додати матеріал

приховати рекламу

Розрахунок коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилюючих каскадів на біполярних транзисторах

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

ВСТУП
1. ВИХІДНІ ДАНІ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ
2. РОЗРАХУНОК НЕКОРРЕКТІРОВАННОГО КАСКАДУ із загальним емітером
3. РОЗРАХУНОК КАСКАДУ з високочастотним Індуктивні КОРЕКЦІЯ
4. РОЗРАХУНОК КАСКАДУ З емітерний КОРЕКЦІЯ
5. КОРЕКЦІЯ СПОТВОРЕНЬ вносяться ВХІДНИЙ ЛАНЦЮГОМ
6. УЗГОДЖЕНІ КАСКАД зі зворотним зв'язком
7. РОЗРАХУНОК ПІДСИЛЮЮЧИХ КАСКАДІВ З чотирьохполюсних коригуючими ланцюгами
8. РОЗРАХУНОК ПІДСИЛЮВАЧ З ЧАСТОТНО-розділові ланцюгами
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

РОЗРАХУНОК коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилюючих каскадів на біполярних транзисторах
Мета роботи - отримання закінчених аналітичних виразів для розрахунку коефіцієнта підсилення, смуги пропускання і значень елементів коригувальних ланцюгів найбільш відомих і ефективних схемних рішень побудови підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах (БТ). Основні результати роботи - висновок і подання в зручному для проектування вигляді розрахункових співвідношень для підсилювальних каскадів з простою індуктивного і джерельній корекціями, з чотириполюсним дисипативними міжкаскадні коригуючими ланцюгами четвертого порядків, для вхідний і вихідний коригувальних ланцюгів. Для всіх схемних рішень побудови підсилювальних каскадів на БТ наведені приклади розрахунку.

ВСТУП

У теорії підсилювачів немає достатньо обгрунтованих доказів переваги використання того чи іншого схемного рішення при розробці підсилювального пристрою. У зв'язку з цим проектування підсилювачів багато в чому грунтується на інтуїції і досвіді розробника. При цьому, різні розробники, частіше за все, по-різному вирішують поставлені перед ними завдання, досягаючи бажаних результатів. Дана робота призначена для починаючих розроблювачів широкосмугових підсилювачів і містить: найбільш відомі та ефективні схемні рішення побудови широкосмугових підсилюючих каскадів на БТ; співвідношення для їх розрахунку за заданим вимогам; приклади розрахунку. Оскільки, як правило, широкосмугові підсилювачі працюють в стандартному 50 або 75-омном тракті, співвідношення для розрахунку дані виходячи з умов, що кінцеві каскади підсилювачів працюють на чисто резистивную навантаження, а вхідні каскади підсилювачів працюють від суто резистивного опору генератора.

1 ВИХІДНІ ДАНІ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ
Відповідно до [1, 2, 3], наведені нижче співвідношення для розрахунку підсилювальних каскадів засновані на використанні еквівалентної схеми заміщення транзистора наведеної на малюнку 1.1, або на використанні його односпрямованої моделі [2, 3] наведена на рисунку 1.2.

Малюнок 1.1 - Еквівалентна схема Джиаколетто

Малюнок 1.2 - Односпрямована модель
Значення елементів схеми Джиаколетто можуть бути розраховані за паспортними даними транзистора за такими формулами [1]:


= 3 - для планарних кремнієвих транзисторів,
= 4 - для решти транзисторів,
; ; ;
де - Ємність колекторного переходу; - Постійна часу ланцюга зворотного зв'язку; - Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі із загальним емітером; - Гранична частота коефіцієнта передачі струму в схемі із загальним емітером; - Струм емітера в робочій точці в міліамперах.
У довідковій літературі значення і часто наводяться виміряними при різних значеннях напруги колектор-емітер . Тому при розрахунках значення слід перерахувати за формулою [1]
,
де - Напруга , При якій відбувалося вимір ; - Напруга , При якій відбувалося вимір .
Оскільки і виявляються багато менше провідності навантаження підсилювальних каскадів, в розрахунках вони зазвичай не враховуються.
Елементи схеми заміщення наведеної на рисунку 1.2 можуть бути розраховані за наступними емпіричними формулами [4]:
, , , ,
де - Індуктивність виведення бази; - Індуктивність виведення емітера; - Граничне значення напруги ; - Граничне значення постійного струму колектора.
При розрахунках по еквівалентної схеми, наведеної на рисунку 1.2, замість використовують параметр - Коефіцієнт підсилення транзистора по потужності в режимі двостороннього узгодження [2], що дорівнює:
= (1.1)
де - Частота, на якій коефіцієнт підсилення транзистора по потужності в режимі двостороннього узгодження дорівнює одиниці; - Поточна частота.

2 РОЗРАХУНОК НЕКОРРЕКТІРОВАННОГО КАСКАДУ із загальним емітером
2.1 Крайовий каскад
Схема каскаду по змінному струму наведена на малюнку 1.3, де - Опір навантаження; - Опір в ланцюзі колектора.

Малюнок 2.1 - Схема кінцевого некорректірованного каскаду.
При відсутності реактивності навантаження, смуга пропускання каскаду визначається параметрами транзистора. Відповідно до [1] коефіцієнт підсилення каскаду в області верхніх частот можна описати виразом:
,
де ; (1.2)
(1.3)
; (1.4)
; (1.5)
.

При заданому рівні частотних спотворень
,
верхня частота смуги пропускання каскаду дорівнює:
= . (1.6)
Вхідний опір каскаду може бути апроксимовані паралельної RC ланцюгом [1]:
; (1.7)
= (1.8)
Приклад 1.1. Розрахувати , , , каскаду, наведеного на малюнку 1.3 при використанні транзистора КТ610А ( = 5 Ом, = 1 Ом, = 0,0083 Сим, = 4 пФ, = 160 пФ, = 1 ГГц, = 120, = 0,95 А / В, = 0,99, = 55 мА), та умов: = 50 Ом; = 0,9; = 10.
Рішення. За відомим і відповідно до (1.2) маємо = 10,5 Ом. Знаючи знаходимо = 13,3 Ом. За формулою (1.3) знайдемо = 1,03 × 10 -9 с. Підставляючи відомі і у співвідношення (1.6) отримаємо = 74,9 МГц. За формулами (1.7) та (1.8) визначимо = 196 пФ, = 126 Ом.

2.2 ПРОМІЖНИЙ КАСКАД
Схема каскаду по змінному струму наведена на малюнку 1.4, де - Опір в ланцюзі колектора; , - Вхідний опір і вхідна ємність навантажує каскаду.

Малюнок 2.2 - Схема проміжного некорректірованного каскаду.
Відповідно до [1] коефіцієнт підсилення каскаду в області частот описується виразом:
,
де = × (1.9)
(1.10)
= . (1.11)
Значення , , каскаду розраховуються за формулами (1.6), (1.7), (1.8).
Приклад 2. Розрахувати , , , каскаду наведеного на малюнку 1.4 при використанні транзистора КТ610А (дані транзистора наведені в прикладі 1.1) і умов = 0,9; = 10; , - З прикладу 1.
Рішення. За відомим і з (1.9) отримаємо = 10.5 Ом. Знаючи з (1.11) знайдемо = 11,5 Ом. За формулою (1.10) визначимо = 3 × 10 -9 с. Підставляючи відомі , у співвідношення (1.6) отримаємо = 25,5 МГц. За формулами (1.7) та (1.8) визначимо = 126 Ом, = 196 пФ.

3 РОЗРАХУНОК КАСКАДУ з високочастотним Індуктивні КОРЕКЦІЯ
3.1 Крайовий каскад
Схема каскаду по змінному струму наведена на малюнку 3.1.

