Схемотехническое проектирование усилителя импульсных сигналов (структура усилителя - ОК-ОЭ-ОБ, Еп+ 12 В, Еп- 0 В)

Исходные данные:

сопротивление базовой области Г_б – 30 Ом;

коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ h_21э – 100;

обратный ток эмиттерного перехода I_оэ – 10 ^-14 А;

напряжение Эрли – 150 В;

наибольший ток коллектора I_Кmax – 0,3 А;

паразитная ёмкость перехода база-коллектор C_к – 1 пФ;

модуль коэффициента усиления по току в схеме с ОЭ на частоте 250 Мгц – 4;

технологический разброс ∆U_{ЭБ Т} номинального напряжения база-эмиттер – ±30мВ;

разброс ∆B коэффициента передачи B тока базы в схеме ОЭ - ±15.

Этап 1. Выбор типа проводимости транзисторов.

С точки зрения обеспечения пониженного энергопотребления и выделения излишний тепловой мощности были выбраны транзисторы с типом проводимости pnp

 

                     вх.                                                                                                                              вых.

Этап 2. Синтез конфигурации схемы питания усилительных каскадов постоянными напряжениями и токами.

Этап 3. Выбор значения начального тока в каскадах.

Зададим начальный коллекторный ток I_ко1=2  мА; I_ко2= I_ко3=4 мА.   

Этап 4. Расчёт элементов схемы из условия обеспечения требуемого значения тока I_ко.

Положим: U_R6=1,5 В;

Выбор сопротивлений согласно ряду E24 ±5%:

R1=	3,4	кОм
R2=	20	кОм
R3=	820	Ом
R4=	3,9	кОм
R5=	11	кОм
R6=	390	Ом
R7=	11	кОм

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

Отклонение   температуры от её номинального значения (20˚С) приводят к следующим изменениям характеристик транзисторов:

В наиболее неблагоприятном случае отклонения параметров от номинальных значений за счёт температурных изменений и технологического разброса имеют одинаковую направленность. В этом случае:

Определение g параметров транзисторов:

для VT1:

для VT2 и VT3:

Определение собственных нестабильностей    коллекторных токов  для каждого каскада схемы:

ОК:

ОЭ:

ОБ:

Определяем полные сопротивления нагрузок каскадов:

Расчёт коэффициентов передачи по напряжению:

Между точками подключения

Между точками подключения

Расчёт изменения тока третьего каскада вследствие нестабильностей второго и первого каскадов:

Этап 6. Мероприятия по снижению влияния источников нестабильности.

В соответствии с рядом номиналов E24 выберем

Расчёт значений петлевой передачи:

Уменьшение значения нестабильности:

Этап 7. Оценка предельно допустимого сопротивления нагрузки.

Расчёт верхней граничной частоты усилителя на уровне 0,7:

Вычисление граничных частот:

для VT1:

для VT2и VT3:

Введём сопротивление  в цепь эмиттера VT2 (местная ООС глубиной ):

Расчёт спадов АЧХ каскадов ОЭ и ОБ  на частоте

для VT2

для VT3

Оценка общего спада АЧХ, возникающий из-за инерционных свойств транзисторов:

 

Расчёт паразитных ёмкостей, оказывающих заметное шунтирующие влияние:

Положим:

ОК:

Положим:

ОЭ:

ОБ:

Оценка спада АЧХ входной цепи на частоте

Положим:

Расчёт допустимого спада :

Распределение между каскадами:

Определение предельно допустимых значений проводимостей  коллекторных цепей:

Расчёт предельно допустимых значений сопротивлений , стоящих в коллекторных цепях:

В соответствии с рядом номиналов E24 выберем

Сохраняя режим по постоянному току разбиваем резистор  на две части: сопротивление переменному току

Этап 8. Общая схема усилителя.

Введены: - разделительные конденсаторы:  на входе и выходе.

- блокировочные конденсаторы:  шунтирует по переменному току сопротивление ;

 шунтирует коллекторное сопротивление ;  шунтирует базу VT2

- цепь с  исключает действие общей ООС по переменному току и резистор , обеспечивает ООС по переменному току.

 

Этап 9. Определение значений ёмкостей в схеме усилителя.

Разделительные конденсаторы  и блокировочный  вызывают спад переходной характеристики усилителя

Величина суммарного спада

Расчёт нижних граничных частот звеньев:

Расчёт значений ёмкостей с учётом того, что  соответствуют уровню 0,707 АЧХ в области низких частот, то есть спад на этих частотах :

Выберем:

Выберем:

Выберем:

Выберем:

Выберем:

Этап 10. Оценка коэффициента усиления усилителя.

Коэффициент передачи входной цепи:

Коэффициент усиления первого каскада (ОК):

Коэффициент усиления 2-го и 3-го каскадов определяется по уточнённым g параметрам: