Импульсный усилитель (2)

Курсовая работа

импульсный усилитель коллектор каскад

Параметр

Значение

Единицы измерения

I кmax

400

мА

U кэmax

70

В

Р кmax

2,5

Вт

f гр

90

МГц

к

100

пС

С кэ

8

пФ

r б

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 кОК /R н

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

U к0VT =7.5 В; Iк0VT =50 мА; Uбэ0VT =0,72 В; Iб0VT =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 R б1 и R б2 базового делителя. Такой расчет проводим по следующей методике:

? I К0 *= I КЭ0 (е ?Т -1) = 50106 (е 0,1(55-24) — 1) = 1.06мА (2.8)

? I К0 =0,1 I К0 =0,150=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 стЕ к / (Е кU Б0 — [I К0 + I Б0 ] R эR стI Б0 ) =

=775.4 18/ (18-0,72 — [5010 -3 +3.5103 ] 168.2-775.4 3.5103 ) =2507 Ом (2.12)

Принимаем равным: 2700 Ом

R б1 = R б2R ст / (R б2R ст ) = 2700775.4 / (2700-775.4) =1087 Ом (2.13)

Принимаем: R б1 = 1.1 кОм

Рассчитаем номиналы разделительных конденсатора С р2 и блокировочного конденсатора Сэ (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.

Параметр

Значение

Единицы измерения

I кmax

400

мА

U кэmax

70

В

Р кmax

3

Вт

f гр

100

МГц

к

100

пС

С кэ

10

пФ

r б

5

Ом

I КЭ0

100

мкА

Поскольку транзистор работает в режиме большого сигнала, то расчет предоконечного каскада будем проводить графически. Принципиальная схема предоконечного каскада приведена на рис.3.1.

Рис.3.1 Принципиальная схема предоконечного каскада.

На семействе выходных характеристик транзистора КТ606А строим линию нагрузки для постоянного тока (статическую линию нагрузки).

1) U кэ =Е к , I к =0

2) U кэ =0, I к =I кmax =Е к /R _=18/1000=18 мА (3.2)

где сопротивление R _=R к +R э +R ос принимаем равным 1000 Ом.

Принимаем величину сопротивления R э ‘ =R э +R ос =0,1 R _=0,11000=100 Ом, тогда:

R к =R _-R э ‘ =1000-100=900 Ом (3.3)

Принимаем 910 Ом

Определяем эквивалентное сопротивление нагрузки каскада:

R экв =R кR н / (R к +R н ) =910535 / (910+535) =337 Ом (3.4)

Задаём следующее положение рабочей точки О:

I К0 =8 мА, U КЭ0 =11 В, I Б0 =32 мкА, U БЭ0 =0,56 В.

Строим динамическую линию нагрузки, для этого находим максимальное значение тока коллектора:

I кmax ‘ =Е к /R экв =18/337=53 мА (3.5)

Графически находим y — параметры транзистора в точке О’, соответствующей середине амплитуды выходного тока в импульсе:

(3.6)

(3.7)

(3.8)

Коэффициент усиления каскада:

(3.9)

(3.10)

Требуемый коэффициент К=15. Для того, чтобы его добиться вводим последовательную ОСС с частотным шунтированием сопротивления в цепи эмиттера, это снизит коэффициент усиления до требуемого значения и увеличит верхнюю граничную частоту.

Найдем необходимый фактор ООС:

(3.11)

Найдем необходимое значение R Э1 :

R Э1 =10 (3.12)

Следовательно,

(3.13)

Принимаем: 91 Ом

Определяем номиналы сопротивлений R б1 и R б2 базового делителя. Такой расчет проводим по методике [7, стр.59].

? I К0 *= I КЭ0 (е ?Т -1) = 510-6 (е 0,1(55-20) — 1) = 0,16 мА (3.14)

? I К0 =0,1 I К0 =0,18=0,8 мА (3.15)

Коэффициент термостабилизации:

N S =? I К0 /? I К0 *=0,8/0,16=5 (3.16)

Далее, находим:

R ст = R э (N S — 1) / [1 — N S (1-)] =1000 (5-1) / [1-5 (1-0,82)] =400Ом (3.17)

R б2 = R стЕ к / (Е кU Б0 — [I К0 + I Б0 ] R эR стI Б0 ) =

=400 18/ (18-0,56 — [810 -3 +3210-6 ] 1000-400 3210-6 ) =766 Ом (3.18)

Принимаем: R б2 =820 Ом

R б1 = R б2R ст / (R б2R ст ) =766400/ (766-400) =837 Ом (3.19)

Принимаем: R б1 =910 Ом

Рассчитаем номиналы разделительных конденсаторов С р2 (рис.3.1) из условия равномерного распределения спада плоской части импульса [7, стр.12].