Малюнок 3.1 - Схема кінцевого каскаду з високочастотної індуктивного корекцією.
При відсутності реактивності навантаження високочастотна (ВЧ) індуктивна корекція вводиться для корекції спотворень АЧХ внесених транзистором. Відповідно до [1] коефіцієнт підсилення каскаду в області верхніх частот, при оптимальному значенні рівному
, (1.12)
описується виразом
,
де = × ; (1.13)
= ; 1.14)
= ; (1.15)
(1.16)
і визначаються виразами (1.4) і (1.5).
При заданому , каскаду дорівнює:
= . (1.17)
Значення , каскаду розраховуються за формулами (1.7), (1.8).
Приклад 3 Розрахувати , , , , каскаду з ВЧ індуктивного корекцією, схема якого наведена на малюнку 3.1, при використанні транзистора КТ610А (дані транзистора наведені в прикладі 1) та умов = 0,9; = 10; = 50 Ом.
Рішення. За відомим і з (1.13) отримаємо = 10,5 Ом. Знаючи з (1.14) знайдемо = 13,3 Ом. Розраховуючи за (1.16) і підставляючи в (1.12) отримаємо = 13,7 × 10 -9 Гн. Визначаючи t к по (1.15) і підставляючи в (1.17) визначимо = 350 МГц. За формулами (1.7), (1.8) знайдемо = 196 пФ, = 126 Ом.
3.2 ПРОМІЖНИЙ КАСКАД
Схема каскаду по змінному струму наведена на малюнку 3.2.

Рисунок 3.2 - Схема проміжного каскаду з високочастотної індуктивного корекцією
Відповідно до [1] коефіцієнт підсилення каскаду в області верхніх частот, при оптимальному значенні рівному
= × , (1.18)
визначається виразом:

де = × ; (1.19)
= ; (1.20)
= ; (1.21)
= , (1.22)
і визначаються виразами (1.4), (1.5). Значення , , каскаду розраховуються за формулами (1.17), (1.7), (1.8).
Приклад 4. Розрахувати , , , , каскаду з ВЧ індуктивного корекцією, схема якого наведена на малюнку 3.2, при використанні транзистора КТ610А (дані транзистора наведені в прикладі 1.1) і умов: = 0,9; = 10; , - З прикладу 3.
Рішення. За відомим і з (1.19) отримаємо = 10,5 Ом. Знаючи з (1.20) знайдемо = 11,5 Ом. Розраховуючи за (1.22) і підставляючи в (1.18) отримаємо = 34,7 × 10 -9 Гн. Визначаючи за (1.21) і підставляючи в (1.17) визначимо = 308 МГц. За формулами (1.7), (1.8) знайдемо = 196 пФ, = 126 Ом.

4 РОЗРАХУНОК КАСКАДУ З емітерний КОРЕКЦІЯ
4.1 Крайовий каскад
Схема каскаду по змінному струму наведена на малюнку 4.1.

Малюнок 4.1. Схема кінцевого каскаду з емітерний корекцією
При відсутності реактивності навантаження емітерна корекція вводиться для корекції спотворень АЧХ, що вносяться транзистором, збільшуючи амплітуду напруги емітер-база з ростом частоти. Відповідно до [1], модуль коефіцієнта підсилення каскаду в області верхніх частот, при виборі елементів корекції , відповідними оптимальної за Брауде АЧХ, описується виразом
, (1.23)
де ;
= ; (1.24)
- Глибина ООС; (1.25)
; (1.26)
; (1.27)
(1.28)
При заданому значенні , Оптимальне значення визначається виразом
. (1.29)
Підставляючи і в (1.23) можна отримати:
, (1.30)
де .
Вхідний опір каскаду з емітерний корекцією може бути апроксимовані паралельної RC-ланцюгом [1].
; (1.31)
. (1.32)
Приклад 5. Розрахувати , , , , каскаду з емітерний корекцією схема якого наведена на рисунку 4.1, при використанні транзистора КТ610А (дані транзистора наведені в прикладі 1) та умов = 0,9; = 10; = 50 Ом.
Рішення. За відомим , і з (5.2) отримаємо = 4,75. Підставляючи в (1.25) і (1.29) знайдемо = 4 Ом; = 1,03. Розраховуючи за (1.28) і підставляючи в (1.26), (1.27) отримаємо = 50,5 пФ. За відомим , , , і з (1.30) визначимо = 407 МГц. За формулами (1.31), (1.32) знайдемо = 71 пФ, = 600 Ом.
4.2 ПРОМІЖНИЙ КАСКАД
Схема каскаду по змінному струму наведена на малюнку 1.10.

