Техническое задание

Амплитуда выходного импульса: 40 В

Время установления: 0.3 мкс

Выброс: 1 %

Максимальная температура: + 60 ° С

Длительность импульса: 4 мкс

Амплитуда входного сигнала: 20 мВ

Входное сопротивление усилителя: 50 кОм

Спад плоской вершины: 3 %

Минимальная температура: -10° С

Тип нагрузки: РК-50-4-11

(рассогласованная нагрузка, l=2м, сказывается шунтирующее действие емкости кабеля, для данного кабеля погонная емкость равна 51 пФ/м)

Расчетная часть

◊ Выбор транзистора для выходного и предварительных каскадов усилителя.

Выбор типа транзистора для выходного каскада и каскадов предварительного усиления осуществляется по трем основным параметрам: граничной частоте , максимально допустимому току коллектора и максимально допустимому напряжения коллектор – эмиттер .

● для граничной частоты транзистора должно выполняться условие:

где – время установления импульса для оконечного каскада

t_{y oк}= 0.6·0.3 мкс=0.18

f_t=16.6 Мгц

● для максимально допустимого тока коллектора должно выполняться условие:

I_kmax=U_вых/R_нагр=40/50=0.8 А

Данным требования удовлетворяет транзисторы серии КТ630, справочные данные которых приведены ниже

◊ Выбор режима и расчет выходного каскада.

Режим выходного каскада выбираем с помощью входной и выходной характеристик транзистора КТ630А.

○Выберем положение рабочей точки исходя из амплитуды выходного импульса и запаса ≈5В( по ВАХ) при:

U_кэ0=45 В

I_к0=2 мА

I_б0=0.2 мА

U_бэ0=0.2 В

○Проведем через рабочую точку нагрузочные прямые для переменного и постоянного токов (динамическую и статическую линию нагрузки).

○Зададимся стандартным напряжением питания в 48В. Наклон статической линии нагрузки соответствует общему сопротивлению постоянному току в цепях эмиттера и коллектора, равному:

Где I_к – ток, соответствующий точке пересечения нагрузочной прямой с осью ординат.

○Определяем сопротивление резистора по наклону динамической линии нагрузки:

○Определим сопротивление резистора в цепи эмиттера:

_{Rэ ок=R-- Rк=1263-621=642 Ом}

○Находим коэффициент усиления выходного каскада, предварительно определив по входной характеристике амплитуду импульса на входе

K_ok=(U_2m)/(U_бэмах-U_бэо)=80

○Определим низкочастотные параметры транзистора , :

Ввиду значительного разброса параметра его среднее значение принимается равным:

,

тогда

g11э=0.86 мСм

g21э=59.6 мСм

○∆t=t_max -20=40. Примем коэффициент нестабильности равным:

_Ns=5

○Определим коэффициент усиления по току:

○ Определим входное сопротивление схемы стабилизации рабочей точки:

○ Определим сопротивления резисторов делителя в цепи базы:

○ Определим ток делителя:

○ Определим высокочастотные параметры и .

Примем величину постоянной времени цепи обратной связи для транзистора КТ630А такой же, как у близкого ему по свойствам транзистора КТ629А:

Поскольку емкость коллекторного перехода зависит от напряжения , то произведем пересчет ее значения:

,

,

, где

выберем , тогда

○Произведем расчет постоянных времени.

Время установления t_у=0.16 мкс получено с точностью 16% от отведенного данному каскаду (t_y=0.6·0.3=0.18 мкс). Коррекция как правило вводится на отклонении 25-30%. Однако, рассчитаем схему коррекции для увеличения точности.

Учитывая, что низкочастотным параметром можно пренебречь (при этом ), выражение без размерных эквивалентных постоянных времени и упрощаются и принимают вид:

Определяем отношения постоянных времени:δ

Задаемся δ=1% и по нижеприведенному графику находим

Имея в виду, что , решаем уравнение относительно , подставляя в него приведенные выражения и . Решение уравнения представится в виде:

Определяем безразмерную эквивалентную постоянную времени и коэффициент :

По приведенному выше графику уточняем значение выброса

По нижеследующему графику определяем обобщенное время установления

Рассчитываем время установления:

Таким образом, получена точность 2%. Определяем индуктивность корректирующей катушки:

◊ Расчет схемы температурной стабилизации рабочей точки транзистора предварительного каскада

Для работы в предварительных каскадах выберем транзистор КТ369А, необходимая амплитуда составляет порядка 0.5В.

