Выбор и расчет структурной схемы

ИМПУЛЬСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

 

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Аналоговые и радиоэлектронные устройства»

 

Выполнил

студент гр.128-1

________Абрамов П.В.

«»____________2001

 

 

Проверил:

доцент каф. РЗИ

_______Шарыгина Л.И.

«»_____________2001

 

 

Реферат

 

Курсовой проект 39 с., 10 рисунков, 12 таблиц, 4 источника, 2 приложения.

УСИЛИТЕЛЬ ИМПУЛЬСНЫЙ, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ, ВРЕМЯ УСТАНОВЛЕНИЯ, СПАД ПЛОСКОЙ ВЕРШИНЫ, КАСКАД, КАСКОД, ПЛАВНАЯ РЕГУЛИРОВКА.

Цель работы – пректирование импульсного усилителя (кабельный усилитель), работающего на 50-ти омную нагрузку и имеющего входное и выходное сопротивления 50 Ом.

Курсовой проект выполнен с помощью математического пакета MathCad 2000. Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2000.

Содержание

 

1 Введение……………………………………………………………………….. 5

2 Выбор и расчет структурной схемы………………………………………….. 6

3 Основная часть………………………………………………………………… 8

3.1 Расчет оконечного каскада…………………………………………………. 8

3.1.1 Выбор транзистора………………………………………………………... 8

3.1.2 Расчет режима транзистора………………………………………………. 9

3.1.3 Расчет параметров каскада……………………………………………….. 11

3.2 Расчет предоконечного каскада……………………………………………. 14

3.2.1 Выбор транзистора…………………………………………………………14

3.2.2 Расчет режима транзистора………………………………………………. 15

3.2.3 Расчет параметров каскада……………………………………………….. 16

3.2.4 Расчет цепей питания и термостабилизации оконечного и

предоконечного каскадов..……………………………………………….. 18

3.3 Расчет входного каскада……………………………………………………. 24

3.3.1 Выбор транзистора………………………………………………………... 24

3.3.2 Расчет режима транзистора………………………………………………. 24

3.3.3 Расчет параметров каскада……………………………………………….. 25

3.3.4 Расчет цепей питания и термостабилизации входногого каскадов……. 27

3.4 Расчет регулировки усиления………………………………………………. 29

3.5 Расчет результирующих характеристик и оценка входной емкости…….. 30

3.6 Расчет усилителя в области больших времен (низких частот)……………31

3.7 Расчет частоты выброса на выходе эмиттерного повторителя (ЭП)…….. 32

3.8 Расчет устойчивости………………………………………………………… 33

3.9 Построение переходной характеристики………………………………….. 34

4 Заключение…………………………………………………………………….. 36

Список использованных источников…………………………………………... 37

РТФ КП.468731.001 ЭЗ Усилитель импульсный……………………………… 38

РТФ КП.468731.001 ПЭЗ Усилитель импульсный. Перечень элементов…… 39

Введение

 

Области использования импульсных усилителей (ИУ) весьма многообразны. Особенно широко ИУ применяются в радиотехнических устройствах, в системах автоматики и вычислительной технике, в приборах экспериментальной физики и в измерительных прецизионных приборах. Многообразие назначений усилителей порождает различия в требованиях, которым должен отвечать усилитель в том или ином случае.

Проектирование многокаскадного усилителя характеризуется в первую очередь тем, что решение не является однозначным. Общей задачей проектирования является отыскание наиболее простого, экономного решения. Сложность проектирования как раз и заключается в том, чтобы найти это относительно простое решение.

В данном проекте студентам предлагается ознакомится с существующими методами проектирования импульсных усилителей и провести типовой расчет.

Цель работы – проектирование кабельного усилителя с параметрами, заданными в техническом задании (ТЗ).

Основная часть

Расчет оконечного каскада

3.1.1 Выбор транзистора.

