Импульсный усилительный каскад

 

Содержание пояснительной записки

      Задание на проектирование…………………………….…………….………………………………….….…3

Ведение…….………………….…………………………...............................................................................................5

1. Расчет выходного каскада……………………………..……………………………………………………........6
1. .Выбор транзистора в выходном каскаде…………….……..…………………...………………...…..6
2. .Выбор режима работы выходного каскада по постоянному и переменному току..8
3. .Расчет выходного каскада по постоянному и переменному току, включающий расчет элементов задания и стабилизации режима..…………………….………………….……......10
4. .Определение низкочастотных и высокочастотных параметров транзистора выходного каскада в средней точке…….…………………………………………….…………………………....14
5. .Расчет коэффициента усиления и времени установления выходного каскада.…..16
6. .Окончательный расчет выходного каскада с учетом введенных цепей обратной связи или коррекции…………………………………….…….…………………………….…………………………….17
7. .Определение входного сопротивления и входной емкости выходного каскада…...21
2. Расчет предварительных каскадов………..…………………………………….………………..………….22
1. .Выбор транзистора для предварительных каскадов..……………….…………………......….22
2. .Выбор режима работы транзисторов в каскадах предварительного усиления…24
3. .Определение параметров  транзистора в рабочей точке…….……………………………............................................................................................................................26
4. .Определение количества предварительных каскадов …………..…………………..………….27
3. Расчет первого предварительного каскада по постоянному и переменному току…………………………………………………………………………………………………………….…………………....29
1. .Расчет элементов стабилизации первого предварительного каскада ………………………………………………………………………………………………………………………..…………….29
2. .Расчет времени установления первого предварительного каскада…………………….33
3. .Определение входного сопротивления и входной емкости первого предварительного каскада……………….………………………………………………………………………….…36
4. Расчет второго предварительного каскада по постоянному и переменному току……...........................................................................................................................................................................37
1. .Расчет элементов стабилизации второго предварительного каскада…………...…37
2. .Расчет времени установления второго предварительного каскада………...........…..38

4.3 Определение входного сопротивления и входной емкости второго предварительного каскада…..……………………………………..………………………………………………….………………….……...39

5. Расчет входного каскада………………………………………………………………………….…………………..41
1. .Расчёт времени установления входного каскада………………………………………………….41
2. .Расчёт входного сопротивления и входной ёмкости входного каскада………………41
6. Расчет вспомогательных цепей…………………………………………………………………..................43
7. Расчет мощностей, рассеиваемых на резисторах,  напряжений, действующих на конденсаторах, и токов протекающих через катушки индуктивности……………..45

Заключение………………………………………………………………………………………………….……………47

Список  использованной литературы……………………………………………………………….48

Приложение 1………………………………………………………………………………………………….……49

Приложение 2……………………………………………………………………………………………………….50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание на проектирование.

 Рассчитать и спроектировать  импульсный усилитель, отвечающий  основным требованиям, представленным  в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики разрабатываемого усилителя.

 

Наименование параметра	Обозначение	Величина
Амплитудаимпульса напряжения на нагрузке	U2m, [В]	55
Амплитуда импульса напряжения на входе усилителя	U1m, [мВ]	15
Длительность импульса	tu, [мкс]	6
Время установления	tу, [мкс]	≤0,3
Частота повторения импульсов	F, [кГц]	2,6
Спад плоской вершиныимпульса	D,[%]	≤3%
Температура окружающей среды:	tс. max, [] tс. min, []	+45        -10
Выброс переходной характеристики	d,[%]	≤3,5
Входное сопротивление усилителя	Rвх, [кОм]	≥1,5
Тип нагрузки – активная	RН, [Ом]	1200

Исходя из технических характеристик разрабатываемого усилителя, выбрать транзистор в выходной каскад по граничной частоте, максимальному напряжению коллектор-эмиттер и максимальному току коллектора.

1. Исходя из технических характеристик разрабатываемого усилителя, выбрать транзистор в выходной каскад по граничной частоте, максимальному напряжению коллектор-эмиттер и максимальному току коллектора.

2. Выбрать режим работы транзистора выходного каскада по постоянному току и рассчитать элементы, обеспечивающие стабилизацию этого режима.

3. Рассчитать выходной каскад по постоянному и переменному току.

4. Определить низкочастотные (g11, g12, g21, g22) и высокочастотные (rБ, СК, τ) параметры транзистора выходного каскада в средней точке, соответствующей половине импульса коллекторного тока.

5. Рассчитать коэффициент усиления и время установления выходного каскада.

6. Окончательно рассчитать выходной каскад по переменному току с учетом введенных цепей обратной связи и коррекции.

7. Определить входное сопротивление и входную емкость выходного каскада, т.е. определить параметры нагрузки, на которую будет работать предвыходной каскад.

8. Выбрать транзистор для каскадов предварительного усиления по граничной частоте, максимальному напряжению коллектор-эмиттер и максимальному току коллектора.