○Выберем положение рабочей точки на середине наиболее линейного участка ВАХ:

○Определим соответствующее этому режиму сопротивление постоянному току:

○Зададимся сопротивлением резистора в цепи эмиттера:

○Определим сопротивление в цепи коллектора:

○Примем коэффициент нестабильности равным:

Определим низкочастотные параметры транзистора , :

○Определим коэффициент усиления по току:

○Определим входное сопротивление схемы стабилизации рабочей точки:

○Определим сопротивления резисторов делителя в цепи базы:

○Определим ток делителя:

Определим входное сопротивление каскада предварительного усиления:

◊Входной каскад

На входном каскаде нам необходимо обеспечить входное сопротивление 50 кОм, для этого подойдет полевой транзистор КП301

Усиление данного каскада в силу характеристик полевого транзистора КП301 мало K₀≈5

◊ Определение числа предварительных каскадов

○ Находим время установления и коэффициент усиления предварительных каскадов:

K*=2000\2·80=13

○ Найдем коэффициент D:

Пересчитаем параметры , и :

Так как значение емкости коллекторного перехода не изменилось, то и остальные параметры не изменят своих значений.

○ Находим D*t≈6 и по приведенному ниже графику определяем число каскадов предварительного усиления n =3.

○ Определяем ориентировочно коэффициент усиления и время установления одного предварительного каскада:

◊ Определение основных параметров каскадов предварительного усиления.

Предоконечный каскад выполним с параллельной схемой коррекции.

○Определим эквивалентное сопротивление предоконечного каскада:

○Определим сопротивление в корректирующей цепи:

○Находим постоянные времени , и отношения , :

○Зададимся

○Определяем безразмерные эквивалентные постоянные времени и :

○Определяем коэффициенты и :

○По графикам, приведенным выше, находим выброс и обобщенное время установления предоконечного каскада:

○Рассчитываем время предоконечного каскада:

○Определим индуктивность корректирующей катушки:

○Находим постоянные времени предварительных каскадов и :

○Определяем эквивалентную постоянную времени:

○Определяем сопротивление резистора в цепи коллектора предварительных каскадов:

◊Проверка времени установления усилителя

Проверим условие :

С учетом корректировок оконечного и предоконечного каскадов, усилитель удовлетворяет требованиям по общему времени установления импульса.

◊ Расчет вспомогательных цепей

Расчет основных параметров предварительных каскадов показал, что сопротивления резисторов существенно меньше общего сопротивления в цепи коллектора каждого каскада. Поэтому во всех предварительных каскадах предусматриваем фильтрующие (корректирующие) ячейки в цепях коллектора.

○Определим сопротивление резистора в каскадах с первого по пятый:

○Определим сопротивление резистора предоконечного каскада:

○Емкость конденсатора связи (разделительного) выбирают обычно в пределах , а емкость конденсатора в цепи эмиттера – в интервале .

Зададимся следующими емкостями конденсаторов в цепях связи и эмиттера:

○Определим спад плоской вершины импульса за счет цепей связи:

○Спад плоской вершины импульса за счет цепи в эмиттере во всех каскадах одинаков:

○Общий спад плоской вершины импульса, вызванный цепями связи и эмиттера (в процентах):

○Исходя из формулы подъема плоской вершины импульса за счет цепи фильтрующей ячейки в цепи коллектора, определим емкость конденсатора , задаваясь подъемом плоской вершины импульса, равным 0.7% , на одну корректирующую ячейку. При этом спад плоской вершины импульса будет .

Спецификация

Конденсаторы:

К50-29, 4.7 мкФ х80В, 5% х6

МБМ, 0.5 мкФ х80В, 5% х6

К40-29, 2 пФ х80В, 5% х5

Катушки индуктивности:

ЕС24-6R8R, 6.8 мкГн, 5%

Транзисторы:

КТ630А х1

КТ369А х4

КП301 х1

Резисторы:

С1-4, 96 Ом х100В, 10% х5

С1-4, 516 Ом х100В, 10% х5

С1-4, 560 Ом х100В, 10% х4

С1-4, 1.2 кОм х100В, 10% х4

С1-4, 1 кОм х100В, 10%

С1-4, 1.3 кОм х100В, 10%

С1-4, 1.5к Ом х100В, 10%

С2-23, 7.5 кОм х120В, 5%

С2-23, 13 кОм х120В, 5%

С1-4, 2.4 кОм х100В, 10%

С1-4, 3.4 Ом х100В, 10%

С1-4, 4 кОм х100В, 10%

С1-4, 5 кОм х100В, 10%

С2-23, 24 кОм х120В, 10%