Выбор транзистора для оконечного каскада осуществляется с учетом следующих предельных параметров:

- граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ:

 

;

 

- предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер:

 

;

 

- предельно допустимого тока коллектора:

 

;

 

Пусть на оконечный каскад приходится половина искажения формы импульса создаваемая всем усилителем:

 

.

Верхняя граничная частота по уровню 0,707 определяется по формуле:

 

.

 

Получим численное значение:

 

.

 

Из ТЗ выходное сопротивление усилителя должно составлять 50 Ом, а так как оно определяется сопротивлением в цепи коллектора, то для оконечного каскада берем R_к=51 Ом. Сопротивление нагрузки по переменному току есть параллельное соединение сопротивления в цепи коллектора и сопротивления в цепи нагрузки:

 

. (3.1.2)

 

Получим

 

 

Тогда воспользовавшись соотношением I_вых=1,1U_вых/R_экв получим импульс тока с 10%-м запасом:

 

.

 

Учтем разброс сигнала по скважности (рисунок 3.1)

 

 

Рисунок 3.1 – К определению максимального значения импульса тока

 

Тогда

 

 

Таким образом для транзистора оконечного каскада должны выполняться следующие соотношения:

 

,

.

 

Находим необходимый транзистор по справочнику [2]. Этим требованиям отвечает транзистор КТ603Д. Он имеет следующие параметры:

- граничная частота транзистора f_Т=200 Мгц;

- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ h₂₁=20¸80;

- емкость коллекторного перехода С_к=15 пФ при напряжении на коллекторе U_к=10 В;

- постоянная времени цепи ОС на высокой частоте t_к=400 пс;

- максимальный ток коллектора I_кmax=300 мА;

- максимальное напряжение коллектор – эмиттер U_кэmax=10 В;

- обратный ток коллектора I_кобр=(1¸10)мкА (при Т_с=-40…+25°С), I_кобр=10мкА (при Т_с=85°С);

- максимальная мощность рассеиваемая на коллекторе Р_кmax=500 мВт.

 

3.1.2 Расчет режима транзистора.

Выходной каскад выполним по схеме реостатного каскада(рисунок 3.2).

 

Рисунок 3.2 – Схема выходного каскада

 

 

Выберем положение рабочей точки транзистора, используя его выходную и входную статические характеристики:

 

 

 

Рисунок 3.3 – Входная и выходная статические характеристики транзистора КТ603Д

 

Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке:

 

,

 

где U_н – напряжение начального нелинейного участка выходных статических характеристик транзистора U_н=(1…2)В.

 

.

 

Значение тока I_к0 выберем исходя из значения U_к0, а также из обеспечения требуемого импульса по току I_к0³40 мА. Значения U_б0 и I_б0 можно определить непосредственно по статическим характеристикам. Исходя из вышесказанного рабочая точка имеет следующие значения:

 

U_к0=4 В; I_к0=65 мА; U_б0=0,82 В; I_б0=1 мА.

 

Расчитаем предварительное значение напряжения источника питания. Оно сложится из падения напряжения на коллекторном переходе и падения напряжения на сопротивлениях коллекторной и эмиттерной цепей:

 

.

 

Напряжение на сопротивлении R_к:

 

.

 

Тогда

 

.

 

В существующем ряде напряжений источников питания имеется источник на 9В. Возьмем его в качестве питания будущего усилителя. Оставшаяся часть напряжения будет падать на R_э.

 

.

 

Постоянная мощность, рассеиваемая на коллекторе не должна превышать предельного значения взятого из справочника, а напряжение источника питания не должно превышать максимального напряжения коллектор-эмиттер.

 

. (3.1.3)

 

Получили, что P_к£P_кmax, U_кmax£E_п, то есть этот транзистор можно использовать в качестве транзистора выходного каскада.

 

3.1.3 Расчет параметров каскада.