9. Выбрать режим работы транзисторов в каскадах предварительного усиления.

10. Определить высокочастотные и низкочастотные параметры транзисторов предвыходных каскадов в рабочей точке.

11. Определить количество каскадов предварительного усиления.

12. Полностью рассчитать каскады предварительного усилению по постоянному и переменному току, аналогично расчету выходного каскада.

13. Выбор схемы входного каскада в зависимости от требуемого входного сопротивления усилителя.

14. Выбор режима работы транзистора в входном каскаде.

15. Рассчитать элементы стабилизации, время установления, входное сопротивление и входную емкость входного каскада.

16. Рассчитать вспомогательные цепи: фильтры питания, разделительные и блокировочные конденсаторы.

17. Определить суммарные параметры усилителя и сравнить их с техническим заданием.

18. Рассчитать мощности, рассеиваемые на резисторах, напряжения, действующие на конденсаторы, и токи, протекающие через катушки индуктивности. Выбрать типы этих элементов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Курсовое проектирование по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств» заключается в разработке и полном расчете электрической схемы усилителя импульсных сигналов с последующим моделированием разработанной схемы в программе схемотехнического моделирования MicroCap.

Области использования импульсных усилителей весьма многочисленны. Особенно широко импульсные усилители применяются в радиотехнических устройствах, в системах автоматики и вычислительной техники, в приборах экспериментальной физики и в измерительных  приборах.

Проектирование многокаскадного усилителя характеризуется в первую очередью тем, что решение не является однозначным. В связи с этим возникает задача выбора оптимального варианта. При проектировании всегда возникает вопрос между качеством и ценой. Нам необходимо достичь оптимального варианта.

Общей задачей проектирования является отыскание наиболее экономичного решения. Сложность проектирования как раз и заключается в том, чтобы найти это относительно простое решение.

При проектировании усилителя задачу следует рассматривать как частную, подчинив ее общей задаче – выполнению технических требований к усилителю в целом. Поэтому рационально, исходя из общих технических требований, формулировать частные технические требования к отдельным каскадам усилителя или к усилительным секциям и вести их расчет на основании этих частных условий, которые должны находиться в определенной связи друг с другом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет выходного каскада.
1. Выбор транзистора в выходном каскаде.

Выбор типа биполярного транзистора для выходного каскада осуществляется по трем основным параметрам:

1. По граничной частоте транзистора ():

 

2. По максимальному допустимому напряжению коллектор– эмиттер транзистора ():

,

где – коэффициент запаса; – минимальное напряжение на нагрузке. Для нашего транзистора выберем и .

.

3. По максимальному току коллектора транзистора ( ):

,

где – импульс тока коллектора; - импульс тока в нагрузке; – коэффициент, учитывающий наличие в каскаде активной коллекторной нагрузки .

Величина импульса тока в нагрузке для активной нагрузки рассчитывается по формуле: .

Возьмем и коэффициент запаса , т.к. (), ( ) и ( ͦC), тогда максимальный ток коллектора равен:                                     .

..

Этим требованиям отвечает транзистор MJE253 структуры p-n-p. Данный транзистор имеет необходимые  характеристики для работы в выходном каскаде. Данный транзистор имеет большой  запас по току и напряжению и необходимый запас по граничной частоте. Этот транзистор обеспечивает малое время установления при большом усилении, что дает возможность сократить число каскадов в усилителе и этим уменьшить его стоимость и массогабаритные показатели. Особенно важна малая емкость коллектора и малый обратный ток коллекторного перехода для уменьшения входной емкости и, соответственно, количества каскадов, нагрузки на предвыходной каскад. Перечень основных параметров транзистора приведен в таблице 2 (см. ниже).

 

Таблица 2. Основные электрические параметры транзистора MJE253.

Расшифровка обозначения	Обозначение	Величина
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером	,[MГц]	40
Максимальный ток коллектора	, [А]	4
Максимальный импульсный ток коллектора	, [A]	8
Максимальное напряжение коллектор – эмиттер	,[В]	100
Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе		15
Распределенное сопротивление базы	, [Ом]	15
Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте в схеме с ОЭ		2,1
Емкость коллекторного перехода при напряжении	, []
Входная проводимость в схеме с ОЭ на низкой частоте	,[мСм]	110
Проводимость прямой передачи в схеме с ОЭ на низкой частоте	,[]	5,3
Выходная проводимость в схеме с ОЭ на низкой частоте	,[мСм]	1,6
Минимальное значение статического коэффициента передачи тока базы в схеме с ОЭ		40
Максимальное значение статического коэффициента передачи тока базы в схеме с ОЭ		180
Обратный ток коллекторного перехода при температуре 25…60	,[мкА]	1
Тепловое сопротивление переход – корпус	,[]	8,34
Тепловое сопротивление корпус – среда	, []	80
Максимальная температура перехода	, []	150