Розрахнок імпульсного підсилювача

РЕФЕРАТ

Курсова робота 25 с., 2 ил., 3 джерела.

У роботі розрахований підсилювач імпульсних сигналів на транзисторах. Вибрані транзистори і прийнята схема забезпечують отримання заданих параметрів без застосування високочастотної корекції. Кількість підсилювальних каскадів є оптимальною з технічних і економічних міркувань. Графічна і аналітична частини рахунку проілюстровані

Ключові слова: ІМПУЛЬС, ПІДСИЛЮВАЛЬНИЙ КАСКАД, РЕЖИМ, ЧАС ВСТАНОВЛЕННЯ, ВИКИД, СПАД СМУЖКОЮ ВЕРШИНИ.

ЗМІСТ

Введення

1. Структурна схема імпульсного підсилювача й загальний порядок його проектування

2. Вибір типу транзистора для вихідного і попередніх каскадів підсилювача і визначення його основних розрахункових параметрів.

3. Вибір режиму і розрахунок вихідного каскаду

4. Розрахунок схеми температурної стабілізації робочої крапки транзистора попереднього каскаду.

5. Розрахунок вхідного ланцюга

6. Визначення числа попередніх каскадів

7. Визначення основних першого і другого каскадів

8. Розрахунок допоміжних ланцюгів

Висновок

Перелік використаної літератури

Введення

Імпульсні підсилювачі мають вельми численні області застосування. Найширше застосування вони знайшли в радіотехнічних пристроях, в системах автоматики і обчислювальній техніці, в приладах експериментальної фізики і в техніці зв'язку.

Проектування багатокаскадних імпульсних підсилювачів характеризується тим, що при цьому можуть ухвалюватися неоднозначні рішення. У зв'язку з цим виникає завдання вибору оптимального варіанту . Загальним завданням проектування є відшукання найбільш простого економічного рішення.

Розвиток і вдосконалення напівпровідникових приладів, підвищення верхньої межі частотного діапазону, в якому вони можуть використовуватися, зробив можливим конструювання імпульсних підсилювачів з раніше недоступним параметрами.

Розвиток інтегральної схематики дозволяє усунути такі недоліки транзисторів, як великий розкид параметрів, компенсувати в інтегральній мікросхемі вплив температури навколишнього середовища, мінімізувати вплив ємкостей монтажу, зменшити габарити і вартість підсилювача в цілому.

1. Структурна схема імпульсного підсилювача й загальний порядок його проектування

Структурна схема імпульсного підсилювача сигналів на мал.1

Мал. 1 Структурна схема імпульсного підсилювача сигналів

1 - вхідний каскад;

2, (n-1) - проміжні каскади;

n - вихідний каскад.

Блок попереднього посилення включає вхідний (перший) каскад, а також проміжні каскади. У загальному випадку блок попереднього посилення може містити як окремі каскади, так і підсилювальні секції.

Параметри вхідного ланцюга залежить від даних вихідного (внутрішнього) опору джерела сигналу Zr і даних вхідного опору першого каскаду. Його вхідний опір залежить від вибору активного елемента й схеми його включення, а також від наявності або відсутності ланцюга негативного зворотного зв'язку, що охоплює перший каскад. Відносно вхідного ланцюга прийнятним вважається таке рішення, при якому коефіцієнт передачі вхідного ланцюга був би по можливості ближче до одиниці, а час наростання фронту імпульсу було б менше або не привищувало часу встановлення попереднього каскаду посилення .

Вхідний каскад здійснює зв'язок підсилювача з навантаженням. Розрахунок вихідного каскаду й вибір режиму його роботи, на відміну від інших каскадів, зв'язаний з наступними особливостями :

1. Необхідністю одержання на даному опорі навантаження підсилювача імпульсу напруги певною амплітудою й полярності;

2. Необхідністю максимально використати можливості активного елемента, оскільки цьому в більшості випадків відповідає економічні найбільш вигідні рішення;

3. Необхідності вибрати схему каскаду й режим активного елемента по постійному й змінному струмах так, щоб час установлення у вихідному каскаді при припустимому в сплеску не склало б занадто великої частини загального часу встановлення підсилювача (бажано не більше 60%), так інакше треба була б велика кількість каскадів у блоці попереднього посилення, а так само ускладнилася б схема каскадів.

Попереднє посилення звичайно виконується на однакових каскадах. При однакових каскадах можна більш точно визначити основні параметри блоку попереднього посилення (коефіцієнт підсилення, час установлення фронту імпульсу й викиду) навіть тоді, коли сплеск перехідної характеристики значний .

2. Вибір типу транзистора для вихідного і попередніх каскадів підсилювача і визначення його основних розрахункових параметрів.

Транзистор для вихідного каскаду вибираємо виходячи із заданої амплітуди імпульсу напруги на навантаженні підсилювача і часу

встановлення підсилювача ( мкс ). З урахуванням того, що кремнієві транзистори мають кращу температурну стабільність параметрів обираємо з довідника [2,3] транзистор КТ368А.

Параметри транзистора:

По вхідних характеристиках транзистора КТ368А у крапці, відповідною режиму ; , що відповідає струму бази знаходимо и . Знаходимо параметри:

См

Умова перевірки вибраного транзистора на відповідність заданим параметрам підсилювача

Для транзистора КТ368А гранична частота посилення , отже даний транзистор підходить для використання в підсилювачі.

3. Вибір режиму і розрахунок вихідного каскаду.

Режим вихідного каскаду вибираємо за допомогою вхідної і вихідної характеристик .

Враховуючи що підсилювач має ємкісне навантаження, опір навантаження по змінному струму буде визначаться тільки опором у ланцюзі колектора [1].

Обираємо положене робочої крапки при , що відповідає струму бази . При цьому робоча крапка буде розташована спочатку вигину вхідної характеристики (крапка а на мал. 2а) при . Через робочу крапку з крапки проводимо пряму навантаження для постійного струму (статичну лінію навантаження). Її нахил відповідає загальному опору постійному струму в ланцюгах емітера, рівному:

де струм, соответсвующий точці перетину прямої навантаження з віссю ординат.

Нахил прямого навантаження для змінного струму обираємо струм, щоб при заданій амплітуді імпульсу на виході підсилювача ( ) транзистора використовувався б досить добрі по струму і напряжениюс обліком зсуву робочою точки при зміні температури. При цьому година встановлення вихідного каскаду буде близький до мінімального.

Визначимо опір резистора по нахилу прямої навантаження для змінного струму

де - напруга і струм, відповідні точкам перетину прямої навантаження для змінного струму з осями координат.

Визначимо опір резистора в ланцюзі емітера ( осередок, що фільтрує, в ланцюзі колектора транзистора вихідного каскаду не передбачаємо ):

Приймаємо стандартні значення опорів резисторів [3]

Потужність, що розсіюється на резисторі

Потужність яка виділяється на резисторі буде свідомо менше.

Приймаємо резистори и резистори типу МЛТ-0,125 з допуском ± 5%.

Знаходимо коефіцієнт посилення вихідного каскаду, заздалегідь визначивши по вхідній характеристиці амплітуду імпульсу на його вході.

Обираємо схему температурної стабілізації робочої крапки з негативно зворотнім зв'язком по струму ( емітерну схему стабілізації ). Допустима зміна струму колектора ? приймаємо рівним 0,1 мА.

Беручи до уваги, що для транзистора КТ368А при t = 20° C зворотній струм колектора , оприділяе зміна зворотного струму коллектора по таблиці 3.1 при заданій можливій зміні температури навколишнього середовища.

?°= 60°°=40°

?

Знаходимо коефіцієнт нестабільності.

Визначимо коефіцієнт посилення по струму , вхідний опір схеми стабілізації робочої крапки, опір резисторів ділиться в ланцюзі бази струм дільника.

При цьому використовуємо дані, отримані при виборі режиму транзистора: .

Приймаємо стандартне значення сопртивления резистроа рівне 1,5 кОМ.

Приймаємо стандартне значення сопртивления резистроа рівне 20 кОм.

Струм дільника:

Проведемо перевірку того, що каскад можна выполнисть некоректованим. Для цього проведемо перерахунок параметрів транзистора, відповідних середині робочої ділянки лінії навантаження (крапка «с») к початку лінії навантаження (крапка «а»).

Для цього визначимо середні величини струмів і напруги.

Параметри транзистора, визначені раніше і відповідають и . Нові розрахункові значення параметрів:

де Е_спр=5В - режим вимірювання Ск по довіднику .

Визначимо постійні часу.

де

Знаходимо еквівалентну постійну часу.

Разрахуємо час встановлення:

Оскільки час встановлення опинився менше ніж , корекцию у вихідний каскад можна не вводити.

4. Розрахунок схеми температурної стабилизации робочої точки транзистора попереднього каскаду.

Для роботи в попередньому каскаді вибираємо транзистор типу КТ368А у режимі ( крапка «а» на вхідній ивыходной характеристиках).

Загальний опір в ланцюзі емітера і колектора транзистора попереднього каскаду.

Задамося опором резистора в ланцюзі емітера рівним 150 Ом.

Опір у колекторному ланцюгу:

де опір у колекторному ланцюгу

опір ланцюгу, що фільтрує.

Допустиму зміну струму колектора приймаємо рівним 0,1 мА.

Визначимо коефіцієнт нестабільності:

Вхідний опір схеми стабілізації робочої крапки:

Опір резисторів дільника в ланцюзі бази транзистора:

Приймаємо найближчі стандартні значення опорів резисторів

Струм дільника:

5. Розрахунок вхідного ланцюга

При розрахунку вхідного ланцюга вважаємо, що навантаженням джерела сигналу є вхідна провідність каскаду, не охопленого ланцюгом отритцательной зворотного зв'язку. (§4.1 ).

Визначаємо еквівалентний опір :

Коефіцієнт передачі вхідному ланцюгу:

Визначимо постійну часу, орієнтовано припустимо коефіцієнт посилення першого каскаду рівним 12.

