29

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 Т_max= 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:

1. по виду используемого усилительного элемента — ламповые, транзисторные усилители, на туннельных или параметрических диодах, на микросхемах и т.д.;

2. по диапазону усиливаемых частот — усилители постоянного тока (УПТ), низкой частоты (УНЧ), радио- или промежуточной частоты (УРЧ, УПЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ-усилители);

3. по ширине полосы усиливаемых частот — узкополосные, широкополосные усилители;

4. по характеру усиливаемого сигнала — усилители непрерывных и импульсных сигналов;

5. по усиливаемой электрической величине — усилители напряжения, тока, мощности;

6. по типу нагрузки — резистивные (апериодические), резонансные (избирательные) усилители.

1. Расчет структурной схемы

Сопротивление нагрузки усилителя представляет собой достаточно малую величину R_Н=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

K_{u }=3300

Предположим, что усилитель будет состоять из четырех каскадов. Задавшись коэффициентами усиления оконечного и входного каскадов K_uОК=0,9, K_uВК=17, определим коэффициент усиления предоконечного каскада:

K_{u ПОК}=(K_{u }/K_{u ОК}K_{u ВК})^0.5 =(3300/0,917)^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 N_С=8. Считая, что каждый конденсатор вносит одинаковое искажение, найдем спад плоской части импульса, вносимой отдельным конденсатором:

(1.4)

Амплитуда выходного напряжения усилителя должна составлять U_н=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 R_н=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:

f_гр>2/_{ф i}=2/510^-8=40 МГц

I_{к max}>Е_{к ОК}/R_н=18/240=75 мА

U_{кэ max}>Е_{к ОК}=18 В

Р_{к max}>U_{кэ max} I_{к 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) U_кэ=Е_к, I_к=0

2) U_кэ=0, I_к=Е_{к ОК}/R_н

Полагаем, что импульсы однополярные положительной амплитуды. Задаём следующее положение рабочей точки О:

U_к0VT=7.5 В;I_к0VT=50 мА;U_бэ0VT=0,72 В;I_б0VT=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:

∆ I_К0*= I_КЭ0 (е^∆Т-1)= 5010^-6(е^{0,1(55-24)}-1)= 1.06мА (2.8)

∆ I_К0=0,1 I_К0=0,150=5 мА (2.9)

Коэффициент термостабилизации:

N_S=∆ I_К0/∆ I_К0*=5/1.06=4.7 (2.10)

Далее, находим:

R_ст= R_э( N_S -1)/[1- N_S (1-)]=

=168.2(4.7-1)/[1-4.7(1-0,958)]=775.4 Ом (2.11)

где: ₀– коэффициент передачи тока базы

R_б2= R_стЕ_к/( Е_к-U_Б0-[ I_К0+ I_Б0] R_э- R_ст I_Б0)=

=775.4 18/(18-0,72-[ 5010^-3+3.510^-3]168.2-775.4 3.510^-3)=2507 Ом (2.12)

Принимаем равным: 2700 Ом

R_б1= R_б2R_ст/(R_б2-R_ст)= 2700775.4 /(2700-775.4)=1087 Ом (2.13)

Принимаем: R_б1= 1.1 кОм

Рассчитаем номиналы разделительных конденсатора С_р2 и блокировочного конденсатора С_э (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.