Материал: Расчет и проектирование импульсного усилителя

.2      Расчет времени установления второго предварительного каскада

Время установления второго предварительного каскада должно удовлетворять условию:

Чтобы определить время установления второго предварительного каскада найдем эквивалентную постоянную времени:

где , ,

.

Определим эквивалентную постоянную времени:

.

Тогда время установления второго предварительного каскада равно:

Что соответствует необходимым условиям:

,

значит, что коррекцию вводить не нужно.

.3      Определение входного сопротивления и входной емкости второго предварительного каскада

Исходя из того, что первый и второй предварительный каскад имеет одинаковые параметры, равные сопротивления базового делителя  и , то входные сопротивления и входные емкости первого и второго предварительного каскада также буду равны между собой:

Таким образом, получили следующие результаты:

,

Рис. 6.3.1. Схема второго предварительного каскада без коррекции.

На этом расчет второго предварительного каскада закончен!

.       
Расчет входного каскада

По техническому заданию, входной каскад усилителя должен иметь входное сопротивление не менее 15 кОм. Такое входное сопротивление легко обеспечить, если применить полевой транзистор с управляющим p-n переходом.

Во входном каскаде используем полевой транзистор 2N3971 с управляющим р-n переходом и каналом n-типа.

Таблица 4. Основные электрические параметры транзистора 2N3971.

.2      Выбор режима работы транзистора

Задачей является выбор режима работы входного каскада. Пусть полевой транзистор будет включен по схеме с общим истоком. Положение рабочей точки полевого транзистора определяется тремя координатами: постоянный ток стока (), постоянное напряжение сток-исток (), и постоянное напряжение затвор-исток (). Необходимо учесть, что ток стока  в рабочей точке входного каскада не должен превышать ток покоя в предварительном усилителе :

Напряжение в рабочей точке входного каскада сток-исток  должно быть меньше, чем напряжение в рабочей точке предварительных каскадов  :

Выберем точку с координатами:  ;  и зададимся напряжением затвор-исток .

Определим мощность, рассеиваемую транзистором в рабочей точке:

 .

Проверим тепловой режим транзистора. Для этого определим максимальную температуру перехода транзистора:

,

где  - тепловое сопротивление переход-среда; -средняя мощность, рассеиваемая транзистором практически равная мощности рассеиваемой в рабочей точке .

Подставляя

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

На этом выбор режима работы входного каскада по постоянному и переменному току закончен.

.3      Расчет элементов стабилизации, времени установления, входного сопротивления и входной емкости входного каскада

Для стабилизации режима работы транзистора во входном каскаде используется схема с общим истоком (рис.7.1.1.). При этом режим работы транзистора определяется четырьмя элементами: сопротивлением стока , сопротивлением истока , и резисторами делителя напряжений в цепи затвора  и .

Рис. 7.1.1. Схема с общим истоком.

Определим эквивалентное сопротивление, зная коэффициент усиления входного каскада , и крутизну транзистора :

Найдем сопротивление стока :

Округляем до номинала .

Напряжение питания каскада складывается из падения напряжения на сопротивлении стока , падения напряжения на сопротивлении истока  и напряжения на сток - исток в рабочей точке :

Напряжение питания для входного каскада возьмем таким же, как и в предварительном усилителе: .

Зная напряжение питания каскада и координаты рабочей точки рассчитаем сопротивление истока :

Для того чтобы рассчитать сопротивления в цепи затвора  и , составим уравнение, используя второй закон Кирхгофа:

Так как входное сопротивление входного каскада вычисляется по формуле:

 то уравнение примет вид:

Отсюда найдем сопротивления в цепи затвора  и  :

Округлим их до номинальных значений и рассчитаем входное сопротивление:

Для нахождения входной емкости используем три высокочастотных параметра, взятых из табл. 4: емкость затвор-исток (входная емкость) , емкость затвор-сток (проходная емкость) , емкость сток-исток (выходная емкость) .

Для расчета времени установления воспользуемся высокочастотными параметрами и входной емкостью предварительного усилителя, которая является нагрузкой для входного каскада . Общая емкость нагрузки входного каскада равна:

.

Зная общую емкость нагрузки, рассчитаем время установления

Так как рассчитанное время установления входного каскада практически не отличается от заданного (=75нс), то никакой коррекции вводить не нужно.

Параметры входного каскада, полученные в ходе расчета:

,

На этом расчет входного каскада закончен!

.       
Расчет вспомогательных цепей

Выберем в качестве разделительных  в качестве блокировочных . Во всех каскадах будем использовать именно эти конденсаторы.

Рассчитаем спад плоской вершины импульса, создаваемый этими конденсаторами для каждого каскада.

.        В выходном каскаде.

Спад плоской вершины импульса за счет цепи связи в выходном каскаде рассчитывается по формуле:

где к Ом - сопротивление коллекторной нагрузки;  - активная нагрузка выходного каскада;  - длительности импульса.

Спад плоской вершины импульса за счет цепи эмиттера находится как

где  и  - низкочастотные параметры в рабочей точке выходного каскада.