Еквівалентна постійна часу:

Час встановлення імпульсу у вхідному ланцюзі:

6. Визначення числа попередніх каскадів.

Число попередніх каскадів визначаємо згідно методиці, викладеної в (§2.3 ).

Знаходимо час встановлення і коефіцієнт посилення попередніх каскадів:



Визначуваний коефіцієнт D:

D

Знаходимо ординату визначальної крапки:

На графіку мал.2.7 координатам и відповідає крапка, лежача між лініями з числом каскадів n=1 и n=2. Отже, якщо попередні каскади посилення виконати без корекції, то їх число повинне бути рівне двом.

Враховуючи, що передкрайовий каскад випробовує значне навантаження у зв'язку з великим коефіцієнтом посилення вихідного каскаду приймаємо число каскадів n=2.

Коефіцієнт посилення одного каскаду:

Орієнтовний час встановлення каскаду повинен бути:

7.Визначення основних параметрів першого і другого каскадів.

Визначимо основні параметри передкінечного каскаду за відсутності корекції.

Еквівалентний опір:

Опір колекторного навантаження:

Приймаємо стандартне значееня R_к =160 Ом.

Знаходим постійні часу:

Час встановлення:

Час встановлення не перевищує розрахункового максимального значення, тому корекцію вводити немає необхідності.

При розрахунку першого та другого некоректованого каскаду враховуємо, що еквівалентний опір у нього таке-ж, як і у другого, оскільки коефіцієнт посилення їх однаковий.

Знаходимо постійні часу першого та другого каскаду:

Визначаємо еквівалентну постійну часу:

Разраховуваємо час встановлення першого каскаду:

Виходячи з формули еквівалентного опору визначаємо опір резистора в ланцюзі колектора:

Приймаємо стандартне значення

У зв'язку з відсутністю в схемі посилення корректиующих ланцюгів викривлення підсилюваного імпульсу у вигляді викиду відсутні, тобто вимоги завдання в цій частині задовольняються.

Фактичний час встановлення всього підсилювача:

Розрахунок виявив, що вимоги до основних параметрів каскадів підсилювача задовольняються. Фактичний час встановлення фронту імпульсу менш заданого.

8. Розрахунок допоміжних ланцюгів.

Розрахунок основних параметрів вхідного і попереднього каскаду виявив, що опір у першому і в другому каскадах менше загального опору в ланцюзі колектора кожного каскаду. Тому в цих каскадах передбачаємо осередки, що фільтрують, в ланцюгах колекторів.

Опір осередку, що фільтрує:

Приймаємо найближче стандартне значення опір

Згідно рекомендаціям [1] ємкість конденсаторів зв'язку вибирається у межах 0,1…1,0 мкФ. А ємкість конденсаторів в ланцюгах емітерів в інтервалі 5…50 мкФ.

Обираємо наступні значення ємкостей і типи конденсаторів.

Конденсатори зв'язку:C_c = 1 мкФ тип К73-17[4].

Конденсатори в ланцюгах емітерів:C_e = 50 мкФ тип К52-40.

Визначимо спад смужкою часу імпульсу за рахунок ланцюгів зв'язку.

Вхідний ланцюг:

Перший, другий та третій каскади:

де

Спад смужкою вершини імпульсу за рахунок ємкостей в ланцюгах емітерів у все каскадах однаковий і складає:

Загальний спад смужкою вершини імпульсу викликаний ланцюгами зв'язку і ланцюгами емітера.

Спад смужкою вершини імпульсу перевищує заданого значення ?=3%. Фактичний спад смужкою вершини імпульсу буде менше за рахунок ланцюга осередки, що фільтрує ( що коректує ), в ланцюзі колектора.

Задамося величиною підйому смужкою вершини імпульсу і визначимо ємкість :

Приймаємо в якості конденсатор типу К50-40= 6,8 мкФ з робочою напругою 15 В.

Всі вимоги, пред'явлені до підсилювачавиконані.

Розрахунок закінчений.

Висновок

У роботі виконаний розрахунок імпульсного підсилювача. Завданням проэктирования було відшукання найбільш простого економного рішення, що дозволяє одержати необхідні параметри підсилювача при наименшій його вартості й витраті комплектуючих елементів.

При виборі підсилювального елемента перевага віддавалася кремінним транзисторам через їх більш високу температурну стабільність, а параметри транзисторів, що мають розкид, бралися в розрахунок у їхньому гіршому варіанті, що дозволяє проводити заміну транзистора без погіршення параметрів підсилювача в цілому.

Перелік використаної літератури

1. Варшавер Б.А. Расчет и проектирование импульсных усилителей. Высшая школа, М:, 1975-287 с.

2. Лавриненко В.Ю. справочник по полупроводниковым приборам. Техника, К:, 1984-423 с.

3. Справочная книга радиолюбителя-конструктора. Под ред. Чистякова А.С. Радио и связь, М:, 1990-623 с.

4. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник/ К. М. Брежнева, Е. И. Гантман, Т. И. Давыдова и др. Под ред. Б. Л. Перельмана. - М.: Радто и связь, 1981-656 с.