Усилитель импульсный

1.1 Структурная схема усилителя

Для обеспечения требуемого коэффициента усиления равного 30 дБ и одинаковой полярности сигнала на входе и выходе примем число каскадов усилителя равное 2, каждый каскад вносит свой вклад в усиление. Также входной отвечает за обеспечение одинаковой полярности входного и выходного сигналов.

Структурная схема усилителя, приведенная на рисунке 2.1, содержит кроме усилительных каскадов источник сигнала и нагрузку.

Рисунок 2.1 - Структурная схема усилителя

1.2 Расчет выходного каскада

Рассчитаем рабочую точку двумя способами:

1. При использовании активного сопротивления Rк в цепи коллектора.

2. При использовании дросселя в цепи коллектора.

1. Рассчитаем рабочую точку при использовании активного сопротивления Rк в цепи коллектора [2].

Рисунок 2.2 - Каскад с активным сопротивлением в цепи коллектора.

Расчеты производятся при условии, что:

, ;

;

;(2.2.1)

;

;

Рассчитаем ток рабочей точки:

;(2.2.2)

Для ИУ однополярных сигналов с большой скважностью:

;(2.2.3)

Постоянная мощность, рассеиваемая на коллекторе:

;(2.2.4)

Мощность, рассеиваемая на :

;(2.2.5)

Требуемое значение напряжения источника питания для рассмотренных выше случаев равно:

;(2.2.6)

Потребляемая мощность:

;(2.2.7)

Выходная мощность:

;(2.2.8)

Коэффициент полезного действия:

;(2.2.9)

Пусть, .

Найдем по формуле (2.2.1):

.

Рассчитаем рабочую точку по формулам (2.2.2) и (2.2.3):

;

Т.к. оказываются значительно меньше аналогичных справочных значений для маломощных транзисторов, то положим .

;

Определим по (2.2.6):

;

Найдём потребляемую мощность, мощность, рассеиваемую на коллекторе, выходную мощность и мощность, рассеиваемая на Rк по формулам (2.2.7), (2.2.4), (2.2.8) и (2.2.5) соответственно:

;

;

;

.

Из формулы (2.2.9) находим КПД:

.

2. Рассчитаем рабочую точку при использовании дросселя в цепи коллектора [2].

Рисунок 2.3 - Каскад с дросселем в цепи коллектора.

Пусть,

, т.к. сопротивление дросселя по переменному току .

Рассчитаем рабочую точку по формулам (2.2.2) и (2.2.3):

.

Т.к. оказываются значительно меньше аналогичных справочных значений для маломощных транзисторов, то положим .

;

Найдем Еп по формуле (2.2.6) с учетом того, что сопротивление дросселя по постоянному току :

.

Найдём потребляемую мощность, мощность, рассеиваемую на коллекторе и выходную мощность (2.2.7), (2.2.4) и (2.2.8) соответственно:

;

;

.

Из формулы (2.2.9) находим КПД:

.

Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Результаты расчетов рабочей точки двумя способами

Для данного курсового задания выберем резистивный каскад.

1.2.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора для оконечного каскада осуществляется с учетом следующих предельных параметров [2]:

;

;

;

,

где - верхняя граничная частота

.

Этим требованиям полностью соответствует транзистор 2T607A-4.

Его основные технические характеристики приведены ниже [3].

Электрические параметры:

Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ;

Постоянная времени цепи обратной связи при ;

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ;

Ёмкость коллекторного перехода при .

Предельные эксплуатационные данные:

Постоянное напряжение коллектор-эмиттер ;

Постоянный ток коллектора ;

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора .

1.2.3 Расчет эквивалентной схемы транзистора

Многочисленные исследования показывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазоне частот удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная эквивалентная схема - схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 2.4 [1].

Рисунок 2.4 - Эквивалентная схема Джиаколетто

Значения элементов схемы Джиаколетто могут быть рассчитаны по паспортным данным транзистора по следующим формулам:

(2.2.10)

где U_кэо - справочное или паспортное значение напряжения;

U_кэо - требуемое значение напряжения.

;(2.2.11)

;(2.2.12)

;(2.2.13)

;(2.2.14)

;(2.2.15)

;(2.2.16)

;(2.2.17)

где - ток эмиттера в рабочей точке в миллиамперах;

.

Получим следующие значения:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Перейдем к однонаправленной модели.

Схема однонаправленной модели транзистора приведена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Однонаправленная модель

Значения элементов схемы замещения, приведенной на рисунке 2.5, могут быть рассчитаны по следующим формулам:

;(2.2.18)

.(2.2.19)

Расчет некорректированного каскада:

;(2.2.20)

;(2.2.21)

;(2.2.22)

;

;(2.2.23)

.(2.2.24)

Подставив соответствующие значения параметров элементов, получим:

;

;

;

Расчет некорректированного каскада:

;

;

;

;

;

;

.

Видно, что время установления получилось небольшим, следовательно, выходной каскад можно использовать без какой-либо коррекции.

1.2.4 Расчёт цепи термостабилизации

Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрим эмиттерную термостабилизацию.

1.2.4.1 Эмиттерная термостабилизация

Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Схема эмиттерной термостабилизации

Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть ), также U_бэ0 примем за 0,7(В) затем производим следующий расчёт:

импульсный усилитель транзистор эмиттерный

;(2.2.25)

;(2.2.26)

;(2.2.27)

;(2.2.28)

;(2.2.29)

;(2.2.30)

;(2.2.31)

.(2.2.32)

В результате расчетов получим:

;

;

;

;

;

;

;

.

1.3 Расчет входного каскада