Входное сопротивление транзистора можно определить графически по углу наклона касательной в рабочей точке на входной характеристике (рисунок 3.3):

 

 

. (3.1.4)

 

Статический коэффициент передачи тока определим как среднее геометрическое максимального и минимального значений:

 

. (3.1.5)

 

Крутизна транзистора находится как отношение статического коэффициента передачи тока к входному сопротивлению транзистора в рабочей точке:

 

. (3.1.6)

 

Отсюда можно найти коэффициент усиления реостатного каскада как произведение крутизны на сопротивление нагрузки по переменному току (эквивалентное сопротивление):

 

. (3.1.7)

 

Воспользовавшись соотношениями 3.1.4-3.1.7 получим:

 

;

 

;

 

;

 

.

 

Произведем расчет каскада в области верхних частот(малых времен). Следует учитывать зависимость емкости коллекторного перехода С_к от напряжения коллектор-эмиттер:

 

, (3.1.8)

 

где U_к1 – напряжение, при котором емкость С_к приведена в справочнике, U_к2=U_к0 – напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке.

Величина омического сопротивления базы в справочниках, как правило, не приводится и ее можно определить из соотношения:

 

. (3.1.9)

 

Теперь можно найти постоянную времени транзистора в области ВЧ:

 

, (3.1.10)

 

где С_н – емкость нагрузки каскада (если для выходного каскада не задана, то берется С_н=С_{монтажа}»(2…5)пФ).

Время установления фронта импульса, приходящегося на каскад пропорционально t_в:

 

. (3.1.11)

 

Найдем численные значения параметров по (3.1.8)-(3.1.11):

 

,

 

,

 

,

 

.

 

Время установления оконечного каскада получилось равным предполагаемому в пункте 3.1.1, то есть искажения фронта импульса каскада не превышают допустимых. Найдем входные параметры каскада по формулам:

 

, (3.1.12)

 

, (3.1.13)

 

где С_вх.д – входная динамическая емкость, R₁₂ – сопротивление базового делителя (параллельное соединение R_б1 и R_б2):

 

. (3.1.14)

 

.

 

Определить входное сопротивление по формуле (3.1.13) не представляется возможным, так как неизвестна величина R₁₂, поэтому предварительно примем его равным входному сопротивлению транзистора:

 

.

 

Получили, сто у оконечного каскада входное сопротивление мало, а входная емкость велика, то есть предоконечный каскад будет иметь малый коэффициент усиления и большое время нарастания, что неприемлемо. Поэтому в качестве предоконечного каскада возьмем эмиттерный повторитель (ЭП).

 

Расчет входного каскад

3.3.1 Выбор транзистора.

Для входного каскада выходным напряжением будет входное напряжение предоконечного каскада (ЭП):

 

.

 

В целях унификации элементов в качестве активного элемента возьмем транзистор КТ340А. Его параметры были описаны в пункте 3.2.1.

 

3.3.2 Расчет режима транзистора.

Схему входного каскада выполним по схеме реостатного каскада (рисунок 3.6).

 

Рисунок 3.7 – Схема входного каскада

 

 

Нагрузкой каскада является входное сопротивление и входная динамическая емкость предоконечного каскада: R_н=R_вх=1,8(кОм); С_н=С_вх.д=8(пФ). Так как транзистор работает в малосигнальном режиме, то возможен выбор режима минимального потребления тока и напряжения (чтобы получить высокое входное сопротивление):

 

I_к0=7 мА; U_к0=2 В; I_б0=0,05 мА; U_б0=0,55 В.

 

От входного каскада не требуется большого усиления, поэтому сопротивление в цепи коллектора можно выбрать в несколько раз меньше сопротивления нагрузки: R_к=270 Ом, тогда по формуле (3.2.1):

 

.

 

Падение напряжения на R_к составит:

 

 

тогда при U_Rэ=2,1 В

 

.

 

3.3.3 Расчет параметров каскада.

Воспользуемся соотношениями (3.1.4)-(3.1.7):

 

;

;

 

;

 

 

Проведем расчет в области верхних частот (соотношения (3.1.8)-(3.1.10)):

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

.