Малюнок 4.2. Схема проміжного каскаду з емітерний
корекцією
Відповідно до [1] модуль коефіцієнта підсилення каскаду в області верхніх частот, при виборі елементів корекції відповідними оптимальної за Брауде АЧХ, описується виразом (1.23). У даному випадку, при заданому значенні , Оптимальне значення визначається із співвідношення:
, (1.33)
де .
Значення , , каскаду розраховуються за формулами (1.30), (1.31), (1.32), при цьому в (1.24), (1.28) і (1.31) величина замінюється на .
Приклад 6. Розрахувати , , , , каскаду з емітерний корекцією, схема каскаду наведена на малюнку 4.2, при використанні транзистора КТ610А (дані транзистора наведені в прикладі 1) і умов: = 0,9; = 10; = 71,5 пФ; = 300 Ом (передбачається, що навантаженням даного каскаду є вхідний опір каскаду розрахованого в прикладі 5, а в колекторі транзистора варто резистор з номіналом 600 Ом.
Рішення. За відомим , і з (1.24) отримаємо = 28,5. Підставляючи в (1.25) знайдемо = 29 Ом. Знаючи і , По (1.33) визначимо = 0,76. Розраховуючи за (1.28) і підставляючи в (1.26), (1.27) отримаємо = 201 пФ. За відомим , , , , з (1.30) визначимо = 284 МГц. За формулами (1.31), (1.32) знайдемо = 44 пФ; = 3590 Ом.

5 КОРЕКЦІЯ СПОТВОРЕНЬ вносяться ВХІДНИЙ ЛАНЦЮГОМ
5.1 РОЗРАХУНОК СПОТВОРЕНЬ вносяться ВХІДНИЙ ЛАНЦЮГОМ
Схема вхідного ланцюга каскаду по змінному струму наведена на рисунку 5.1, де - Внутрішній опір джерела сигналу.

Малюнок 5.1. Схема вхідного ланцюга некорректірованного каскаду
За умови апроксимації вхідного опору каскаду паралельної RC-ланцюгом, коефіцієнт передачі вхідного ланцюга в області частот описується виразом [1]:
,
де = (1.34)
= ; (1.35)
= ;
= ;
Значення вхідного ланцюга розраховується за формулою (1.6).
Приклад 7. Розрахувати і вхідного ланцюга наведеної на рисунку 5.1, при роботі каскаду на транзисторі КТ610А (дані транзистора наведені в прикладі 1.1) від генератора з = 50 Ом і при = 0,9.
Рішення. З прикладу 1 маємо: = 126 Ом, = 196 пФ. За формулою (1.34) отримаємо: = 0,716, а за формулою (1.35): = 7 × 10 -9 с. Підставляючи відомі і в (1.6) знайдемо: = 11 МГц.
5.2 РОЗРАХУНОК ВХІДНИЙ коригувальні ланцюга
З наведених вище прикладів розрахунку видно, що найбільші спотворення АЧХ обумовлені вхідний ланцюгом. Для розширення смуги пропускання вхідних ланцюгів в [5] запропоновано використовувати схему.
Робота схеми заснована на збільшенні опору ланцюга із зростанням частоти для компенсації шунтуючого дії вхідний ємності каскаду. При заданому значенні і виборі , Відповідної оптимальної за Брауде АЧХ, модуль коефіцієнта передачі вхідного ланцюга описується виразом:
,
де ; (1.42)
;
;
;
; (1.43)
, - Вхідний опір і вхідна ємність каскаду.
При заданому значенні , вхідний ланцюга дорівнює:
, (1.44)
де .
Приклад 1.8. Розрахувати , , вхідного ланцюга наведеної на малюнку 5.2 при роботі на каскад з параметрами, даними в прикладі 7, при зменшенні за рахунок введення у п'ять разів у порівнянні з некорректірованной вхідний ланцюгом, і при = 50 Ом, = 0,9.
Рішення. З прикладу 7 маємо: = 126 Ом; = 196 пф; = 0,716. Зі співвідношення (1.42) і умов завдання отримаємо: = 10 Ом. Підставляючи в (1.43) знайдемо: = 7,54 нГн. Підставляючи результати розрахунку в (1.44), отримаємо: = 108 МГц. Використовуючи співвідношення (1.6), (1.41) визначимо, що при простому шунтуванні каскаду резистором = 10 Ом каскаду виявляється рівною 50 МГц.
5.3 РОЗРАХУНОК КАСКАДУ з паралельним Негативний зворотний зв'язок
Для виключення втрат у посиленні, обумовлених використанням вхідний коректує ланцюга (див. розділ 5.2), в якості вхідного каскаду може бути використаний каскад з паралельною ООС, схема якого наведена на малюнку 5.3.


