Материал: Расчет и проектирование импульсного усилителя

А величина импульса тока коллектора равна: .

В предварительных каскадах используем транзистор 2N4400 структуры n-p-n. Перечень основных параметров транзистора приведен в таблице 3 (см. ниже).

Таблица 3. Основные электрические параметры транзистора 2N4400.

Значения g - параметров транзистора измерены при  и

.7     

.2      Выбор режима работы транзисторов в каскадах предварительного усиления

Предварительные каскады включены по схеме общий эмиттер. Необходимо выбрать рабочую точку (А) на семействе выходных статических характеристик транзистора. Для того чтобы выбрать режим работы по постоянному току, необходимо выбрать ток коллектора () и напряжение () в рабочей точке. Необходимо учесть, что:

условие не выполняется, поэтому я выбрала транзистор 2N4400 структуры n-p-n.

Поэтому выбираем координату рабочей точки по оси тока коллектора равную , а по оси напряжения коллектор-эмиттер равную

,

где  - минимальное напряжение на транзисторе, при котором он гарантированно не входит в область насыщения.

Определим мощность, рассеиваемую транзистором в рабочей точке:

 .

Зная координаты рабочей точки (А), величину импульса тока коллектора  и амплитуду импульса напряжения на выходе последнего предварительного каскада , определим режим работы по переменному току, построив рабочий отрезок нагрузочной прямой АБ на выходных статистических ВАХ транзистора (рис.4.2.1.).

Рис. 4.2.1. Выбор рабочего отрезка нагрузочной прямой транзистора в предварительных каскадах импульсного усилителя.

После определения рабочего отрезка нагрузочной прямой проверим тепловой режим транзистора. Для этого определим максимальную температуру перехода транзистора:

,

где  - средняя мощность, рассеиваемая транзистором, которую можно рассчитать:

 ,

где -скважность импульсов, тогда средняя мощность равна:

Подставляя значение  находим максимальную температуру перехода транзистора:

 .

Полученное значение максимальной температуры перехода не превышает максимально допустимой для выбранного транзистора: ().

На этом выбор режима работы транзисторов в каскадах предварительного усиления по постоянному и переменному току закончен.

.3      Определение параметров транзистора в рабочей точке

Для нахождения низкочастотных и высокочастотных параметров в рабочей точке воспользуемся справочными значениями, взятые из табл.3:

Рассчитаем низкочастотные 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 используются три параметра: емкость коллекторного перехода , объемное сопротивление базы  и постоянную времени транзистора .

где  - справочное значение емкости, измеренное при напряжении  (см. табл. 3):

Объемное или распределенное сопротивление базы  приведено в табл. 3:

Постоянную времени транзистора  в рабочей точке рассчитаем по следующей формуле:

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

.4     
Определение количества предварительных каскадов

Число предварительных каскадов зависит от требуемого коэффициента усиления этих каскадов  , от допустимого времени установления  и параметров используемого усилительного элемента.

Коэффициент усиления предварительных каскадов

а их время установления

где  , А=1.5…2-запас по усилению,  - общий коэффициент усиления и время установления всего усилителя, индексы «вх» и «вых» означают принадлежность данных параметров соответственно к входной и выходной цепи усилителя.

Коэффициент и время  определены при расчете выходного каскада, а коэффициентом  и временем  надо задаться. Так как входное сопротивление усилителя , то входной каскад выполнен на полевом транзисторе, который имеет коэффициент усиления , а время установления . Выберем коэффициент усиления  и время установления  и найдем время установления  и коэффициент усиления предварительных каскадов  :

Определив требуемый коэффициент усиления и допустимое время установления, задаемся ориентировочно числом предварительных каскадов , и находим коэффициент усиления и требуемое для его реализации активное сопротивление нагрузки переменному току:

Находим импульсную добротность каскада:

=

.6 МГц36.2 МГц

Это условие выполняется, значит, транзистор в предварительных каскадах и число каскадов выбраны верно.

5. Расчет первого предварительного каскада по постоянному и переменному току

.1 Расчет элементов стабилизации первого предварительного каскада

Расчет первого предварительного каскада по постоянному и переменному току, проводим аналогично расчету выходного каскада.

Найдем сопротивление коллекторной нагрузки :

Округляем до номинала .

Определим напряжения питания каскада:

где  - коэффициент, определяющий величину падения напряжения на сопротивлении обратной связи .

Из стандартного ряда напряжений выберем напряжение питания. .

Зная напряжение питания каскада и координаты рабочей точки рассчитаем сопротивление в цепи эмиттера:

Ток базы в рабочей точке  находим по семейству выходных статистических ВАХ транзистора (см. выше рис. 4.2.1.):

.

Для расчета сопротивлений базового делителя необходимо задаться током делителя . Чем больше ток делителя, тем выше стабильность режима работы, но тем больше мощность, рассеиваемая резисторами  и , и тем меньше входное сопротивление каскада. Для получения приемлемой стабильности режима ток делителя должен как минимум в несколько раз превосходить ток базы в рабочей точке. Обычно величина тока базового делителя должна удовлетворять условию: