IIб. Основные расчетные соотношения

I. Методика расчета усилителя-ограничителя (рис,5)

Исходными данными для расчета являются:

-тип транзистора VT1 и его характеристики i_к = i_к (U_кэ), i_б = i_б (U_бэ),

а также предельно-допустимые параметры.

-напряжение источника питания - Е_к

-требуемые параметры выходного сигнала: амплитуда- U_{М вых}, длительность фронтов- t_ф.

а) Определение сопротивления коллекторной нагрузки R₃

Величина резистора R₃ ограничивает максимальный ток I_{k max} через транзистор VT1 в режиме насыщения, который не должен превышать предельно - допустимый ток через транзистор данного типа: I_{k пред} . Пренебрегая величиной U_кэнас ≈ 0.2В по сравнению с Е_к =12В, получаем:

I_{k max} ≈ Е_к/ R₃

Тогда из условия I_{k max} ≤ I_{k пред} получаем:

R₃ ≥ Е_к/ I_{k пред} (2.13)

где I_{k пред} для транзистора типа КТ361И (используемого в лабораторном стенде) составляет: I_{k пред} = 15 мА.

б) Построение проходной характеристики U_кэ = U_кэ(U_бэ). Производится по методике изложенной в разделе IIа. Семейство входных и выходных транзистора приведены в разделе III. В качестве R₃, берётся его минимальное значение из (2.13).

в) Определение режима по постоянному току.

На построенных в пункте б) проходной характеристике, в соответствии с требуемым видом выходного сигнала (т.е.режимом ограничения) выбрать положение рабочей точки и определить: U_{кэ рт}, U_{бэ рт}. По входной характеристике найти: i_{б рт}. Для наиболее распространенного режима симметричного двустороннего ограничения из (2.5 и 2.6) имеем:

U_{кэ рт} ≈ Е_к/2 U_{бэ рт} = | U_огр1 + U_огр2 | / 2

г) Расчет базового делителя R₁, R₂.

Учитывая, что потенциал в средней точке делителя (т.е.на базе VT1) должен составлять Е₀ =U_{бэ рт}, т.е.

Е_кR₂ / (R₁ + R₂) = U_{бэ рт} (2.14)

при условии отсутствия шунтирования резистора R₂ базовой цепью транзистора VT1 (т.в. малости базового тока VT1 по сравнению с током делителя равного Е_к / (R₁ + R₂)), т. е.

Е_к / (R₁ + R₂) = (3 ÷ 5) i_{б рт} (2.15)

совместно решая (2.15 и 2.14) находим значения R₁ и R₂

2.Параметры выходных прямоугольных импульсов (в режиме симметричного двустороннего ограничения)

а) Амплитуда выходных импульсов: U_{М вых}

Определяется разностью напряжений на выходе схемы в запертом и насыщенном состоянии транзистора VT1 , т.е.

U_{М вых} = (Е_к - U_кэнас) ≈ Е_к (2.16)

б) Период повторения выходных импульсов Т_вых, определяется периодом входного сигнала Т_вх, т.е.

Т_вых = Т_вх (2.17)

в) Активная длительность τ_имп и длительность фронтов t_ф следует из рис.9 эти параметры зависят от амплитуду входного сигнала. Пренебрегая нелинейностью проходной характеристики, можно считать, что в усилительном режиме транзистор VT1 осуществляет линейное преобразование входного сигнала. Т.е. длительность фронтов (переднего и заднего) одинакова и определяется интервалом времени нахождения входного сигнала между уровнями U_огр1 и U_огр2

В этом случае из рис.12 следует (масштаб по оси амплитуд не соблюдается):

(2.18)

где Т_вх - период входного сигнала, а косинусоидальный характер входного сигнала вызван сдвигом начали отсчёта в точку t = t₀. Поскольку t_ф = (t₂ – t₁), то из (.2.19) имеем:

(2.19)

Учитывая симметрию графиков (рис. 12) активная длительность выходного импульса определяется:

τ_имп = Т_вх / 2 (2.20)