Материал: Расчет и проектирование импульсного усилителя

Зная  и g - параметры найдем коэффициенты  и :

Рассчитаем величину относительной нестабильности тока коллектора транзистора , по уже известным значениям (для каскадов импульсных усилителей она не должна превышать 0,25):

.4      Определение низкочастотных и высокочастотных параметров транзистора

Для расчета каскада импульсного усилителя необходимо определить четыре низкочастотных и три высокочастотных параметра транзистора. Для определения g - параметров в заданной точке можно воспользоваться справочными значениями g - параметров, пересчитав их к нужному положению рабочей точки транзистора. В нашем случае возьмем справочные значения и пересчитаем их в средней точке.

Рис. 3.4.1. Выбор положения средней точки нагрузочной прямой транзистора в выходном каскаде импульсного усилителя.

По оси напряжения коллектор - эмиттер находим координату средней точки:

.

Зная значение тока коллектора в средней точке, рассчитаем g - параметры, для которых выполняется условие  (малой величиной обратной проводимости передачи обычно пренебрегают и принимают ):

Проверим правильность нахождения g - параметров:

В качестве высокочастотных параметров транзистора при расчете каскадов импульсного усиления используются три параметра: емкость коллекторного перехода , объемное сопротивление базы  и постоянную времени транзистора .

где  - справочное значение емкости, измеренное при напряжении  (см. табл. 2):

Объемное сопротивление базы  приведено в табл. 2:

Постоянную времени транзистора  в средней точке рассчитаем по следующей формуле:

где - крутизна транзистора;  - граничная частота транзистора;  - параметр, зависящий от типа и технологии производства транзистора. Выберем .

.5      Расчет коэффициента усиления и времени установления выходного каскада по переменному току

Для коэффициента усиления и времени установления необходимо выполнение условия:

Рассчитаем коэффициент усиления выходного каскада, зная сопротивление  и крутизну транзистора :

,

где  - эквивалентная постоянная времени

 - постоянную времени транзистора;

, -постоянные времени,  Рассчитаем постоянные времени

.

По уже рассчитанным параметрам находим эквивалентную постоянную времени:

.

Тогда время установления выходного каскада равно:

Таким образом, получаем, что коэффициент усиления слишком большой. Следовательно, нужно вводить отрицательную обратную связь (ООС) по току (эмиттерная коррекция).

.6      Окончательный расчет выходного каскада по переменному току с учетом введенных цепей обратной связи и коррекции

Для уменьшения  в эмиттерную цепь выходного каскада вводится ООС по току, которую обеспечивают конденсаторы  и , и сопротивления и  (рис. 3.6.3.). Чтобы не менять режим работы транзистора по постоянному току сопротивление эмиттера  разбиваем на два сопротивления  и , т.е. их сумма равна:

Зададимся рассчитанным в п. 3.4. и нужным коэффициентом усиления:

 ,

 ,

где их отношение равно:  - глубина обратной связи, отсюда следует, что  равно:

Ближайшее номинальное значение . Тогда  равно:

.

Рассчитываем :

Тогда коэффициент усиления выходного каскада равен:

Время установления выходного каскада с эмиттерной коррекцией, можно определить по формуле:

 где

,

Емкость нагрузки возьмем такую же как и п. 3.5. .

Пусть емкость коррекции равна

в формулы постоянные времени находим эквивалентные безразмерные постоянные времени:

Найдем коэффициенты  и :

Определим выброс, не превышающий 3.5%, по зависимости выброса  от коэффициента  при разных коэффициентах  (рис. 3.6.1.):

Рис. 3.6.1. Зависимость выброса  от коэффициента  при разных коэффициентах .

Выброс, найденный по зависимости равен  , что не превышает заданного равного 3.5%.

Находим безразмерную величину обобщенного времени установления:

Время установления корректированного выходного каскада равно:

Введя высокочастотную коррекцию в эмиттерную цепь выходного каскада уменьшили коэффициент усиления и время установления. Схема корректированного выходного каскада показана на рис. 3.6.3. :

Рис. 3.6.2. Схема корректированного выходного каскада.

.7 Определение входного сопротивления и входной емкости выходного каскада

 входное сопротивление и входную емкость можно рассчитать по формулам:

,

где .

Проверим данное условие:

Это условие выполняется, рассчитываем  и :

Причем входное сопротивление и входная емкость выходного каскада являются параметрами нагрузки, на которую будет работать предвыходной каскад.

Таким образом, получили следующие результаты:

.

,

На этом расчет выходного каскада закончен!

4. Расчет предварительных каскадов

.1 Выбор транзистора для предварительных каскадов.

Выбор типа транзистора в каскадах предварительного усиления определяется, как и в выходном каскаде, по следующим параметрам:

1)      По граничной частоте транзистора ():

)        По максимальному допустимому напряжению коллектор- эмиттер транзистора ():

,

где - амплитуда импульса напряжения на выходе последнего предварительного каскада. Для нашего транзистора выберем  и .

.

)        По максимальному току коллектора транзистора ( ):

 ,

где  - импульс тока коллектора, где . Для нашего транзистора возьмем коэффициент  и коэффициент запаса  найдем максимальный ток коллектора: