Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на биполярных транзисторах
p align="left">Входное сопротивление и входная емкость каскада рассчитываются по соотношениям (4.10) и (4.11).Пример 4.2. Рассчитать , , , , промежуточного каскада с эмиттерной коррекцией, схема которого приведена на рис. 4.2, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: = 0,9; =10; , нагружающего каскада - из примера 4.1; . Решение. По известным , и из (4.13) получим: = 28,5. Подставляя в (4.15) найдем: = 29 Ом. Рассчитывая по формуле (4.19) значение n и подставляя его в (4.20) определим: = 0,76. Зная , по (4.16) и (4.17) рассчитаем: = 201 пФ. По известным , , , и из (4.21) найдем: = 284 МГц. По формулам (4.10), (4.11) определим: = 44 пФ; =3590 Ом. 5. КОРРЕКЦИЯ ИСКАЖЕНИЙ ВНОСИМЫХ ВХОДНОЙ ЦЕПЬЮ5.1. РАСЧЕТ ИСКАЖЕНИЙ ВНОСИМЫХ ВХОДНОЙ ЦЕПЬЮПринципиальная схема входной цепи каскада приведена на рис. 5.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 5.1,б. а) б) Рис. 5.1 При условии аппроксимации входного сопротивления каскада параллельной RC-цепью, коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот описывается выражением [1]: , где ; (5.1) ; (5.2) ; - входное сопротивление и входная емкость каскада. Значение входной цепи рассчитывается по формуле (2.5), где вместо подставляется величина . Пример 5.1. Рассчитать и входной цепи, схема которой приведена на рис. 5.1, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: = 50 Ом и = 0,9. Решение. Из примера 2.1 имеем: = 126 Ом, = 196 пФ. Зная и из (5.1) получим: = 0,716. По (5.2) найдем: = 710-9 с. Подставляя известные и в (2.5) определим: = 11 МГц. 5.2. РАСЧЕТ ВХОДНОЙ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ Из приведенных выше примеров расчета видно, что наибольшие искажения АЧХ обусловлены входной цепью. Для расширения полосы пропускания входных цепей в [7] предложено использовать схему, приведенную на рис. 5.2. а) б) Рис. 5.2 Работа схемы основана на увеличении сопротивления цепи с ростом частоты усиливаемого сигнала и компенсации, благодаря этому, шунтирующего действия входной емкости каскада. Коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот можно описать выражением [1]: , где ; (5.3) ; ; ; (5.4) - входное сопротивление и входная емкость каскада. Значение , соответствующее оптимальной по Брауде АЧХ, рассчитывается по формуле: . (5.5) При заданном значении и расчете по (5.5) верхняя частота полосы пропускания входной цепи равна: , (5.6) где . Пример 5.2. Рассчитать , , входной цепи, приведенной на рис. 5.2, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: = 50 Ом, = 0,9, допустимое уменьшение за счет введения корректирующей цепи - 5 раз. Решение. Из примера 5.1 имеем: = 126 Ом, = 196 пФ, = 0,716. Используя соотношение (5.3) и условия задачи получим: = 10 Ом. Подставляя в (5.5) найдем: = 7,54 нГн. Подставляя результаты расчетов в (5.6), получим: = 108 МГц. Используя соотношения (5.4), (2.5) определим, что при простом шунтировании каскада резистором = 10 Ом каскада оказывается равной 50 МГц. 5.3. РАСЧЕТ КАСКАДА С ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Для исключения потерь в усилении, обусловленных использованием входной корректирующей цепи (см. раздел 5.2), в качестве входного каскада может быть использован каскад с параллельной ООС. Принципиальная схема каскада приведена на рис. 5.3,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 5.3,б. а) б) Рис. 5.3 Особенностью схемы является то, что при большом значении входной емкости нагружающего каскада и глубокой ООС ( мало) в схеме, даже при условии = 0, появляется выброс на АЧХ в области верхних частот. Поэтому расчет каскада следует начинать при условии:= 0. В этом случае коэффициент передачи каскада в области верхних частот описывается выражением: , (5.7) где ; (5.8) ; ; ; - входное сопротивление и емкость нагружающего каскада. При заданном значении , каскада равна: , (5.9) где . Формулой (5.9) можно пользоваться в случае, если . В случае схема имеет выброс на АЧХ и следует увеличить . Если окажется, что при меньше требуемого значения, следует ввести . В этом случае коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением: , (5.10) где ; (5.11) ; ; ; . Оптимальная по Брауде АЧХ достигается при условии: . (5.12) При заданном значении , каскада может быть найдена после нахождения действительного корня уравнения: , (5.13) где . При известном значении , каскада определяется из условия: . (5.14) Пример 5.3. Рассчитать , , каскада с параллельной ООС, схема которого приведена на рис. 5.3, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: = 50 Ом, = 0,9, = 1,5, нагружающего каскада - из примера 4.2 (= 44 пФ, = 3590 Ом). Решение. По известным и из (5.11) определим =75 Ом. Рассчитывая и формулы (5.7) найдем, что . Поэтому следует увеличить значение . Выберем = 6. В этом случае из (5.11) определим: = 150 Ом. Для данного значения . По формуле (5.9) получим: = 76 МГц. Для расширения полосы пропускания рассчитаем по (5.12): =57 нГн. Теперь найдем действительный корень уравнения (5.13): , и по (5.14) определим: = 122 МГц. 6. СОГЛАСОВАННЫЕ КАСКАДЫ С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ 6.1. РАСЧЕТ КАСКАДА С КОМБИНИРОВАННОЙ ООС Принципиальная схема каскада с комбинированной ООС приведена на рис. 6.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 6.1,б. а) б) Рис.6.1Совместное использование параллельной ООС по напряжению и последовательной ООС по току позволяет стабилизировать коэффициент усиления каскада, его входное и выходное сопротивления. При условии >> и выполнении равенств: (6.1) схема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие 0,7. Поэтому взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании отсутствует [8]. При выполнении условий (6.1), коэффициент передачи каскада от генератора в нагрузку в области верхних частот описывается выражением: , (6.2) где ; (6.3) ; ; ; . Задаваясь значением , из (6.1) и (6.3) получим: . (6.4) При заданном значении , каскада равна: , (6.5) где . В [9] показано, что при выполнении условий (6.1) ощущаемое сопротивление нагрузки транзистора каскада с комбинированной ООС равно , а максимальная амплитуда сигнала, отдаваемого каскадом в нагрузку, составляет величину: , (6.6) где - максимальное значение выходного напряжения отдаваемого транзистором. Пример 6.1. Рассчитать , , каскада приведенного на рис. 6.1, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: = 50 Ом; =0,9; =3. Решение. По известным и из (6.4) получим: =200 Ом. Подставляя в (6.1) найдем: =12,5 Ом. Рассчитывая коэффициенты , формулы (6.2) и подставляя в (6.5) определим: =95 МГц. Теперь по (6.6) можно найти величину потерь выходного сигнала, обусловленных использованием ООС: . 6.2. РАСЧЕТ КАСКАДОВ С ПЕРЕКРЕСТНЫМИ ООС Принципиальная схема каскадов с перекрестными ООС приведена на рис. 6.2,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 6.2,б. а) б) Рис. 6.2По идеологии построения рассматриваемая схема похожа на усилитель, в котором использованы каскады с комбинированной ООС. Однако при заданном коэффициенте усиления схема обладает большей полосой пропускания, которая практически не сокращается при увеличении числа каскадов, что объясняется комплексным характером обратной связи на высоких частотах. Усилитель с перекрестными ООС, также как и каскад с комбинированной ООС, при выполнении равенств (6.1) оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 [8, 9]. Коэффициент передачи двухтранзисторного варианта усилителя, изображенного на рис. 6.2, выполненного на однотипных транзисторах и при пренебрежении величинами второго порядка малости, описывается выражением: , (6.7) где ; (6.8) = 2; ; ; При заданном значении , каскада равна: , (6.9) где . Величина потерь выходного сигнала, обусловленных использованием ООС, определяется соотношением (6.6). При увеличении числа каскадов, верхняя граничная частота всего усилителя практически не меняется и может быть рассчитана по эмпирической зависимости: , где - общее число каскадов; - верхняя частота полосы пропускания двухтранзисторного варианта усилителя, рассчитываемая по формуле (6.9). Коэффициент усиления n-каскадного усилителя рассчитывается по формуле (6.8). Пример 6.2. Рассчитать , , двухтранзисторного варианта усилителя приведенного на рис. 6.2, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: =50 Ом; =0,81; =10. Решение. Подставляя в (6.8) заданные значения и найдем: = 160 Ом. Подставляя в (6.1) получим: =15,5 Ом. Теперь по (6.9) определим: =101 МГц. 