ΔС_б1= Δ

 

ΔС_б2= Δ

 

ΔС_б4= Δ

ΔС_б3= Δ

ΔС_р1= Δ

ΔС_р2= Δ

f₁= ΔС_б1/2πτ_и=9.4

f₂= ΔС_р2/2πτ_и=1.9

f₃= ΔС_б3/2πτ_и=9.4

f₄= ΔС_р1/2πτ_и=1.9

f₅= ΔС_б4/2πτ_и=1.9

f₆= ΔС_б2/2πτ_и=1.9

f_н= Δ/2πτ_и=22.7

Определение требуемых значений емкостей.

(С_б>>1/2fнR^*)

C_р1=1.5*

С_б1=56*

C_р2=1.7*

С_б3=43*

С_б4=3.7*

С_б2=3.7*

В соответствии со стандартным рядом конденсаторов выбираем значения емкости:

C_р1=1.5мкФ

С_б1=56мкФ

C_р2=1.7пФ

С_б3=43мкФ

С_б4=3.9мкФ

С_б2=3.9мкФ

Этап 10. Оценка значения коэффициента усиления тракта в целом.

K_Σ=K_вхK1K2K3

При расчете используем усредненные g-параметры.

I_k01=0.002

I_k02= I_k0+U_mg_экв=0.0062

R_F=13.55

g₂₁=0.15

g₁₁=g₂₁/β=0.0015

K_Σ=143

Вывод:

В курсовой работе был спроектирован усилитель импульсных сигналов на структуре ОЭ-ОК-ОЭ.

При выборе типа проводимости (этап 1) было учтено, что: полярность сигнала на входе усилителя положительна, следовательно, первый транзистор имеет проводимость n-p-n. Так как он включен в схему как ОЭ, то сигнал на его выходе имеет отрицательную полярность. Второй транзистор включен как ОК и на его входе сигнал отрицательный, то он должен иметь полярность

 p-n-p. Транзистор в схеме ОК фазу не переворачивает, следовательно, на входе третьего транзистора сигнал имеет отрицательную полярность. Так как он включен как ОЭ, он должен иметь проводимость p-n-p.

При проектировании первоначальной схемы (этап 2) было принято решение о ненадобности установки резистора R_к2 во втором каскаде, так как оно не вносит заметного влияния и им можно пренебречь.

На этапе 3 был выбран ток коллектора одинаковый на всех транзисторах = 0.002А, так как с учетом допущений, принятых в курсовом расчете, увеличение тока коллектора в оконечном каскаде не приведет к улучшению работы тракта.

На последнем этапе был получен окончательный коэффициент усиления тракта K_Σ=143

Список литературы:

1.  Павлов В.Н. Учебное пособие по курсовому проектированию «Аналоговая схемотехника