### ТЗ на усилитель¶

- 2.1. Усилители должны обеспечивать усиление сигнала заданного уровня мощности
  и заданной частоты в импульсном режиме работы с длительностью импульсов от 100
  мкс до 350 мкс.
- 2.2. Частота повторения импульсов: не более 5 Гц.
- 2.8. Спад плоской вершины импульса (от 10 мкс после переднего фронта до 10 мкс
  перед задним фронтом): не более 0.5 % мощности на каждые 15 мкс длительности импульса.
- 2.14. Нестабильность по мощности от импульса к импульсу (после прогрева усилителя): не более 0.1% от мощности, измеряемой в кВт
- 2.17. Передний и задний фронт импульса (от 10% до 90% амплитуды ВЧ сигнала) при работе на согласованную нагрузку: не более 10 мкс

In [8]:

    Vcc = 50 # VCC

In [9]:

    Timp = 350e-6 # время испульса
    Toff = 1/5 # период следования импульсов
    Trise = 1e-6 # время фронта

### ТЗ на конденсаторы¶

Ток номинальный пульсирующий, А

In [10]:

    I_2200 = 5.76 # Iном пульсирующий 100кГц К50-104-2200
    I_1500 = 11.1 # Iном пульсирующий 100кГц К50-98-1500
    C_2200 = 2200e-6 # емкость К50-104-2200
    C_1500 = 1500e-6 # емкость К50-98-1500

Запас энергии в конденсаторах, Дж

In [13]:

    E_2200 = C_2200*pow(Vcc,2)/2

In [14]:

    E_1500 = C_1500*pow(Vcc,2)/2

### Полевой транзистор¶

Характеристики IRFR24N15DTRPBF:

In [25]:

    Ciss = 890e-12 # Input capacitance
    Crss = 46e-12 # Reverse transfer capacitance
    Isd = 24 # Continuous source-drain diode current
    Rds = 0.095 # R drain surce max
    Vgs_max = 7 # Fig. 3 - Typical Transfer Characteristics для Ids = 20 A - линейный режим
    Vgs_min = 5 # Fig. 3 - Typical Transfer Characteristics для Ids = 20 A - линейный режим

Ток фронта Irise (на затвор при открытии)

In [16]:

    Irise = (Crss*(Vcc+Vgs_max)+Ciss*Vgs_max)/Trise

In [17]:

    Irise

Out[17]:

    0.008852

### Cопротивления¶

#### R нагрузки (Ом)¶

In [18]:

    Vcc/Isd

Out[18]:

    2.0833333333333335

In [19]:

    Rload = 2

Пусть Rload = 2

#### R sense (Ом)¶

In [20]:

    Rsense = 0.05

### Времена разряда. Рассеиваемая мощность¶

Время полного разряда конденсаторов с номинальным током разряда (секунд):

In [21]:

    E_1500/(pow(I_1500,2)*Rload)

Out[21]:

    0.0076089603116630145

In [22]:

    E_2200/(pow(I_2200,2)*Rload)

Out[22]:

    0.04144362461419753

In [23]:

    Timp

Out[23]:

    0.00035

Рассеиваемая мощность в резисторе нагрузке при работе на VCC: P_R

- Toff = 20 мс - частота следования импульсов
- Timp = 100 мкс - длительность импульса

In [147]:

    Icont = Vcc/(Rload+Rds+Rsense)

In [158]:

    P_R = (Timp/(Toff+Timp))*pow(Icont,2)*Rload
    print(P_R)

    1.8984279046652415

Рассеиваемая мощность в транзисторе при работе на VCC: P_VT

In [156]:

    P_VT = (Timp/(Toff+Timp))*pow(Icont,2)*Rds
    print(P_VT)

    0.09017532547159897

Рассеиваемая мощность в датчике тока Rsense при работе на VCC: P_Rs

In [159]:

    P_Rs = (Timp/(Toff+Timp))*pow(Icont,2)*Rsense
    print(P_Rs)

    0.04746069761663104

### Операционный усилитель¶

#### Характеристики TL072CDT:¶

- Output short-circuit current 40 ma
- High slew rate: 16 V/µs (typ)
- Rise time 0.1 µs

# Cхема¶

## Схема была отмоделирована в MICROCAP с использованием компонентов:¶

- Резистор постоянный SMD 2512 0.005R 1% (1W), https://www.chipdip.ru/product0/9000987614
- TL072CDT, 2х канальный, малошумящий операционный усилитель с входным каскадом на полевых транзисторах, https://www.chipdip.ru/product/tl072cdt
- IRFR24N15DTRPBF, Транзистор, HEXFET, N-канал, 150В, 24А, https://www.chipdip.ru/product/irfr24n15dtrpbf-infineon

Напряжения источников питания, V:

- 14 => VC >= 10 V для обеспечения работы затвора в линейном режиме. чтобы Vgate попадало в диапазон линейного режима работы [V_gsmin; Vgsmax] Пояснение: ОУ будет обеспечивать VGate такой, чтобы на резисторе 0.05 Ом было нужное напряжение, если же нужное напряжение создать не удасться, то Vgate станет верхней границей напряжения ОУ (около 13 В при данном диапазоне VC) и транзистор просто будет в насыщении.
- -5 < VE < -3 V для обеспечения чувствительности к напряжению Rsense

In [26]:

    Vcc = 50
    VC = 10
    VE = -5

Параметры входного сигнала:

- Фронт 1 мкс
- Плато 100 мкс
- Спад 1 мкс
- Напряжение единицы Vone

Полученые результаты для параметров выходного сигнала:

- Фронт (не более) 3 мкс
- Плато 98 мкс
- Спад (не более) 3 мкс

### Графики симуляции¶

- По оси Х отложено время в мкс

- По оси У отложено напряжение, входного сигнала (синим) в V, и ток в нагрузку (красным) в А для разных значений напряжения единицы входного сигнала Vone в диапазоне 0...1 V с шагом 0.2 V

- Видно, что входным напряжениям соответствует выходной ток в диапазоне 0...20 А с шагом 4 А

- Формула зависимости тока в нагрузке I от входного напряжения Vone:

I = Vone/Rsense, где Rsense = 0.05 Ом