3. РАСЧЕТ ВЫХОДНОГО (ОКОНЕЧНОГО) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО КАСКАДА С ЭМИТТЕРНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ
|
|
|
|
|
+Ек |
|
|
|
|
|
+Ек |
|
|
|
|
Rk |
Rk' |
|
|
|
|
Rk |
Rk' |
|
|
|
|
|
Uоткл |
|
|
|
|
Uоткл |
|
|
|
|
|
|
R1 |
Uпл вых Uпл вых |
R1' |
|
|
R1 |
Uпл вых Uпл вых |
E*k R1' |
|
||
|
|
|
E*k |
|
|
|
|
|
||||
|
C1 |
|
|
|
C1' |
|
C1 |
|
|
|
C1' |
|
|
|
|
VT1 |
VT1' |
|
|
|
|
VT1 |
VT1' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cос |
|
|
|
|
|
|
Ce |
Ce' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rg |
R2 |
Re |
Re' |
R2' |
Rg |
Rg |
R2 |
Rос |
|
R2' |
Rg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eвх1 |
Uвх1 |
Eб1 |
|
Rреж |
Uвх2 |
Евх2 Eвх1 |
Uвх1 |
Eб1 |
Rрт |
Rрт |
Uвх2 |
Евх2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Uвх |
|
|
|
|
Uвх |
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
|
Рис.3. Схема дифференциального каскада
сэмиттерной цепью типа "звезда" а) и "треугольник" б)
1.Определить выходные напряжения дифференциального каскада (рис.3.).
1.1.Максимальное отклоняющее напряжение Uоткл - выходное напряжение,
отклоняющее луч по оси Y в пределах рабочей части экрана электронно-лучевой трубки ЭЛТ:
Uоткл |
= |
hY |
, |
(3-1) |
|
|
|||||
где: |
|
SY |
|
||
hY |
- высота рабочей части экрана ЭЛТ, |
|
|||
|
|
||||
|
SY |
- чувствительность вертикально-отклоняющих пластин ЭЛТ. |
|
||
Напряжение Uоткл является максимальной амплитудой выходного
дифференциального сигнала оконечного ДК.
1.2. Выходное напряжение с плеча оконечного ДК Uплвых - максимальная амплитуда сигнала с одного плеча ДК:
Uплвых = |
Uоткл |
. |
(3-2) |
|
2
1.3. Максимальное напряжение одного плеча ДК Uпл max - напряжение линейного диапазона одного плеча ДК:
Uпл max = (1,2 ÷1,5) Uплвых
(3-3)
2.Выбрать предварительно транзистор из числа в.ч.- транзисторов средней и
большой мощности с минимальным значением τβ |
по следующим условиям: |
|||
Uke max ≥Uпл max , |
(3-4) |
|||
fT ≥ |
3 |
, |
(3-5) |
|
tнОК |
||||
|
|
|
||
где tнОК - заданное время нарастания оконечного ДК.
3. Определить изменение коллекторного тока и оценить коллекторную нагрузку Rk по условиям:
Iвых max ≤ Ik max , (3-6)
10
R ≥ |
Uплmax |
. |
(3-7) |
|
|||
k |
Iвыхmax |
|
|
4. Вычислить емкость нагрузки плеча ДК по формуле:
Сн = 2Спл + Cвз+ Cм ,
где Спл - емкость Y-пластин,
Cвз - емкость взаимосвязи Y-пластины с остальными, Cм - монтажная емкость.
5.Задать рабочую точку транзистора.
5.1 Ток коллектора Ikp в рабочей точке (симметричной для плеч ДК) исходя из условия
Ikp ≥ |
Cн |
Uоткл |
|
|
|
4 |
|
tнОК . |
(3-8) |
Ikp ≤ |
Iк max |
− Ik |
|
|
|
|
|||
|
2 |
|
|
|
5.2. Напряжение коллектор-эмиттер Ukep в рабочей точке:
Ukep ≥ Uплвых
6. Определить напряжение E*k=1,5 Ukep между шиной питания и эмиттером транзистора:
E * k =Ukep + Rk Ikp
Rk = |
E * k − Ukep |
|
(3-9) |
|
Ikp |
|
|||
|
|
|
||
7. |
Рассчитать параметры транзистора rb,re, Si, S,h11e,h22e,Ck,τβ,τT |
для заданной р.т. |
||
8. |
Выбрать сопротивление источника сигнала Rg из условия: |
|
||
Rg = Rkg , |
(3-10) |
|||
где Rkg - сопротивление коллекторной нагрузки предыдущего каскада.
