Алгоритм аналитического расчёта импульсного усилителя по заданным требованиям. Разработка принципиальной готовой схемы усилителя с известными номиналами элементов при помощи использования специальных транзисторов, имеющих высокую граничную частоту.
U2 = Uзи(РТ) Uси (РТ) = 9,3В Uвх = Uвых Uзи (РТ) = (0,75 1,5)В = 2,25 В Кповт = Uвых/Uвх = 0,75/2,25= 0,333 Uвых max = Uвх повт = 2,25 В ?в=1/2*?* ; ?в= Rэкв*Спар= *(С11 С12*к См) U2 =Uзи(РТ) Uси(РТ) = 6 ВЗа счет использования усилительных каскадов был получен необходимый коэффициент усиления, за счет повторительного каскада на выходе обеспечивается согласование с малым Rн.
Введение
Целью данной работы является приобретение навыков аналитического расчета усилителя по заданным требованиям. В процессе работы производился расчет параметров усилителя.
Импульсные усилители нашли широкое применение. Особенно широко они применяются в радиотехнических устройствах, в системах автоматики, в приборах экспериментальной физики, в измерительных приборах.
Многообразие назначений усилителей порождает различия в требованиях, которым должен отвечать усилитель в том или другом случае. В связи с этим усилители могут различаться между собой как по числу активных элементов (транзисторов или ламп) и особенностям электрической схемы, так и по конструкции. Однако существует общая методика, которой следует придерживаться при проектировании усилителей.
Для импульсного усилителя применяют специальные транзисторы, имеющие высокую граничную частоту. Такие транзисторы называются высокочастотными.
В результате работы получили принципиальную готовую схему усилителя с известными номиналами элементов.
2.Описание работы
Цель работы: спроектировать и рассчитать схему усилительного устройства на полевых транзисторах, обеспечивающего коэффициент усиления равный заданному.
Исходные данные к работе: E0, В К0 Uвых, В Rн, Ом Rг, Ом fн, Гц fв, МГЦ tu, мкс fп, Гц
12 150 -0,75 75 75 - - 0,2 103
В этой работе используются полевые транзисторы, что позволяет не рассчитывать температурную стабилизацию, поскольку работа полевого транзистора не зависит от температурных условий эксплуатации, и его характеристики остаются практически неизменными в диапазоне рабочих температур (-40… 85ОС). Также отпадает необходимость проверки Fв, поскольку полевые транзисторы в основном работают в диапазоне частот от 400МГЦ, что более чем достаточно для выполнения поставленной задачи.
3. Расчетная часть
3.1.Расчет выходного каскада
В качестве выходного каскада в данном усилителе служит истоковый повторитель (каскад с общим стоком).
Повторитель служит для согласования низкоомного Rн с выходом предыдущего каскада и исключает его перегрузку.
Рассчитываемый усилитель работает на малое Rн=75 Ом, поэтому повторитель на выходе необходим. Этот каскад повторяет форму входного сигнала и имеет коэффициент усиления близкий к 1, поэтому на амплитуду сигнала влияет несущественно.
Кремниевые планарные полевые с n-каналом и диффузионным затвором транзисторы предназначены для работы в приемной, усилительной и другой аппаратуре. Применение приборов во вновь разрабатываемой аппаратуре запрещается. Корпус металлический, герметичный, с гибкими выводами. Масса транзистора не более 1,5 г.
Ic max = 165МА; Uси max = 10 В; S = (7 14.5)МА/В; C11 = 8,7ПФ; C12 = 2,6ПФ;
Выберем рабочую точку транзистора:
Рабочий режим: Іст (РТ) = 11МА
Uси (РТ) = 7,8В
Uзи (РТ) = 1,5В
Расчет элементов схемы: Сумма сопротивлений делителя должна составлять (30?150)КОМ.
Выберем
R1 R2 = 80 КОМ.
Ідел = Еп/(R1 R2) = 12/80 МА = 0,15 МА
U2 = Uзи(РТ) Uси (РТ) = 9,3В
U1 = Еп - U2 = 2,7В
R1 = U1/Ідел = 2,7/0.15 КОМ = 18КОМ
R1(E24) = 18КОМ
R2 = U2/Ідел = 9,3/0.15 КОМ = 62КОМ
R2(E24) = 62 КОМ
Rи = Uзи(РТ)/Іст(РТ) = 1,5/11 Ом = 136Ом
Rи(Е24) = 130 Ом
Rвх = R1||R2 = 18*62/80 КОМ = 13,95 КОМ
Rвх(Е24) = 13 КОМ
Uвх = Uвых Uзи (РТ) = (0,75 1,5)В = 2,25 В
Кповт = Uвых/Uвх = 0,75/2,25= 0,333
3.2 Определение Кус каскадов, назначение требований по граничным частотам
N = 3
Fнк = Fп = 1 КГЦ тф = (20?30)% от ти = 0,04 ? 0,06 мкс
3.3 Расчет первого усилительного каскада
Принципиальная схема каскада:
Эквивалентная схема каскада:
Этот усилительный каскад выполнен на полевом транзисторе по схеме с общим истоком. Схема с ОИ является усилителем и обладает хорошей температурой стабильностью, большим входным сопротивлением. В цепи истока содержится последовательная обратная связь по току, которая шунтируется емкостью Си.
Расчет элементов схемы: Rн = Rвх повт = 13 КОМ
Uвых max = Uвх повт = 2,25 В ?в=1/2*?* ; ?в= Rэкв*Спар= *(С11 С12*к См)
См = 5ПФ
= 0,328 КОМ =330 Ом
Rc(E24) = 330 Ом
Rc||Rн = 1/(1/330 1/13000) = 321,83 Ом
Требования к транзистору: Uси max тр > 2,25В
Іс max тр > 36,364 МА
Pmax тр > Umax тр*Imax тр = 81,819 МВТ
Выбираем КП902А.
Общие сведения
Кремниевые планарные полевые,МДП с изолированным затвором и каналом n-типа полевые транзисторы предназначены для работы в приемно-усилительной, передающей и другой аппаратуре. Корпус металлокерамический, герметичный, с жесткими выводами и монтажным винтом. Масса транзистора не более 6 г.
Этот усилительный каскад выполнен на полевом транзисторе по схеме с общим истоком. Схема с ОИ является усилителем и обладает хорошей температурой стабильностью, большим входным сопротивлением. В цепи истока содержится последовательная обратная связь по току, которая шунтируется емкостью Си.
Расчет элементов схемы: Rн = Rвх повт = 13 КОМ
Uвых max = Uвх повт = 2,25 В ?в=1/2*?* ; ?в= Rэкв*Спар= *(С11 С12*к См)
См = 5ПФ
= 0,328 КОМ =330 Ом
Rc(E24) = 330 Ом
Rc||Rн = 1/(1/330 1/13000) = 321,83 Ом
Требования к транзистору: Uси max тр > 2,25В
Іс max тр > 36,364 МА
Pmax тр > Umax тр*Imax тр = 81,819 МВТ
Выбираем КП902А
Общие сведения: Кремниевые планарные полевые,МДП с изолированным затвором и каналом n-типа полевые транзисторы предназначены для работы в приемно-усилительной, передающей и другой аппаратуре. Корпус металлокерамический, герметичный, с жесткими выводами и монтажным винтом. Масса транзистора не более 6 г.
C11 = 7ПФ; C12 = 0,31ПФ;
Выберем рабочую точку транзистора: Рабочий режим: Іст(РТ) = 30МА
Этот усилительный каскад выполнен на полевом транзисторе по схеме с общим истоком. Схема с ОИ является усилителем и обладает хорошей температурой стабильностью, большим входным сопротивлением. В цепи истока содержится последовательная обратная связь по току, которая шунтируется емкостью Си.
Расчет элементов схемы: Rн = Rвх 2 = 17,875 КОМ
Uвых max = Uвх 2 = 10 В
= 695,3 Ом
Rc(E24) = 680 Ом
Rc||Rн = 1/(1/680 1/17875 ) = 655,079 Ом
Требования к транзистору: Uси max тр > 10В
Іс max тр > 1,67МА
Pmax тр > Umax тр*Imax тр = 16,7 МВТ
Выбираем КП902А, как в 1м и во 2м усилительных каскадах.
Разделительные емкости рассчитываются из соотношения: , где берутся для каскадов, которые емкость разделяет.
Между вторым и третьим:
Между первым и вторым:
Между повторителем и первым:
Ср3-г(Е24) = 1,8 НФ
Ср2-3(Е24) = 1,8 НФ
Ср1-2(Е24) = 1,8 НФ
Срповт-1(Е24) = 2 НФ
Срн-повт(Е24) = 22 НФ
4.Схема усилительного устройства
5.Эпюры входного и выходного напряжений каждого каскада усилительного устройства
Поз. обозн. Наименование Кол. Примечание
Транзисторы
VT1, VT2, VT3 КП902А 3
VT4 КП302Г 1
Конденсаторы
С1, С2, С4 КМ-4 М-47-1п8±10% 3
С3, С5 К50-36мк-±10% 2
С6 КМ-4 М-47-2п0±10% 1
С7 К50-10мк-±10% 1
С8 КМ-4 М-47-2п2±10% 1
Резисторы
R1 МЛТ-0,25-47к±10% 1
R2 МЛТ-0,25-27к±10% 1
R3 МЛТ-0,25-M68±10% 1
R4, R13 МЛТ-0,25-51к±10% 2
R5 МЛТ-0,25-к62±10% 1
R6 МЛТ-0,25-39к±10% 1
R7 МЛТ-0,25-33к±10% 1
R8 МЛТ-0,25-к62±10% 1
R9, R10 МЛТ-0,25-36к±10% 2
R11 МЛТ-0,25-к36±10% 1
R12 МЛТ-0,25-62Е±10% 1
R14 МЛТ-0,25-24к±10% 1
R15 МЛТ-0,25-68Е±10% 1
Вывод
В результате проделанной работы был спроектирован импульсный усилитель. За счет использования усилительных каскадов был получен необходимый коэффициент усиления, за счет повторительного каскада на выходе обеспечивается согласование с малым Rн. Также выполнены требования по граничным частотам. Таким образом, спроектированное устройство обеспечивает заданные параметры и передает сигнал без искажений в нагрузку.
Список литературы
1.Транзисторы для аппаратуры широкого применения Справочник под редакцией Б.Л. Перельмана
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