 

Коэффициент усиления всего усилителя должен быть 60 раз, но учитывая разброс параметров элементов и термонестабильность коллекторного тока, эту величину необходимо обеспечить с запасом примерно 1,5 раза. То есть реально коэффициент усиления должен быть чуть больше 90. Входной каскад имеет очень большой запас по усилению, поэтому можно ввести последовательную ООС по напряжению с глубиной А=4.

Сопротивление обратной связи найдем из формулы

 

. (3.3.1)

 

Крутизна усиления транзистора с учетом ООС равна

 

. (3.3.2)

 

Подставляя S_0ос вместо S₀ в выражения (3.1.7)-(3.1.10) получим значение коэффициента усиления и постоянной времени в области с учетом ООС:

 

; (3.3.3)

 

. (3.3.4)

 

Выполним расчет по формулам (3.3.1)-(3.3.4):

 

;

 

;

 

;

 

.

 

Тогда время установления каскада по (3.1.11):

 

.

 

В формулы (3.1.12)-(3.1.13) для входных параметров также необходимо внести соответствующие изменения:

 

; (3.3.5)

 

, (3.3.6)

 

где R_вхТ=R×A=1×4=4(кОм).

 

.

 

Сопротивление R_вх определим в следующем пункте.

 

3.3.4 Расчет цепей питания и термостабилизации входного каскада.

Методика расчета полностью аналогична изложенной в пункте 3.2.4, поэтому последовательно воспользуемся соотношениями (3.2.7)-(3.2.25):

 

;

 

;

 

;

 

;

 

.

 

В данном каскаде имеется фильтрующая цепочка, образованная R_ф и С_ф, служащая для устранения паразитной ОС через источник питания. Рассчитаем значения R_ф и С_ф:

 

;

 

,

 

где f_н=D/2pТ_и, Т_и – длительность импульса.

 

;

 

;

 

.

 

Приведем значения всех элементов к существующим номиналам: R_э=330 Ом; R_б1=12 кОм; R_б2=5,6 кОм; R_ф=390 Ом; С_ф=33 мкФ.

 

.

 

Теперь можно найти входное сопротивление по (3.3.6):

 

.

 

Рассчитаем термостабилизацию, причем некоторые величины будем брать непосредственно из пункта 3.2.4:

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

.

 

Нестабильность тока коллектора входного каскада лежит в допустимых пределах.

 

Расчет регулировки усиления

 

Динамический диапазон входного сигнала, как следует из ТЗ, равен 15 дБ, а напряжение на выходе должно быть равным 1,2 В. Такие условия могут быть реализованы с помощью плавной регулировки усиления. Поскольку ТЗ содержит требование обеспечить входное сопротивление усилителя 50 Ом, то можно воспользоваться схемой плавной регулировки усиления, которая ставится на вход усилителя (рисунок 3.8).

 

 

Рисунок 3.8 – Схемой плавной регулировки усиления

 

 

В данной схеме потенциометр выберем из стандартного ряда близким к 50 Ом, то есть R_р=47 Ом. Входное сопротивление входного каскада во много раз больше, поэтому входное сопротивление усилителя будет определяться только сопротивлением потенциометра R_р.

Разделительный конденсатор С_р2 необходим, во-первых, чтобы не пропустить постоянную составляющую от предыдущего устройства (которым, например, может быть детектор), во-вторых, чтобы R_р не шунтировало по постоянному току базовый делитель, тем самым сохраняется положение рабочей точки.

Конденсатор С_р1 ставится для того, чтобы не изменить режим источника сигнала.

Постоянную времени верхних частот для этой цепи можно найти по формуле:

 

,

 

где R₁=R_i+R_р1, R₂=(R_вх×R_р2)/ (R_вх+R_р2).

 

Искажения в области верхних частот будут максимальными, если движок потенциометра находится в верхнем положении, то есть R_р1=0; R_р2=R_р. Учтем также, что R_вх>>R_р, тогда R₁=R_i; R₂=R_р;

 

;

 

.

 

Согласно (3.1.11):

 

.

 

Расчет устойчивости

 

Так как для различных каскадов многокаскадного усилителя обычно применяют один и тотже источник питания, то из-за наличия его внутреннего сопротивления R_п в усилителе возникают паразитные ОС, приводящие к самовозбуждению.

Для недопущения самовозбуждения необходимо, чтобы петлевое усиление было меньше еденицы: bК<1(если принять запас устойчивости в два раза, то bК<0,5. При уменьшении запаса устойчивости возможно увеличение неравномерности АЧХ и ФЧХ из-за увеличения глубины паразитной ПОС А_п).

Полагая, что неравномерность АЧХ усилителя возрастает приблизительно в А_п раз и, ограничившись неравномерностью АЧХ порядка 0,5дБ (1,06 раза), получаем допустимое петлевое усиление любой петли паразитной ОС bК<0,06.

Самым эффективным и достаточно простым способом, исключающим сложных стабилизированных источников питания явл применение развязывающих (устраняющих ОС) фильтров, состоящих из R_ф и С_ф и включаемых последовательно или параллельно источнику питания.

Переменная составляющая тока каскадов (преимущественно оконечного) создает на R_п переменную составляющую U_п, которая поступает в цепи питания предыдущих каскадов и тем самым замыкает сразу несколько петель паразитной ОС, что может привести к самовозбуждению.

В усилителе (см. схему электрическую принципиальной) опасной для самовозбуждения является петля “база VT1 – коллектор VT3 – база VT1”, так как напряжение паразитной ОС U_п поступает на вход в фазе с полезным сигналом. Определим петлевое усиление:

 

,

 

где K – коэффициент усиления всего усилителя, К₁ – коэффициент передачи “коллектор VT1 – шина питания”, К₂ – коэффициент передачи фильтра, К₃ – коэффициент передачи ”фильтр – база VT1”. Определим все параметры:

 

;

 

;

 

;

 

.

 

Тогда:

 

,

 

то есть усилитель устойчив.

 

Заключение

 

В результате проделанной работы получили схему, устойчиво работающую в диапазоне температур от +10°С до +40°С. Коэффициент усиления К=94, входное и выходное сопротивления усилителя R_вх=R_вых=50Ом, входная ёмкость С_вх=89пФ. Обеспечивается плавная регулировка усиления на 15дБ. Время установления усилителя t_у=26нс, переходная характеристика в области малых времен приведена на рисунке 3.9 (выброс d=0%). Результирующий спад выходного сигнала менее 5%.

ИМПУЛЬСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

 

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Аналоговые и радиоэлектронные устройства»

 

Выполнил

студент гр.128-1

________Абрамов П.В.

«»____________2001

 

 

Проверил:

доцент каф. РЗИ

_______Шарыгина Л.И.

«»_____________2001

 

 

Реферат

 

Курсовой проект 39 с., 10 рисунков, 12 таблиц, 4 источника, 2 приложения.

УСИЛИТЕЛЬ ИМПУЛЬСНЫЙ, КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ, ВРЕМЯ УСТАНОВЛЕНИЯ, СПАД ПЛОСКОЙ ВЕРШИНЫ, КАСКАД, КАСКОД, ПЛАВНАЯ РЕГУЛИРОВКА.

Цель работы – пректирование импульсного усилителя (кабельный усилитель), работающего на 50-ти омную нагрузку и имеющего входное и выходное сопротивления 50 Ом.

Курсовой проект выполнен с помощью математического пакета MathCad 2000. Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2000.

Содержание

 

1 Введение……………………………………………………………………….. 5

2 Выбор и расчет структурной схемы………………………………………….. 6

3 Основная часть………………………………………………………………… 8

3.1 Расчет оконечного каскада…………………………………………………. 8

3.1.1 Выбор транзистора………………………………………………………... 8

3.1.2 Расчет режима транзистора………………………………………………. 9

3.1.3 Расчет параметров каскада……………………………………………….. 11

3.2 Расчет предоконечного каскада……………………………………………. 14

3.2.1 Выбор транзистора…………………………………………………………14

3.2.2 Расчет режима транзистора………………………………………………. 15

3.2.3 Расчет параметров каскада……………………………………………….. 16

3.2.4 Расчет цепей питания и термостабилизации оконечного и

предоконечного каскадов..……………………………………………….. 18

3.3 Расчет входного каскада……………………………………………………. 24

3.3.1 Выбор транзистора………………………………………………………... 24

3.3.2 Расчет режима транзистора………………………………………………. 24

3.3.3 Расчет параметров каскада……………………………………………….. 25

3.3.4 Расчет цепей питания и термостабилизации входногого каскадов……. 27

3.4 Расчет регулировки усиления………………………………………………. 29

3.5 Расчет результирующих характеристик и оценка входной емкости…….. 30

3.6 Расчет усилителя в области больших времен (низких частот)……………31

3.7 Расчет частоты выброса на выходе эмиттерного повторителя (ЭП)…….. 32

3.8 Расчет устойчивости………………………………………………………… 33

3.9 Построение переходной характеристики………………………………….. 34

4 Заключение…………………………………………………………………….. 36

Список использованных источников…………………………………………... 37

РТФ КП.468731.001 ЭЗ Усилитель импульсный……………………………… 38

РТФ КП.468731.001 ПЭЗ Усилитель импульсный. Перечень элементов…… 39

Введение

 

Области использования импульсных усилителей (ИУ) весьма многообразны. Особенно широко ИУ применяются в радиотехнических устройствах, в системах автоматики и вычислительной технике, в приборах экспериментальной физики и в измерительных прецизионных приборах. Многообразие назначений усилителей порождает различия в требованиях, которым должен отвечать усилитель в том или ином случае.

Проектирование многокаскадного усилителя характеризуется в первую очередь тем, что решение не является однозначным. Общей задачей проектирования является отыскание наиболее простого, экономного решения. Сложность проектирования как раз и заключается в том, чтобы найти это относительно простое решение.

В данном проекте студентам предлагается ознакомится с существующими методами проектирования импульсных усилителей и провести типовой расчет.

Цель работы – проектирование кабельного усилителя с параметрами, заданными в техническом задании (ТЗ).

Выбор и расчет структурной схемы

 

Структурная схема многокаскадного усилителя приведена на рисунке 2.1.

 

Рисунок 2.1 — Структурная схема усилителя

 

Общий коэффициент усиления в децибелах всего усилителя определяется по формуле:

 

, (2.1)

 

где К - коэффициент усиления усилителя в дБ; К_i – коэффициент усиления i-го каскада, i=1..n, в дБ; n – число каскадов.

Для импульсного усилителя с временем нарастания порядка десятков наносекунд ориентировочно число каскадов можно определить, полагая в (2.1) все каскады одинаковыми с K_i=20 дБ, т.е.

 

.

 

Так как полярность сигнала на выходе может быть любой, то четность и нечетность количества каскадов не имеет значения. Определим число каскадов:

 

.

 

Тогда

 

.

 

Получили, что минимальное количество каскадов должно быть два. Учитывая возможный разброс параметров усилителя, коэффициента усиления, а также для обеспечения требования ТЗ примем n=3. Для многокаскадных ИУ результирующее время установления фронта равно:

 

, (2.2)

 

где t_увх.ц – время установления для входной цепи, t_yi – время установления для i-го каскада, n – количество каскадов.

Если результирующее установление фронта импульсадля ИУ напрямую не задано, то оно может быть определено из следующего соотношения:

 

, (2.3)

где t_увых – заданные искажения фронта выходного сигнала, t_увх – заданные искажения фронта входного сигнала.

