- •Введение
- •1. Расчет структурной схемы
- •2. Расчет оконечного каскада
- •3. Расчет предоконечного каскада
- •4. Расчет предварительного каскада
- •5. Расчет входного каскада
- •6. Расчет элементов подстройки усиления
- •7. Расчет размеров печатной платы
- •7.1 Принцип расчета размеров печатных плат
- •7.2 Печатная плата выходного каскада усилителя в транзисторном варианте
- •При реальном размещении элементов получили размер печатной платы 90*55*20 мм.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
КНИТУ им. А.Н. Туполева
Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Схемотехника аналоговых электронных устройств»
ИМПУЛЬСНЫЙ УСИТЕЛЬ
Работу выполнил:
студент гр. 5471
Коровин Н.В.
Работу проверил:
Афанасьев В.В.
Казань 2014
Содержание
При реальном размещении элементов получили размер печатной платы 90*55*20 мм. 28
Исходные данные
на курсовую работу на тему «Импульсный усилитель»
Сопротивление источника сигнала 500 Ом;
Коэффициент усиления по напряжению 3300;
Длительность импульса 1,1 мкс;
Длительность фронта 0,1 мкс;
Допустимая величина выброса 0,4%;
Спад плоской части вершины импульса 1,0%;
Сопротивление нагрузки 240 Ом;
Емкость нагрузки 25 пФ;
Максимальный размах выходного напряжения 9 В;
Напряжение питания 18 В;
Температура Тmax= 55C.
Введение
Усилительным устройством (в дальнейшем – усилителем) называют устройство, усиливающее мощность сигнала. С точки зрения схемотехнического построения усилители бывают транзисторные и на базе интегральных микросхем (ИМС). Преимуществами усилителей на базе ИМС являются: меньшие размеры, меньшее потребление и более высокое качество. Однако транзисторные усилители также широко распространены, поскольку некоторые задачи усиления пока нельзя решить использованием ИМС.
Усилители можно разделить на различные группы по следующим признакам:
по виду используемого усилительного элемента — ламповые, транзисторные усилители, на туннельных или параметрических диодах, на микросхемах и т.д.;
по диапазону усиливаемых частот — усилители постоянного тока (УПТ), низкой частоты (УНЧ), радио- или промежуточной частоты (УРЧ, УПЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ-усилители);
по ширине полосы усиливаемых частот — узкополосные, широкополосные усилители;
по характеру усиливаемого сигнала — усилители непрерывных и импульсных сигналов;
по усиливаемой электрической величине — усилители напряжения, тока, мощности;
по типу нагрузки — резистивные (апериодические), резонансные (избирательные) усилители.
1. Расчет структурной схемы
Сопротивление нагрузки усилителя представляет собой достаточно малую величину RН=240 Ом, в связи с этим оконечный каскад необходимо построить по схеме с ОК. Остальные каскады построим по схеме с ОЭ.
Суммарный коэффициент усиления всего усилителя
Ku =3300
Предположим, что усилитель будет состоять из четырех каскадов. Задавшись коэффициентами усиления оконечного и входного каскадов KuОК=0,9, KuВК=17, определим коэффициент усиления предоконечного каскада:
Ku ПОК=(Ku /Ku ОКKu ВК)0.5 =(3300/0,917)0.5 =14,715 (1.1)
Распределим частотные искажения по каскадам. Предположим, что каждый каскад вносит одинаковое искажения, тогда:
Длительность фронта импульса, формируемая одним каскадом
(1.2)
где n=4 –число каскадов усилителя.
Величина выброса:
(1.3)
Все каскады усилителя строим по типовой схеме резисторного каскада с обратной связью [1, 2]. Тогда общее число разделительных и блокировочных конденсаторов составит NС=8. Считая, что каждый конденсатор вносит одинаковое искажение, найдем спад плоской части импульса, вносимой отдельным конденсатором:
(1.4)
Амплитуда выходного напряжения усилителя должна составлять Uн=9 В.
Напряжение питания принимаем равным 18 В.
Структурная схема усилителя приведена на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Структурная схема усилителя.
2. Расчет оконечного каскада
Это схема с общим коллектором. Такая схема была выбрана для возможности согласования выходного сопротивления каскада с низким сопротивлением нагрузки Rн=240 Ом. Основной недостаток такой схемы – невозможность обеспечения коэффициента усиления по напряжения больше единицы, что требует увеличивать коэффициент усиления предварительных каскадов.
Выберем транзистор, на котором будет построен оконечный каскад. При выборе транзистора, следует учитывать следующие ограничения:
fгр>2/ф i=2/510-8=40 МГц
Iк max>Ек ОК/Rн=18/240=75 мА
Uкэ max>Ек ОК=18 В
Рк max>Uкэ max Iк max=18·75 мА=1,35 Вт (2.1)
Таблица 2.1. Подходящим является транзистор КТ606Б. Параметры такого транзистора приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1.
Параметр |
Значение |
Единицы измерения |
Iк max |
400 |
мА |
Uкэ max |
70 |
В |
Рк max |
2,5 |
Вт |
fгр |
90 |
МГц |
к |
100 |
пС |
Скэ |
8 |
пФ |
rб' |
2,5 |
Ом |
тип проводимости |
n–p–n |
|
Расчет оконечного каскада, работающего в режиме большого сигнала, проводим графически.
Построение линии нагрузки на ВАХ транзисторах КТ606Б.
1) Uкэ=Ек, Iк=0
2) Uкэ=0, Iк=Ек ОК/Rн
Полагаем, что импульсы однополярные положительной амплитуды. Задаём следующее положение рабочей точки О:
Uк0VT=7.5 В;Iк0VT=50 мА;Uбэ0VT=0,72 В;Iб0VT=3,5 мА.
Графически находим y – параметры транзистора в точке О', соответствующей середине амплитуды выходного тока в импульсе:
(2.2)
(2.3)
(2.4)
Для определения сопротивления в цепи эмиттера воспользуемся приближенной формулой:
(2.5)
Принимаем 180 Ом
Коэффициент усиления каскада:
(2.6)
(2.7)
Определяем номиналы сопротивлений Rб1 и Rб2 базового делителя. Такой расчет проводим по следующей методике:
∆ IК0*= IКЭ0 (е∆Т-1)= 5010-6(е0,1(55-24)-1)= 1.06мА (2.8)
∆ IК0=0,1 IК0=0,150=5 мА (2.9)
Коэффициент термостабилизации:
NS=∆ IК0/∆ IК0*=5/1.06=4.7 (2.10)
Далее, находим:
Rст= Rэ( NS -1)/[1- NS (1-)]=
=168.2(4.7-1)/[1-4.7(1-0,958)]=775.4 Ом (2.11)
где: 0– коэффициент передачи тока базы
Rб2= RстЕк/( Ек-UБ0-[ IК0+ IБ0] Rэ- Rст IБ0)=
=775.4 18/(18-0,72-[ 5010-3+3.510-3]168.2-775.4 3.510-3)=2507 Ом (2.12)
Принимаем равным: 2700 Ом
Rб1= Rб2Rст/(Rб2-Rст)= 2700775.4 /(2700-775.4)=1087 Ом (2.13)
Принимаем: Rб1= 1.1 кОм
Рассчитаем номиналы разделительных конденсатора Ср2 и блокировочного конденсатора Сэ (рис. 2.2) из условия равномерного распределения спада плоской части импульса [7, стр.12].
(2.14)
Принимаем: 0.15 мкФ
Найдем глубину ОСС:
(2.15)
Определим входное сопротивление каскада:
(2.16)
Принципиальная схема каскада приведена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Принципиальная схема оконечного каскада.