Расчет оконечного каскада

Введение

В настоящее время нет ни одной области науки и техники, где не применялась бы электроника. А основой электроники на сегодняшний день является усилительный каскад, основанный на применении транзистора. Они могут быть успешно использованы не только в классе устройств, для которых они разработаны, но и во многих других устройствах.

В электронных устройствах транзисторы могут включаться по схеме с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Наилучшими усилительными свойствами (усиление тока, напряжения и мощности) обладает транзистор в схеме с ОЭ. В схеме с ОБ усиление мощности сравнительно меньше, чем в схеме с ОЭ. Кроме того, в схеме с ОБ транзистор имеет сравнительно малое входное и большое выходное сопротивление, что затрудняет согласование каскадов.

В схеме с ОК транзистор тоже обеспечивает меньшее усиление мощности. Однако в схеме с ОК транзистор имеет сравнительно большое входное и небольшое выходное сопротивления, и поэтому схема с ОК часто применяется в качестве согласующего каскада между источником сигнала с высокоомным выходным сопротивлением и низкоомной нагрузкой. Наиболее же часто в электронных устройствах применяется включение транзистора по схеме с ОЭ.

При разработке, изготовлении и эксплуатации полупроводниковых приборов следует принимать во внимание их специфические особенности. Высокая надежность радиоэлектронной аппаратуры может быть обеспечена только при учете таких факторов, как разброс параметров транзисторов, их температурная нестабильность и зависимость параметров от режима работы, а также изменение параметров транзисторов в процессе эксплуатации.

Под воздействием различных факторов окружающей среды некоторые параметры, характеристики и свойства транзисторов могут изменяться. Для герметичной защиты транзисторных структур от внешних воздействий служат корпуса приборов.

Все большее распространение получают так называемые бескорпусные транзисторы, предназначенные для использования в микросхемах и микросборках. Кристаллы таких транзисторов защищены специальным покрытием, но оно не дает дополнительной защиты от воздействия окружающей среды.

При конструировании устройств необходимо стремиться обеспечить их работоспособность в возможно более широких интервалах изменений важнейших параметров транзисторов. Разброс параметров и их изменение во времени при конструировании могут быть учтены расчетными методами или экспериментально - методом граничных испытаний.

Расчёт импульсного усилителя

Выбор схемы усилителя

Импульсный усилитель напряжения является предварительным усилителем сигнала, обеспечивающим нормальную работу УМ. Для расчета импульсного усилителя необходимо иметь следующие исходные данные:

напряжение питания E_k=8 (В);

входное напряжение U_вх=50 (мВ);

выходное напряжение U_вых=4 (В);

сопротивление нагрузки R_н=3 (кОм);

длительность импульса t_и=50 (мкс);

длительность фронта импульса t_ф =2 (мкс);

емкостное сопротивление нагрузки С_н=4 (пФ);

полярность импульса: отрицательный.

Общий требуемый коэффициент усиления:

K= - = - = 80;

Данный усилитель должен содержать 2 каскада. Коэффициент усиления на каждом каскаде

К1=10 и К2=8

Коэффициент усиления каскада характеризует статический коэффициент передачи тока h_21Э, который также характеризует усилительные свойства транзистора. Численное значение этого параметра показывает, во сколько раз ток коллектора больше вызвавшего его тока базы. Чем больше коэффициент h_21Э, тем большее усиление сигнала может обеспечить данный транзистор. При измерении этого параметра транзистор включают по схеме с ОЭ. Определяем требуемый коэффициент передачи базового тока транзистора в схеме с общим эмиттером:

 (1)

где k_з - коэффициент запаса равный: 1,3, R_{вх. э} =h_11э=1000 Ом.

Выбор транзистора

Рассчитываем общий коэффициент усиления:

 (2)

Для выбора транзистора также необходимо рассчитать его предельную частоту:

 (3)

где t`_ф - длительность фронта импульса, приходящаяся на один каскад, рассчитываемая по формуле:

Исходя из этих параметров и учитывая, что на практике транзистор необходимо выбирать с большей предельной частотой, так как с повышением частоты входного сигнала коэффициент h_21э транзистора уменьшается, из справочника был выбран транзистор КТ315А, обладающий следующими характеристиками:

h_21Эмин=20;

f_{h21этреб} = 2∙10⁷ (Гц);

Р_Кмакс=150 (мВт) при t=20⁰ C;

t_макс=100⁰ С;

I_Кпост=100 (мА);

является транзистором n-p-n типа;

Расчет оконечного каскада