Подставляя, получим:

 

 

Результирующая неравномерность вершины прямоугольного импульса равнасумме неравномерностей, образующихся за счет разделительных и блокировочных цепей:

 

, (2.4)

 

где D_i-неравномерность за счет i-й цепи, n – число цепей.

Основная часть

Расчет оконечного каскада

3.1.1 Выбор транзистора.

Выбор транзистора для оконечного каскада осуществляется с учетом следующих предельных параметров:

- граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ:

 

;

 

- предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер:

 

;

 

- предельно допустимого тока коллектора:

 

;

 

Пусть на оконечный каскад приходится половина искажения формы импульса создаваемая всем усилителем:

 

.

Верхняя граничная частота по уровню 0,707 определяется по формуле:

 

.

 

Получим численное значение:

 

.

 

Из ТЗ выходное сопротивление усилителя должно составлять 50 Ом, а так как оно определяется сопротивлением в цепи коллектора, то для оконечного каскада берем R_к=51 Ом. Сопротивление нагрузки по переменному току есть параллельное соединение сопротивления в цепи коллектора и сопротивления в цепи нагрузки:

 

. (3.1.2)

 

Получим

 

 

Тогда воспользовавшись соотношением I_вых=1,1U_вых/R_экв получим импульс тока с 10%-м запасом:

 

.

 

Учтем разброс сигнала по скважности (рисунок 3.1)

 

 

Рисунок 3.1 – К определению максимального значения импульса тока

 

Тогда

 

 

Таким образом для транзистора оконечного каскада должны выполняться следующие соотношения:

 

,

.

 

Находим необходимый транзистор по справочнику [2]. Этим требованиям отвечает транзистор КТ603Д. Он имеет следующие параметры:

- граничная частота транзистора f_Т=200 Мгц;

- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ h₂₁=20¸80;

- емкость коллекторного перехода С_к=15 пФ при напряжении на коллекторе U_к=10 В;

- постоянная времени цепи ОС на высокой частоте t_к=400 пс;

- максимальный ток коллектора I_кmax=300 мА;

- максимальное напряжение коллектор – эмиттер U_кэmax=10 В;

- обратный ток коллектора I_кобр=(1¸10)мкА (при Т_с=-40…+25°С), I_кобр=10мкА (при Т_с=85°С);

- максимальная мощность рассеиваемая на коллекторе Р_кmax=500 мВт.

 

3.1.2 Расчет режима транзистора.

Выходной каскад выполним по схеме реостатного каскада(рисунок 3.2).

 

Рисунок 3.2 – Схема выходного каскада

 

 

Выберем положение рабочей точки транзистора, используя его выходную и входную статические характеристики:

 

 

 

Рисунок 3.3 – Входная и выходная статические характеристики транзистора КТ603Д

 

Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке:

 

,

 

где U_н – напряжение начального нелинейного участка выходных статических характеристик транзистора U_н=(1…2)В.

 

.

 

Значение тока I_к0 выберем исходя из значения U_к0, а также из обеспечения требуемого импульса по току I_к0³40 мА. Значения U_б0 и I_б0 можно определить непосредственно по статическим характеристикам. Исходя из вышесказанного рабочая точка имеет следующие значения:

 

U_к0=4 В; I_к0=65 мА; U_б0=0,82 В; I_б0=1 мА.

 

Расчитаем предварительное значение напряжения источника питания. Оно сложится из падения напряжения на коллекторном переходе и падения напряжения на сопротивлениях коллекторной и эмиттерной цепей:

 

.

 

Напряжение на сопротивлении R_к:

 

.

 

Тогда

 

.

 

В существующем ряде напряжений источников питания имеется источник на 9В. Возьмем его в качестве питания будущего усилителя. Оставшаяся часть напряжения будет падать на R_э.

 

.

 

Постоянная мощность, рассеиваемая на коллекторе не должна превышать предельного значения взятого из справочника, а напряжение источника питания не должно превышать максимального напряжения коллектор-эмиттер.