(3.20)

Применяем: 83 нФ

(3.21)

Принимаем: Сэ=36 нФ

Найдем глубину ОСС:

(3.22)

Определим входное сопротивление каскада:

(3.23)

I К0 *

10

мА

U КЭ0 *

5

В

I Б0 *

110

мкА

U БЭ0 *

0,67

В

y 11 *

2,5

мСм

y 21 *

250

мА/В

Принимаем величину сопротивления R э ‘ =R э +R ос =0,1 R _=0,11000=100 Ом, тогда:

R к =R _-R э ‘ =1000-100=900 Ом (5.1)

Определяем эквивалентное сопротивление нагрузки каскада:

R экв =R кR н / (R к +R н ) =900766/ (900+766) =414 Ом (5.2)

Коэффициент усиления каскада:

(5.3)

(5.4)

Требуемый коэффициент К=17. Для того, чтобы его добиться вводим последовательную ОСС с частотным шунтированием сопротивления в цепи эмиттера, это снизит коэффициент усиления до требуемого значения и увеличит верхнюю граничную частоту.

Найдем необходимый фактор ООС:

(5.5)

Найдем необходимое значение R Э1 :

(5.6)

Принимаем: 8.2Ом Следовательно,

Принимаем: 91Ом

Определяем номиналы сопротивлений R б1 и R б2 базового делителя. Такой расчет проводим по методике [7, стр.59].

? I К0 *= I КЭ0 (е ?Т -1) = 110-6 (е 0,1(55-20) — 1) = 32 мкА (5.7)

? I К0 =0,1 I К0 =0,110=1 мА (5.8)

Коэффициент термостабилизации:

N S =? I К0 /? I К0 *=1/0.032=31.25 (5.9)

Далее, находим:

R ст = R э (N S — 1) / [1 — N S (1-)] =100 (31.25-1) / [1-31.25 (1-0,998)] =3227 Ом (5.10), R б2 = R стЕ к / (Е кU Б0 — [I К0 + I Б0 ] R эR стI Б0 ) =

=3227 18/ (18-0,67 — [0.01+0,00011] 100-32270,00011) =3636 Ом (5.11)

Принимаем: R б2 =3.9 кОм

R б1 = R б2R ст / (R б2R ст ) = 36363227/ (3636-3227) =28.7 кОм (5.12)

Принимаем: R б1 =30 кОм

Рассчитаем номиналы разделительных конденсаторов С р2 (рис.3.2) из условия равномерного распределения спада плоской части импульса [7, стр.12].

(5.13),

Принимаем: 0.036 мкФ

(5.14)

Принимаем: 10 мкФ

Найдем глубину ОСС:

(5.15)

Определим входное сопротивление каскада:

(5.16)

Рассчитаем коэффициент входной цепи. Сопротивление источника сигнала и входное сопротивление входного каскада образуют делитель напряжения. Его коэффициент передачи равен:

(5.16)

Размеры зоны

Название

Назначение

SF=XF*YF

Функциональная

Размещение элементов электрической схемы и проводников.

X1,X2,Y1,Y2

Свободная

Краевые поля, необходимые для удобства изготовления и закрепления платы.

XК*YК

Коммутационная

Зона, где размещаются контактные площадки для подпайки соединительных проводов, идущих от элементов, установленных вне печатного узла: XS1-XS4, SB1-SB6, HL1, HL2, R6, R13, GB1.

Xпр*Yпр

Присоединения

Зона, где размещаются печатные проводники, соединяющие между собой зону коммутации с остальными зонами.

Печатная плата выходного каскада усилителя в транзисторном варианте

Результаты расчетов размеров печатной платы выходного каскада усилителя в транзисторном варианте представлены в таблице 7.2.

Таблица 7.2

Обозначение

Наименование

Установочные размеры, мм

Высота

N

d

z0

XU

YU

ZU

SE

С1, С2, С4, С5, С6, С7

К10-17-М47

6

0,6

11.5

9

5

621

С3

К10-17-М47

1

0,6

12

8.6

7.5

103.2

С8

К10-17-Н90

1

0,6

5,6

4

5

22,4

VT1, VT2, VT3, VT4

КТ606Б, КТ605А, КТ315Б

4

0,6

7,8

2,8

16

87.36

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18

С2-33Н

17

0,6

10

2,2

3,2

374

1207.96

Расчет размеров печатной платы:

CF — коэффициент формы платы

CZ — коэффициент заполнения элементов на плате SE — общая площадь элементов из таблицы (1207.96 ммІ)

SF= =4026.5мм, XF = =100 мм, YF= =40 мм

Выше приведены расчеты размеров печатной платы при значении коэффициента формы (CF=2,5) и коэффициента заполнения ( CZ=0.3 ).

