Емкость коллекторного перехода
2 пФ
Сэ
Емкость эмиттерного перехода
4 пФ
Fт
Граничная частота транзистора
300 МГц
Βо
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ
100
Tо
Температура окружающей среды
25оС
Iк
Постоянный ток коллектора
25 мА
Тперmax
Температура перехода
448 К
Pрас
Постоянная рассеиваемая мощность (без теплоотвода)
0,26 Вт
Рассчитаем параметры эквивалентной схемы для данного транзистора используя формулы 5.1 - 5.13.
Ск(треб)=Ск(пасп)*=2×=1,41 (пФ), где
Ск(треб)-ёмкость коллекторного перехода при заданном Uкэ0,
Ск(пасп)-справочное значение ёмкости коллектора при Uкэ(пасп).
rб= =17,7 (Ом); gб==0,057 (Cм), где
rб-сопротивление базы,
-справочное значение постоянной цепи обратной связи.
rэ= ==6,54 (Ом), где
Iк0 в мА,
rэ-сопротивление эмитера.
gбэ===1,51(мСм), где
gбэ-проводимость база-эмитер,
-справочное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.
Cэ===0,803 (пФ), где
Cэ-ёмкость эмиттера,
fт-справочное значение граничной частоты транзистора при которой =1
Ri= =1000 (Ом), где
Ri-выходное сопротивление транзистора,
Uкэ0(доп), Iк0(доп)-соответственно паспортные значения допустимого напряжения на коллекторе и постоянной составляющей тока коллектора.
gi=1(мСм).
(Ом) (7.1)
(7.2)
– входное сопротивление и входная емкость нагружающего каскада.
(7.3)
(См)
- верхняя граничная частота при условии что на каждый каскад приходится по 0,75 дБ искажений. Желательно ввести коррекцию.
7.1.1 Расчет высокочастотной индуктивной коррекции
Схема высокочастотной индуктивной коррекции представлена на рисунке 7.2.
Рисунок 7.2 - Схема высокочастотной индуктивной коррекции
промежуточного каскада
Высокочастотная индуктивная коррекция вводится для коррекции искажений АЧХ вносимых транзистором. Корректирующий эффект в схеме достигается за счет возрастания сопротивления коллекторной цепи с ростом частоты усиливаемого сигнала и компенсации, благодаря этому, шунтирующего действия выходной емкости транзистора.
Расчетные формулы:
,
,
где ;
;
При неизменном Rк коэффициент усиления не будет изменятся.
;
τ ,τв и S0 рассчитываются по 5.7, 5.8, 5.9.
(Гн)
с
= - верхняя граничная частота корректированного каскада при условии что на каждый каскад приходится по 0,75 дБ искажений.
7.1.2 Расчет схемы термостабилизации
Используем эмиттерную стабилизация поскольку был выбран маломощный транзистор, кроме того эмиттерная стабилизация уже применяется в рассчитываемом усилителе. Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 4.1.
Порядок расчета:
1. Выберем напряжение эмиттера , ток делителя и напряжение питания ;
2. Затем рассчитаем .
Напряжение эмиттера выбирается равным порядка . Выберем .
Ток делителя выбирается равным , где - базовый ток транзистора и вычисляется по формуле:
(мА);
Тогда:
мА
Напряжение питания рассчитывается по формуле: (В)
Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:
(Ом);
(кОм);
(кОм);
В диапазоне температур от 0 до 50 градусов для рассчитанной подобным образом схемы, результирующий уход тока покоя транзистора, как правило, не превышает (10-15)%, то есть схема имеет вполне приемлемую стабилизацию.
7.2 Транзистор VT1
В качестве транзистора VT1 используем транзистор КТ339А с той же рабочей точкой что и для транзистора VT2:
Iко= 5мА
Uкэо=10В
Возьмем Rк = 100 (Ом).
Рассчитаем параметры эквивалентной схемы для данного транзистора используя формулы 5.1 - 5.13 и 7.1 - 7.3.
Ск(треб)=Ск(пасп)*=2×=1,41 (пФ), где
Ск(треб)-ёмкость коллекторного перехода при заданном Uкэ0,
Ск(пасп)-справочное значение ёмкости коллектора при Uкэ(пасп).
rб= =17,7 (Ом); gб==0,057 (Cм), где
rб-сопротивление базы,
-справочное значение постоянной цепи обратной связи.
rэ= ==6,54 (Ом), где
Iк0 в мА,
rэ-сопротивление эмитера.
gбэ===1,51(мСм), где
gбэ-проводимость база-эмитер,
-справочное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с общим эмитером.
