Курсач
.doc
Министерство общего и профессионального образования РФ
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет.
Кафедра РЭС
Пояснительная записка к курсовому проекту:
“Схемотехническое проектирование усилителя импульсных сигналов”
Выполнил: Доборин А.М.
Группа: 9133
Факультет: РТ и ТК
Санкт-Петербург 2001
1.Задание на проектирование:
Структура усилителя |
Еп+, В |
Еп-, В |
tн, нс |
% |
tи, мкс |
Сн пФ |
Rн, кОм |
Rс, Ом |
tmax, oC |
tmin, oC |
Um, В |
OЭ-ОЭ-ОБ |
6 |
-3 |
150 |
3 |
150 |
30 |
3 |
50 |
50 |
-40 |
+3 |
Номинальные значения основных параметров:
-
сопротивление базовой области rб – 30 Ом;
-
коэффициент усиления по току в схеме ОЭ h21э – 100;
-
обратный ток эмиттерного перехода Iоэ – 10 А;
-
напряжение Эрли – Uer = 150 В;
-
наибольший ток коллектора Ikmax – 0.3;
-
паразитная емкость перехода база-коллектор Ск – 1 пФ;
-
модуль коэффициента усиления по току в схеме ОЭ на частоте 250 МГц – 2.
Выбор типа проводимости транзисторов (этап №1).
Схема ОЭ-ОЭ-ОБ
Еп+
n-p-n p-n-p p-n-p
Еп-Вход
ОЭ
OЭ
ОБ
Выход
Синтез конфигурации схемы питания усилительных каскадов постоянными напряжениями и токами (этап №2).
Выбор значения начального тока в каскадах (этап №3).
Выбираем во входном каскаде на транзисторе VT1 ток коллектора и, соответственно, ток эмиттера равный 2 мА, а в оконечном каскаде на транзисторе VT3 ток коллектора равный 3 мА, который будет соответствовать току коллектора транзистора VT2, вследствие последовательного соединения каскадов на транзисторах VT2 и VT3.
Расчет элементов схемы из условия обеспечения требуемого значения тока Iко (этап №4).
Выбираем разность потенциалов база – эмиттер равную 0,7 В.
Будем полагать, что падение напряжения на резисторе эмиттера первого каскада равно 0,5 В, второго каскада 0,7 В.
Примем напряжение коллектор – эмиттер транзисторов VT1 и VT2 равным 1.5 В.
Расчет токов делителей:
Ik1 – ток коллектора VT1.
Ik2 – ток коллектора VT 2 равный току коллектора VT3.
Ib1, Ib2 – токи баз транзисторов VT1 и VT3.
Idel1, Idel2 – токи базовых делителей.
B – коэффициент усиления по току
Расчет сопротивлений:
Ube – напряжение база – эмиттер.
Uke – напряжение коллектор – эмиттер.
Up1= Еп+, Up2= Еп- - напряжения источников питания.
URi – падение напряжения на соответствующем сопротивление.
UR5=0,7 B, UR4=0,5 B, UR2=UR4+Ube=1,2 B, UR3=UR5+Ube=1,4 B
U R7=UR5+Uke+Ube=2,9 B, UR8=Up1-Up2-UR7=6,1 B
R6 рассчитываем исходя из условия линейного режима работы транзистора при формирование предельного значения импульса на выходе.
Выбираем величины резисторов из стандартного ряда сопротивлений:
R1=15600 Ом ~ 16 кОм R2=2400 Ом
R3=700 Ом ~ 680 Ом R4=250 Ом ~ 240 Ом
R5=233 Ом ~ 240 Ом R6=767 Ом ~ 750 Ом
R7=3867 Ом ~ 3900 Ом R8=8133 Ом ~ 8200 Ом
Uп-
Анализ воздействия дестабилизирующих факторов на работу каскада на постоянном токе (этап №5).
Р асчет нестабильностей:
t = 60
Ube = UbeT + Ubet = 176 мВ
= BT + Bt = 40
Расчет g – параметров:
m – коэффициент неидеальности p-n перехода.
Ut – температурный потенциал.
Расчет входных и выходных сопротивлений транзисторов:
Rout1 – выходное сопротивление каскада ОЭ на VT1.
Rout2 – выходное сопротивление каскада ОЭ на VT2.
Rout3 – выходное сопротивление каскада ОБ на VT3.
Rin2 – входное сопротивление каскада ОЭ на VT2.
Rin3 – входное сопротивление каскада ОЭ на VT3.
Расчет коэффициентов передачи транзисторов:
K2 – коэффициент передачи каскада ОЭ на VT2.
K3 – коэффициент передачи каскада ОБ на VT3.
gn2, gn3 – проводимости нагрузок на второй и третий каскадов.
Расчет собственных нестабильностей коллекторных токов:
Расчет нестабильности каскодного соединения (ОЭ-ОБ) производим только с учетом нестабильности каскада ОЭ, считая, что каскад ОБ не вносит существенных изменений в общую нестабильность усилителя.
Расчет нестабильности выходного напряжения:
U31, U32 – влияние нестабильности первого и второго каскадов на третий каскад.
Rn1, Rn2 – сопротивления нагрузки на первый и второй каскады.
В результате общая нестабильность выходного напряжения трехкаскадного усилителя равна 2,04 В.
Мероприятия по снижению влияния источников нестабильности (этап №6)
Изменение конфигурации схемы, обеспечивающее создание в ней петли ООС:
Корректировка сопротивлений R6 и R4:
R6*R9/R6+R9=750 R6=3 кОм
R4=UR4/IIe+(Ue1+Uk3)/R9
R4=120 Ом
Расчет петлевой передачи:
T – петлевая передача.
Kd – коэффициент передачи делителя.
K1,K2,K3 – коэффициенты передачи каскадов.
R', R'' – сопротивления эквиваленты.
Rin1 – входное сопротивление каскада общая база VT1.
Оценка предельно допустимого сопротивления нагрузки (этап №7)
f v07 – граничная частота полосы пропускания.
f s1f, fs2f, fs3f – граничные частоты по крутизне с введенной ОС.
Es1, Es2, Es3 – спады НАЧХ в следствии инерционности соответствующих транзисторов.
Расчет коэффициентов передачи:
Расчет паразитных емкостей:
Cin, Cout – входные и выходные емкости каскадов.
Cp1, Cp3 – полные паразитные емкости шунтирующие выходы каскадов.
Cm – емкость монтажа.
Cn – емкость нагрузки
Оценка спада НАЧХ входной цепи:
tin – постоянная времени входной цепи.
fin – частота среза обусловленная входной цепью
О пределение и распределение между звеньями, влияющими на ход НАЧХ, допустимого значения спада, обусловленного частотной зависимостью импеданса нагрузки:
Определение допустимого значения проводимости коллекторных цепей:
goc – проводимость ОС
Организация конфигурации схемы для обеспечения ее работы на переменном токе (этап №8).
Эта схема изображена в предыдущем пункте (этап №7).
Определение значений емкостей разделительных и блокировочных конденсаторов (этап №9).
В соответствии со стандартным рядом конденсаторов выбираем значения емкости:
Cb1=68 мкФ, Cb2=220 мкФ, Cb3=33 мкФ, Cb4=22 мкФ
Cp1=22 мкФ, Cp2=33 мкФ
Оценка значения коэффициента усиления тракта в целом (этап №10).
K 1, K2 вычислены на седьмом этапе.
При расчете K3 используем усредненные g-параметры.
Оценка нелинейных свойств усилительного тракта (этап №11).