Расчет импульсного усилителя
1. Рабочее задание
2. Выполнение работы
2.1 Общие положения
2.2 Расчет статического режима усилителя
2.3 Расчет по переменному току
3. Схема усилителя
1. Рабочее задание
Рассчитать импульсный усилитель, используя следующие данные:
2. Выполнение задания
2.1 Общие положения
Рассчитаем общий коэффициент усиления:
Необходимое усиление можно получить, используя 2 усилительных каскада. Коэффициент усиления первого каскада ориентировочно возьмем равным 20, коэффициент усиления второго каскада равным 10.
Усилительные каскады будем строить на транзисторе КТ315Б.
Необходимые параметры транзистора:
Обратный ток коллектора при Uкб=10 В не более 1 мкА
Статический коэффициент усиления тока базы при Uк=10 В, Iэ=1 мА 50-350
Предельно допустимое напряжение Uкэ при Rбэ=10 кОм 15 В
Входные характеристики Выходные характеристики
Зависимость стат. коэфф. усиления тока базы от температуры
Учитывая, что для согласования с нагрузочным сопротивлением необходимо после усилительного каскадов поставить эмиттерный повторитель, начертим схему усилителя:
2.2 Расчет статического режима усилителя
Рассчитываем первый усилительный каскад.
Выбираем рабочую точку для первого усилительного каскада. Ее характеристики:
По графикам, по рабочей точке и по характеристикам транзистора находим необходимые для расчетов параметры:
Определим
возьмем равным 100 Ом
Рассчитаем входное сопротивление:
Такое входное сопротивление не может обеспечить удовлетворительного согласования с генератором. Поэтому для увеличения входного сопротивления добавим в эмиттерную цепь не зашунтированное сопротивление. Подберем такое значение, чтобы обеспечить входное сопротивление порядка 7 кОм.
Зададим такое, чтобы. Пусть. Реальное входное сопротивление, определяемое через параллельное соединение и, будет равно
Выбрав, определим из условия
Определим из формулы для коэффициента усиления, полагая его равным 20:
где - входное сопротивление следующего каскада. Возьмем его равным 10 кОм
Чтобы обеспечить соотношение, возьмем. Рассчитаем нестабильность каскада:
что является неудовлетворительным показателем. Чтобы уменьшить нестабильность, требуется максимально увеличить значение. Увеличим значение зашунтированного сопротивления до 450 Ом, одновременно снизив значение до 18 кОм. Для такого значения реальное входное сопротивление каскада будет равно
Нестабильность в этом случае будет равна
Рассчитаем коэффициент усиления данного каскада:
Предварительный расчет первого каскада закончен.
Переходим к расчету второго усилительного каскада. Определяем коэффициент усиления второго каскада как
Рабочую точку возьмем со следующими характеристиками:
откуда
Зададим входное сопротивление, равное 10 кОм, откуда
Сопротивление базового делителя возьмем равным 30 кОм. Реальное входное сопротивление каскада в этом случае
Определяем :
Из коэффициента усиления каскада находим, взяв нагрузку равной 20 кОм (учитывая, что последним каскадом будет эмиттерный повторитель):
Задаем, рассчитываем нестабильность:
Мы видим, что удовлетворительное значение нестабильности трудно получить путем изменения значений сопротивлений. Следовательно, необходимо изменить соотношение между коэффициентами усиления двух каскадов. Зададимся коэффициентом усиления второго каскада и значением. Из формулы для коэффициента усиления найдем необходимое для обеспечения этих условий значение :
Пусть, тогда
Положим теперь, тогда нестабильность каскада будет равна
Теперь возвращаемся к первому каскаду. Его коэффициент усиления теперь должен составлять
Чтобы наши изменения не повлияли на расчет второго каскада, для уменьшения коэффициента усиления увеличим реальное входное сопротивление первого каскада:
Увеличим также сопротивление базового делителя до 20 кОм и посчитаем :
Нестабильность будет равна
Закончив предварительный расчет усилительных каскадов, перейдем к расчету
эмиттерного повторителя на выходе усилителя. Зададим рабочую точку со следующими характеристиками:
откуда
Входное сопротивление эмиттерного повторителя должно соответствовать условию. Возьмем. должно соответствовать условию
но для такого значения и входного сопротивления будет не соответствовать указанному условию. Поэтому зададим, откуда найдем значение :
Так как нам необходимо одновременно обеспечить удовлетворительное значение нестабильности и условие, возьмем, тогда нестабильность будет равна:
Подсчитаем коэффициент усиления по напряжению для эмиттерного повторителя:
Скорректируем коэффициент усиления второго каскада с учетом этого значения и значения реального входного сопротивления эмиттерного повторителя, равного
Так как общее усиление должно составлять теперь, второй усилительный каскад должен обеспечить усиление. Рассчитаем необходимое для этого значение реального входного сопротивления второго каскада:
и также корректируем первый каскад, оставляя прежними коэффициент усиления и и рассчитывая необходимое при этих условиях :
Закончив все корректировки, рассчитаем базовые делители и необходимое питание для каскадов:
а) первый усилительный каскад
б) второй усилительный каскад
в) эмиттерный повторитель
Так как необходимое питание для всех каскадов примерно одинаково и равно 12В, подключим все каскады к единому источнику питания 12В.
2.3 Расчет по переменному току
По заданным и вычислим :
Число C-цепочек в схеме равно 6, поэтому полагая все постоянные времени равными, запишем
Рассчитаем разделительные конденсаторы :
Так как наличие конденсатора такой величины в схеме нежелательно, полагаем
Подсчитаем :
Рассчитаем оставшиеся конденсаторы:
Полагаем по указанным причинам, подсчитываем :
аналогично
Рассчитаем получившиеся значения и :
Скорректируем вершину импульса, добавляя в коллекторную цепь второго усилительного каскада фильтр. Рассчитаем его параметры:
Проверим, выполняется ли условие необходимой длительности фронта выходного импульса. Определим длительность фронта :
Полученное значение превышает требуемое, поэтому проведем коррекцию фронта, добавляя в коллекторную цепь индуктивность. Найдем значение :
Расчет усилителя закончен.
3. Схема усилителя
4.