6.3. РАСЧЕТ КАСКАДА СО СЛОЖЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЙ Принципиальная схема каскада со сложением напряжений [10] приведена на рис. 6.3,а, эквивалентная схема по постоянному току - на рис. 6.3,б, по переменному току - на рис. 6.3,в. а) б) в) Рис. 6.3При выполнении условия:, (6.10)напряжение, отдаваемое транзистором каскада, равно амплитуде входного воздействия. Коэффициент усиления по току транзистора включенного по схеме с общей базой равен единице. В этом случае ток, отдаваемый предыдущим каскадом, практически равен току нагрузки. Поэтому ощущаемое сопротивление нагрузки каскада равно половине сопротивления , его входное сопротивление также равно половине сопротивления, вплоть до частот соответствующих = 0,7. Это следует учитывать при расчете рабочих точек рассматриваемого и предоконечного каскадов.Коэффициент усиления каскада в области верхних частот, с учетом выполнения равенства (6.10), описывается выражением:,где ;;;;.Оптимальная по Брауде АЧХ каскада реализуется при расчете и по формулам [10]:; (6.11), (6.12)а значение определяется из соотношения:. (6.13)Пример 6.3. Рассчитать , , каскада со сложением напряжений приведенного на рис. 6.3, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: = 50 Ом; = 0,9.Решение. По формулам (6.11), (6.12) получим = 3 кОм; = 10,4 пФ. Теперь по (6.13) найдем: =478 МГц.7. РАСЧЕТ КАСКАДОВ С ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНЫМИ КОРРЕКТИРУЮЩИМИ ЦЕПЯМИ В рассматриваемых выше усилительных каскадах расширение полосы пропускания было связано с потерей части выходной мощности в резисторах корректирующих цепей, либо цепей ООС. Этого недостатка лишены усилители, построенные по принципу последовательного соединения корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов [2]. В этом случае расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рис. 1.2, а в цепи коллектора вместо резистора устанавливается дроссель , исключающий потери мощности в коллекторной цепи. Пример построения схемы усилителя с КЦ приведен на рис. 7.1, где ВхКЦ - входная КЦ, МКЦ - межкаскадная КЦ, ВыхКЦ - выходная КЦ. Рис. 7.1 7.1. РАСЧЕТ ВЫХОДНОЙ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ Из теории усилителей известно [3], что для получения максимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки, для внутреннего генератора транзистора, равное постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Это достигается включением выходной емкости транзистора (см. рис. 1.2) в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рис. 7.2. Рис. 7.2 При работе усилителя без выходной КЦ, модуль коэффициента отражения || ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора равен [3]: || = , (6.14) где - текущая круговая частота. В этом случае уменьшение выходной мощности относительно максимального значения, обусловленное наличием , составляет величину: , (6.15) где - максимальное значение выходной мощности на частоте при условии равенства нулю ; - максимальное значение выходной мощности на частоте при наличии. Описанная в [3] методика Фано позволяет при заданных и рассчитать такие значения элементов выходной КЦ и , которые обеспечивают минимально возможную величину максимального значения модуля коэффициента отражения в полосе частот от нуля до . В таблице 7.1 приведены нормированные значения элементов , , , рассчитанные по методике Фано, а также коэффициент, определяющий величину ощущаемого сопротивления нагрузки относительно которого вычисляется . Истинные значения элементов рассчитываются по формулам: (6.16) где - верхняя круговая частота полосы пропускания усилителя. Таблица 7.1 - Нормированные значения элементов выходной КЦ|
| | | | | | 0,10,20,30,4 0,5 | 0,1800,3820,5470,682 0,788 | 0,0990,1950,2850,367 0,443 | 0,0000,0020,0060,013 0,024 | 1,0001,0011,0021,010 1,020 | | 0,60,70,80,9 1,0 | 0,8650,9170,9490,963 0,966 | 0,5130,5790,6420,704 0,753 | 0,0370,0530,0710,091 0,111 | 1,0361,0591,0861,117 1,153 | | 1,11,21,31,4 1,5 | 0,9580,9440.9270,904 0,882 | 0,8230,8810,9400,998 1,056 | 0,1310,1530,1740,195 0,215 | 1,1931,2381,2841,332 1,383 | | 1,61,71,8 1,9 | 0,8580,8330,808 0,783 | 1,1151,1731,233 1,292 | 0,2350,2550,273 0,292 | 1,4371,4901,548 1,605 | | |
Страницы: 1, 2, 3
|
|