 |
Расчет и проектирование импульсного усилителя
|
|
|
|
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
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 tу.
5. Расчет элементов стабилизации каскада по постоянному току.
6. Расчет вспомогательных цепей: Ср , Сэ.
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.
fT ≥ 3/ty ≥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 | |
| Uкэ мах , В | |
| fт , МГц | |
| Rпер-ср , *С/Вт |
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 Uкэ =70 В,Iк=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 ty 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 Rпс=150*С/Вт, определим максимальную и минимальную температуру перехода:
Получили превышение предельно допустимой температуры перехода для транзистора КТ611А tпmax=150 *С. В следствии чего необходимо поставить радиатор чтобы избежать сгорания транзистора.
Рассчитаем тепловое сопротивление и площадь радиатора:
Определим максимальную и минимальную температуру перехода с установленным радиатором:
Рассчитаем :
Теперь определим изменение напряжения база эмиттер в зависимости от изменения температуры.
Определим по графику. Рис. 4.
Рис. 4 Зависимость обратного тока коллектора от температуры.
Найдем 
и 
:
 |
Здесь N - коэффициент нестабильности, для выходного каскада его принимают равным N=0.15.
Найдем сопротивлении базы:
Теперь определим и .
и 
Определим ток делителя:
6. Расчет вспомогательных цепей.
Найдём спад плоской вершины и сравним с заданным:
Получили превышения спада плоской вершины на заданными 4%.
Для того чтобы скорректировать спад введем в схему фильтр:
 |
7 Расчет входного сопротивления и входной емкости каскада.
11. Расчет мощностей рассеиваемых на резисторах и напряжений действующих на конденсаторах.
Определим мощность рассеиваемой на резисторах.
Результат расчета приведен в таблице 4.
Таблица 4.
| Резистор | Рассеиваемая мощность Вт | Мощность Вт |
| R1 | 
| |
| R2 | 
| 0,125 |
| R3 | 
| 0,5 |
| R4 | 
| 0,125 |
| R5 | 
| 0,25 |
| R6 | 
| 0,25 |
|
|
|
 |
Приложение 2.
Перечень элементов вошедших в принципиальную схему.
| Поз. обозначение | Наименование | Кол. | Примечание |
| Резисторы | |||
| R1 | МЛТ-1-4 кОм 5% | ||
| R2 | МЛТ-0.125-1,2 кОм 5% | ||
| R3 | МЛТ-0.5-11.6 кОм 5% | ||
| R4 | МЛТ-0.125-15 Ом 5% | ||
| R5 | МЛТ-0.25-3.8 кОм 5% | ||
| R6 | МЛТ-0.25-3,8 кОм 5% | ||
| Конденсаторы | |||
| С1 | К10-17б Н90-71пФ | ||
| С2 | К50-16-6.3-50мкФ | ||
| С3,С4 | К10-17б Н90-0.47мкФ | ||
| Транзисторы | |||
| VT1 | КТ611А | ||
 |
Список литературы.
1) Варшавер Б. А. Расчёт и проектирование импульсных усилителей. Учебное пособие для вузов. Издание 2-е, дополненное М., “Высшая школа”, 1975.
2) Остапенко Г. С. Усилительные устройства. Учебное пособие для высших учебных заведений. М.,"Радио и связь", 1989.
3) Усилительные устройства. Методическое руководство к курсовому проектированию для студентов Ш-1V курсов радиотехнического факультета. Новосибирск 1981.
4) Аналоговые электронные устройства. Практикум для студентов III курса радиотехнического факультета. Часть I. Новосибирск 1991.
5) Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Под ред. Б.Л.Перельмана М.,1981.
6) Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник. Под ред. Н.Н.Горюнова. М.,1986г.
7) Петухов В. М. Справочник. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности. Справочник. М.,"КУбК",1997.
8) Полупроводниковые приборы: транзисторы средней и большой мощности. Справочник. Под. ред. А. В. Голомедова. М.,"Радио и связь", 1989.
|
|
|