CZ — статическая величина и составляет CZ=0,3 0,1. Данная величина выбирается исходя из элементной базы: для дискретных элементов она не может превышать значения 0,3. Более высокий коэффициент заполнения выбирается при использовании бескорпусных или чип-элементов (для поверхностного монтажа).

Величина коэффициента формы CF определяется конструктивными особенностями прибора.

Выбирая коэффициент формы платы, следует учитывать то, что ее размер по координате «Y» увеличится на значение двух зон — коммутации и присоединения. Кроме того, большое количество элементов расположены на лицевой панели и установлены в ряд, что ведет к увеличению размеров корпуса прибора по координате «Х». Таким образом, выбирать коэффициент формы платы меньше CF=2 нерационально. Поэтому принимаем размеры функциональной области печатного узла равными 70*30 мм, при CZ=0,3 и CF=2,5.

Размер зоны коммутации YK определяется размерами установленных в ней элементов — разъемов, гнезд, контактных площадок. В нашем случае, это контактные площадки. Размер данной зоны находится по формуле: XK=Х кп +2,5, где Хкп — диаметр контактной площадки. Выберем диаметр соединительного провода, равный 0,6-0,8мм. Следовательно, диаметр контактной площадки должен быть 2,5мм. Размер ХК=Хкп +2,5=2,5+2,5=5,0мм. Размер зоны присоединения, в которой размещаются печатные проводники, соединяющие основные элементы схемы, расположенные в функциональной области с контактными площадками зоны коммутации, определяется количеством контактных площадок, а, следовательно, и печатных проводников и в общем случае, соизмерим с размером зоны коммутации, и следовательно равен Хпр=5,0мм.

Размеры краевых полей X1, X2, Y1, Y2 выбирают кратными шагу координатной сетки, которая в свою очередь зависит от типа применяемой элементной базы, в частности от расстояния между выводами элемента. Минимальное расстояние между выводами применяемых элементов 2,5мм, следовательно, шаг сетки — 2,5мм. Таким образом, краевые поля зададим равными X1=X2=Y1=Y2=2,5мм.

Учитывая все вышеописанные условия, найдем размеры печатного узла — табл.7.3.

Таблица 7.3

XР, мм

YР, мм

ZР, мм

X1

2,5

Y1

2,5

ZU

16

XF

100

YF

40

h

1,5

X2

2,5

Yпр

5

Z0

2

YK

5

Y2

2,5

Итого

105

Итого

55

Итого

19.5

где h — толщина материала платы; ZU, Zo — высота монтажа элементов платы со стороны размещения элементов и со стороны печатных проводников соответственно (рис.7.1).

Величина ZU=16 мм соответствует максимальному размеру ZU. Величина Z0=2,0.

Принимая во внимание ОСТ 4.010.020-83 «Линейные размеры печатных плат на жестком основании» получим размер печатного узла равный 105*55*20 мм.

1. И.Г. Мамонкин, Усилительные устройства. Учебное пособие для ВУЗов. Изд.2-е, М., «Связь», 1977 г.

2. В.А. Гоностарев, Проектирование типовых и специальных усилителей на транзисторах. Учебное пособие, Казань, КАИ, 1977 г.

3. К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник, М., 1985 г.

4. А. Хоровиц, П. Хилл, Искусство схемотехники. Том 2, М., «Иностранная литература», 1992 г.

5. О.П. Григорьев, Диоды. Справочник, М., «Радио и связь», 1990 г.

6. А.Л. Булычев, В.И. Галкин, Аналоговые интегральные схемы. Справочник, Минск, «Беларусь», 1985 г.

7. В.В. Афанасьев, М.П. Данилаев, И.И. Нуреев, А.И. Усанов, Методическое пособие «Схемотехника аналоговых электронных устройств», Методические указания по курсовому проектированию, Казань, 2006 г.

8. Войшвилло Г.В., Караванов В.И. Проектирование усилительных устройств на транзисторах. М.: Связь, 1972. — 184 с.

9. Войшвилло Г.В. Усилительные устройства, М.: Связь 1975. — 384 с.

10 О.П. Лавренов. Конструкторские расчеты при проектировании современных РЭС: Учебное пособие для курсового проектирования. Казань: Изд-во Казанск. гос. техн. ун-та, 2004.83с.

11. Ряды номиналов резисторов и конденсаторов согласно ГОСТ2825-67 и Публикации 63 IEC