9. Проверить правильность выбора транзистора и коллекторной нагрузки для оконечного каскада по условию обеспечения заданной верхней граничной частоты (заданного времени нарастания tнОКзад ПХ ):
Rk ≤ |
1 |
|
t |
нОК |
|
|
(1 |
+ β) re |
|
|
|
|
|
1 |
+ |
|
|
−τT . |
(3-11) |
||
Ck |
|
|
|
|||||||
|
|
2,2 β |
|
Rbg + rb |
|
|
||||
10. Выбрать эмиттерное сопротивление Re цепи коррекции из условия отсутствия
выброса на ПХ оконечного каскада в апериодическом режиме: |
|
|||||
Re ≤ |
(Rbg + rb + re) [τ +Ckl Rkl (1 + β)] |
, |
(3-12) |
|||
|
τ +Ckl (1 + β) (Rbg + Rkl + rb) |
|
||||
а также с учетом коэффициента усиления, который приближенно может быть |
||||||
вычислен по формуле: |
|
|
||||
K0 |
|
Rkl |
≥ K0ТЗ . |
|
(3-13) |
|
|
|
|
||||
|
|
Re |
|
|
||
11.Определить емкость Ce цепи коррекции по условию (2-19).
12.Определить постоянную времени каскада в области в.ч. для режима компенсации полюса нулем по условию (2-18) и рассчитать время нарастания ПХ и верхнюю граничную частоту каскада.
Если рассчитанное время нарастания меньше требуемого, то можно увеличить сопротивление Rk и работать с меньшим значением коллекторного тока. После увеличения Rk расчет провести заново.
11
Если рассчитанное время нарастания окажется больше заданного, то выбирают транзистор с большим допустимым током коллектора (с целью снизить Rk) или с меньшей емкостью Ck и расчет проводят заново.
13.Вычислить точное значение коэффициента усиления в области с.ч. по формуле
(2-13).
14.Рассчитать каскад по постоянному току.
14.1. Рассчитать режимное сопротивление эмиттерной цепи Rреж: 14.1.1. Задать допустимое изменение коллекторного тока Ik доп в р.т. от
температуры и выбрать значение коэффициента температурной нестабильности Ni из диапазона Ni = 2...7.
14.1.2.Расчитать приращения напряжения база-эмиттер Ube, коэффициента
передачи тока базы Δβ и теплового тока коллекторного перехода |
IkT при изменении |
|||||||||||||||||||
температуры окружающей среды в заданном по ТЗ температурном диапазоне: |
||||||||||||||||||||
Ube =ξ |
(t2 −t1)−ϕT (t1) ln3, |
|
|
|
|
(3-14) |
||||||||||||||
где температурный коэффициент ξ = −2,2мВ/0C , а ϕT рассчитывается по (1-4); |
||||||||||||||||||||
β = a β (t2 −t1), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3-15) |
||||||||
где a =1%/oC ; |
|
|
|
|
|
|
|
t2 −to |
t1 −to |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
IkT = IkT (t2) − IkT (t1) = |
7 −2 |
7 |
(3-16) |
|||||||||||||||||
IkT (to) 2 |
, |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
β |
|
|
|
|
|
|
|||
ITN = IkT + (Ibp + IkT ) |
. |
|
|
|
|
|
|
(3-17) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 + β |
|
|
|
|
|
||||
14.1.3.Расчитать полное сопротивление эмиттерной цепи, необходимое для |
||||||||||||||||||||
получения требуемой температурной стабильности: |
|
|||||||||||||||||||
|
|
1− |
|
Ni |
− |
|
Ube |
|
|
|
|
|
||||||||
Rэ р = Rbo |
|
|
1 |
+ β |
|
|
|
ITN Rbo |
|
, |
|
|
|
|
(3-18) |
|||||
|
|
|
|
Ni |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
где Rbo - внешнее сопротивление цепи базы по постоянному току. |
||||||||||||||||||||
14.1.4.Расчитать чувствительность схемы Sсх: |
|
|||||||||||||||||||
Sсх = − |
|
|
Ni |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3-19) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Rbo + Rэ р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
14.1.5.Проверить выполнение условия: |
|
|
|
|||||||||||||||||
Ikp = Ni |
|
ITN + Sсх |
|
Ube ≤ Ik доп . |
|
|
(3-20) |
|||||||||||||
Если условие (3-20) не выполняется, то необходимо задать меньшее значение Ni и повторить расчет.
