Материал: Sb000508

Министерство общего и профессионального образования РФ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

В. Н. Павлов

АНАЛОГОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ

Учебное пособие по курсовому проектированию

Санкт-Петербург 1996

ББК 3 846я7 П I2

УДК 621.375

Павлов В.Н. Аналоговая схемотехника. Схемотехническое проектирование усилителя импульсных сигналов; Учеб. пособие по курсовому проектированию/ ГЭТУ. СПб., 1996. 60 с.

Рассматриваются вопросы проведения курсового расчета, даются рекомендации по его выполнению и обоснованному выбору конфигурации схемы и номиналов ее элементов. Материалы пособия ориентированы на применение схемных построений, обеспечивающих малую зависимость параметров и характеристик аналоговых трактов от свойств конкретного усилительного элемента и условий его работы, возможность проведения анализа свойств аналогового тракта при наличии лишь ограниченного набора ключевых исходных данных о свойствах его компонентов. Основные расчетные соотношения базируются на использовании Y-параметров, вытекающих из физических эквивалентных схем. Содержание задания на проектирование охватывает основные разделы курса "Схемотехника аналоговых электронных устройств". Предназначено для студентов радиотехнических специальностей.

Рецензенты: кафедра оптико-электронных приборов и систем СП6ГИТМО (ТУ); канд. техн. наук А.А.Соболев (СПВЗРКУ).

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия по курсовому проектированию

2

Цели и задачи проектирования

В ходе выполнения курсовой работы студенты должны овладеть основами схемотехнического проектирования импульсных и широкополосных усилителей на этапах, предшествующих проведению расчетов схемы на ЭВМ, изучить критерии выбора режимов работы усилительного прибора и других элементов схемы.

Содержание задания и его направленность

Одной из наиболее сложных задач, с решением которой в первую очередь приходится сталкиваться начинающему проектировщику аналоговых электронных схем, является синтез их структуры. Решение этой задачи у начинающего проектировщика требует наличия определенных навыков и предшествующего опыта проектирования и поэтому у него вызывает наибольшие трудности. В связи с этим в задании на проектирование, имеющем учебную направленность, структура усилительного тракта принимается заданной.

К проектированию предложен трехкаскадный усилительный тракт, включающий в различном сочетании каскады "общий эмиттер" (ОЭ), "общий коллектор" (ОК) и общую базу (ОБ). В ходе проектирования в ряде случаев оказывается необходимым дополнительное включение в состав тракта эмиттерного повторителя (каскада ОК), включенного на входе.

Задание предполагает выполнение усилителя как схемы с непосредственными межкаскадными связями. Построение схемы этого типа упрощает структуру усилительного тракта, так как не используются разделительные и блокировочные конденсаторы, а в промежуточных и оконечных каскадах потенциалозадаюшие базовые делители. Такое построение обеспечивает также возможность повышения стабильности и определенности режимов работы каскадов на постоянном токе за счет охвата схемы в целом петлей отрицательной обратной связи (ООС), действующей на постоянном токе. Проектирование этой петли и оценка ее влияния на повышение стабильности и определенности режимов работы на постоянном токе являются неотъемлемой частью выполнения курсовой работы.Предполагаемое схемное построение усилителя допускает использование в нем биполярных транзисторов с разным типом проводимости (транзисторов n-р-n и р-n-р), что позволяет отказаться от применения в ее структуре специальных схем понижения потенциалов (схем сдвига уровня).

Задание предполагает, что разрабатываемая схема предназначена для усиления однополярных импульсных сигналов, следующих с большой скважностью, например сигналов видеоимпульсов в лидарных и локационных системах. Сигналы такого типа имеют пренебрежимо малые средние значения, в результате чего можно считать, что при воздействии сигналов все изменения тока в транзисторе имеют односторонний характер и происходят относительно исходного (досигнального) его значения.

В задании сформулированы требования к допустимым переходным искажениям импульса. Эти требования охарактеризованы предельно допустимым значением длительности нарастания фронта tн импульса (рис. 1), а также допустимым спадом его вершины ∆ при заданной предельной его длительности tи. В задании оговаривается, как полярность выходного импульса ("+" или "-"), так и его предельное значение амплитуды Uм. Питание усилителя

3

предполагается осуществлять от двух источников питания, один из которых вырабатывает положительный потенциал Eп+, а другой - отрицательный Eп-.

В задании также содержатся следующие данные: Rн, Сн- значения параметров внешней цепи, на которую нагружен выход усилителя; tmax и tmin - пределы возможных изменений внешней температуры, при которых отклонения режимов работы усилительных каскадов на постоянном токе номинальных не должны превышать допустимых; Rc - сопротивление источника сигнала.

Пример задания на проектирование приведен в табл. 1.

Таблица 1

Проектирование рекомендуется выполнить применительно к использованию в усилительном тракте транзистора со следующими номинальными значениями основных параметров:

сопротивление базовой области rб – 30 0м; коэффициент усиления по току в схеме ОЭ h21э (β) – 100; обратный ток эмиттерного перехода Iоэ – 10-14 A; напряжение Эрли – 150 В;

максимальный ток коллектора Iкmax – 0,3 А; паразитная емкость перехода база-коллектор Сбк – 1 пФ;

модуль коэффициента усиления по току в схеме ОЭ на частоте 250 МГц –

4;

технологический разброс ∆Uбэт номинального напряжения база-эмиттер –

±30 мВ;

разброс ∆β коэффициента передачи тока базы в схеме ОЭ – ±15. Далее приводится содержание основных этапов проектирования.

4

Выбор типа проводимости транзисторов (этап 1)

При выборе типа проводимости транзисторов следует руководствоваться тем, что с точки зрения обеспечения пониженного энергопотребления и выделения излишней тепловой мощности следует paботу каскадов организовывать при малых значениях выходных токов Iк0 Iэ0, т.е. положение исходной рабочей точки выбирать соответствующим начальному участку передаточной характеристики транзистора. В этих условиях во избежание отсечки и искажения однополярных сигналов необходимо обеспечить в каждом каскаде определенное соответствие между типом проводимости транзистора и полярностью входного сигнального напряжения. Оно должно быть таким, чтобы воздействие сигнального импульса на вход транзистора сопровождалось увеличением токов в его выходной цепи. Выполнению указанного условия отвечает транзистор с проводимостью n-p-n при положительных сигнальных импульсах на его базе относительно эмиттера и p-n-p – при отрицательных. Рекомендации по обеспечению указанного соответствия для каскадов различного типа представлены в табл. 2.

В предоконечных и входных каскадах можно в ряде случаев от выполнения указанного принципа отказаться. На рис.2 представлены структурные схемы двухтранзисторных усилительных звеньев, которые, как правило, выполняются на транзисторах с одинаковой проводимостью.

Рекомендуемый порядок выполнения этапа 1 1. В соответствии с данными задания на проектирование о требуемом

построении усилительного тракта составить его структурную схему по типу рис. 3. При этом учесть возможность использования в составе тракта схемных конфигураций рис.2.

5