Cэ===0,803 (пФ), где
Cэ-ёмкость эмитера,
fт-справочное значение граничной частоты транзистора при которой =1
Ri= =1000 (Ом), где
Ri-выходное сопротивление транзистора,
Uкэ0(доп), Iк0(доп)-соответственно паспортные значения допустимого напряжения на коллекторе и постоянной составляющей тока коллектора.
gi=1(мСм).
(Ом)
нс
– входное сопротивление и входная емкость нагружающего каскада.
(См)
- верхняя граничная частота при условии что на каждый каскад приходится по 0,75 дБ искажений. Данное значение fв удовлетворяет техническому заданию. Нет необходимости в коррекции.
7.2.1 Расчет схемы термостабилизации
Как было сказано в пункте 7.1.1 в данном усилителе наиболее приемлема эмиттерная термостабилизация поскольку транзистор КТ339А является маломощным, кроме того эмиттерная стабилизация проста в реализации. Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 4.1.
Порядок расчета:
1. Выберем напряжение эмиттера , ток делителя и напряжение питания ;
2. Затем рассчитаем .
Выберем .
Ток делителя выбирается равным , где - базовый ток транзистора и вычисляется по формуле:
(мА);
Тогда:
мА
Напряжение питания рассчитывается по формуле: (В)
Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:
(Ом);
(кОм);
(кОм);
8. Искажения вносимые входной цепью
Принципиальная схема входной цепи каскада приведена на рис. 8.1.
а) б)
Рисунок 8.1 - Принципиальная схема входной цепи каскада
При условии аппроксимации входного сопротивления каскада параллельной RC-цепью, коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот описывается выражением:
,
где ; (8.1)
; (8.2)
; (8.3)
– входное сопротивление и входная емкость каскада.
Значение входной цепи рассчитывается по формуле (5.13), где вместо подставляется величина .
(Ом)
(с)
9. Расчет Сф, Rф, Ср
В принципиальной схеме усилителя предусмотрено четыре разделительных конденсатора и три конденсатора стабилизации. В техническом задании сказано что искажения плоской вершины импульса должны составлять не более 5%. Следовательно каждый разделительный конденсатор должен искажать плоскую вершину импульса не более чем на 0.71%.
Искажения плоской вершины вычисляются по формуле:
, (9.1)
где τ и - длительность импульса.
Вычислим τн:
Тогда:
τн и Ср связаны соотношением:
, (9.2)
где Rл, Rп - сопротивление слева и справа от емкости.
Вычислим Ср. Сопротивление входа первого каскада равно сопротивлению параллельно соединенных сопротивлений: входного транзисторного, Rб1 и Rб2.
Rп=Rвх||Rб1||Rб2=628(Ом)
(Ф);
Сопротивление выхода первого каскада равно параллельному соединению Rк и выходного сопротивления транзистора Ri.
Rл=Rк||Ri=90,3(Ом)
Rп=Rвх||Rб1||Rб2=620(Ом)
(Ф);
Rл=Rк||Ri=444(Ом)
Rп=Rвх||Rб1||Rб2=48(Ом)
(Ф);
Rл=Rк||Ri=71(Ом)
Rп=Rн =75(Ом)
(Ф);
где Ср1 - разделительный конденсатор между Rг и первым каскадом, С12 - между первым и вторым каскадом, С23 - между вторым и третьим, С3 - между оконечным каскадом и нагрузкой. Поставив все остальные емкости по 479∙10-9Ф, мы обеспечим спад, меньше требуемого.
Вычислим Rф и Сф (URФ=1В):
(9.3)
(Ом)
(Ф) (9.4)
10. Заключение
В данном курсовом проекте разработан импульсный усилитель с использованием транзисторов 2Т602А, КТ339А, имеет следующие технические характеристики:
- верхняя граничная частота 14МГц;
- коэффициент усиления 64 дБ;
- сопротивление генератора и нагрузки 75 Ом;
- напряжение питания 18 В.
Схема усилителя представлена на рисунке 10.1.
Рисунок 10.1 - Схема усилителя
При вычислении характеристик усилителя использовалось следующее программное обеспечение: MathCad, Work Bench.
Литература
1. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник/ А.А. Зайцев, А.И. Миркин, В.В. Мокряков и др. Под редакцией А.В. Голомедова.-М.: Радио и Связь, 1989.-640с.
2. Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на биполярных транзисторах. Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию для студентов радиотехнических специальностей / А.А. Титов, Томск: Том. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2002. - 45с.