14.1.6.Для симметричного ДК выбрать режимное сопротивление:
Rреж = |
Rэ р− Re |
. |
(3-21) |
|
2 |
||||
|
|
|
14.1.7 При необходимости преобразовать звезду в треугольник по следующим формулам:
RРТ = 2 Rреж + Re , |
|
|
|
|
(3-22) |
|||
R = Rос = |
2 Re+ |
Re |
2 |
, |
|
|
(3-23) |
|
|
|
|
|
|||||
эТ |
|
|
Rреж |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
CэТ = Cос = |
|
2 Ce Re (Rреж + Re) |
. |
(3-24) |
||||
|
(2 Rреж + Re)2 |
|
||||||
12
14.2. Выбрать напряжение источника питания оконечного ДК: |
|
||||
Ek = E*k +Iep Rэр |
(3-25) |
||||
14.3. Проверить условия обеспечения теплового режима транзистора: |
|
||||
|
|
Ek 2 |
|
||
Pk max ≥ |
|
|
, |
(3-26) |
|
4 (Rk + Re+ Rэ р) |
|||||
где P kmax- максимальная мощность, рассеиваемая транзистором при максимальной |
|||||
по ТЗ температуре окружающей среды: |
|
||||
Pk max ≥ P |
Tk max −Tc max |
. |
(3-27) |
||
|
|||||
|
кдоп |
Tk max −Tco |
|
||
Pkдоп- максимально-допустимая мощность для температуры Tco. Если условие (3-26) не выполняется, то необходимо для выбранного транзистора использовать теплоотвод.
14.5. Для каскадов с резистивно-емкостными связями провести расчет делителя
напряжения в цепи базы. |
(3-28) |
||||||||||
Iдел ≈ (10 ÷5) Ibp |
|
|
|||||||||
R2 = |
|
Ebp |
= |
Ubep + Iep (Re+ Rэ р) |
|
(3-29) |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Iдел |
|
Iдел |
|
|||||
R1 = |
|
Ek − Ebe |
, |
|
|
(3-30) |
|||||
Iдел + Ibp |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
где Ibp и Ubep - режимные параметры транзистора в р.т. |
|
||||||||||
Проверить условия: |
|
||||||||||
Rb = |
|
|
R1 R2 |
|
≤ Rbo , |
(3-31) |
|||||
|
R1 + R2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Rbg = |
|
|
Rb Rg |
≤ R |
. |
|
(3-32) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Rb + Rg |
bз |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
15. Определить входной импеданс ДК.
15.1. Рассчитать входное сопротивление ДК по выражению (2-16). 15.2. Рассчитать входную емкость ДК по выражению (2-17).
16. Рассчитать низкочастотные параметры каскада по выражениям:
fнОК |
= |
fнс1 + fнc2 = |
|
|
1 |
|
+ |
|
|
1 |
, |
|||||||
2 π τc1 |
2 |
π τc2 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ОК = |
с1 + |
с2 |
= |
tиmax |
+ |
tиmax |
, |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
τс1 |
|
|
τс1 |
|
|
τс2 |
|
|
|
|
||||
Cс2 = |
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Rg + |
|
Rвх Rb |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Rвх + Rb |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
C |
= |
τc2 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
R +R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
с1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
ki |
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проверить выполнение условия: |
|
|||||||||||||||||
fнОК |
≤ fнОК зад ( |
нОК ≤ |
|
нОК зад ) . |
|
|
||||||||||||
17.Рассчитать режимные параметры элементов каскада:
-мощность резисторов;
-рабочие напряжения конденсаторов;
-ток потребления от источника питания.
(3-33)
(3-34)
(3-35)
(3-36)
(3-37)
13