, - Вхідні опір і ємність навантажує каскаду
Малюнок 5.3 Схема каскаду з паралельною ООС
Особливістю схеми є те, що при великому значенні і глибокої ООС ( мало) в схемі, навіть за умови = 0, з'являється викид на АЧХ в області верхніх частот. Тому розрахунок каскаду слід починати за умови: = 0. У цьому випадку коефіцієнт підсилення каскаду в області верхніх частот визначається виразом:
, (1.45)
де ; (1.46)

;
.
При заданому значенні , каскаду дорівнює:
, (1.47)
де .
Формулою (1.47) можна користуватися у разі, якщо . У випадку схема має викид на АЧХ і слід збільшити .
Якщо виявиться, що при менше необхідного значення, слід ввести . У цьому випадку коефіцієнт підсилення каскаду в області частот описується виразом:
, (1.48)
де ;
;

;
;

Оптимальна по Брауде АЧХ досягається за умови:
. (1.50)
При заданому значенні , каскаду може бути знайдена після знаходження дійсного кореня рівняння:
, (1.51)
де .
При відомому значенні , дорівнює:
. (1.52)
Приклад 9. Розрахувати , , каскаду з паралельною ООС схема якого наведена на малюнку 5.3, при використанні транзистора КТ610А (дані транзистора наведені в прикладі 1.1), при = 50 Ом; = 0,9; = 1,5 і при роботі на каскад розрахований в прикладі 6 ( = 3590 Ом, = 44 пФ).
Рішення. За відомим і з (1.46) визначимо = 75 Ом. Розраховуючи і формули (1.45) знайдемо, що . Тому слід збільшити значення . Виберемо = 6. У цьому випадку з (1.46) визначимо: = 150 Ом. Для даного значення . За формулою (1.47) отримаємо: = 76 Мгц. Для розширення смуги пропускання розрахуємо за (1.50): = 57 нГн. Тепер знайдемо дійсний корінь рівняння (1.51): , І по (1.52) визначимо = 122 МГц.

6 УЗГОДЖЕНІ КАСКАД зі зворотним зв'язком
6.1 РОЗРАХУНОК КАСКАДУ З КОМБІНОВАНОЇ ООС
Схема каскаду по змінному струму наведена на малюнку 6.1 [6].

Малюнок 6.1 Схема каскаду з комбінованою ООС
Перевагою схеми є те, що за умов:
і (1.53)
схема виявляється узгодженої по входу і виходу з КСВН не більше 1,3 в діапазоні частот, де виконується умова ³ 0,7. Тому практично відсутній взаємний вплив каскадів один на одного при їх каскадування [6].
При виконанні умов (1.53), коефіцієнт підсилення каскаду в області частот описується виразом:
, (1.54)
де ; (1.55)
;
;
;
.
З (1.53), (1.55) не важко отримати, що при відомому значенні величина резистора визначається виразом:
. (1.56)
При заданому значенні , каскаду дорівнює:
, (1.57)
де .
В [8] показано, що при виконанні умов (1.53) відчувається опір навантаження транзистора, каскаду з комбінованою ООС, так само , А максимальна амплітуда вихідного сигналу каскаду зменшується на величину: , Що слід враховувати при виборі робочої точки транзистора.
Приклад 10. Розрахувати , , каскаду наведеного на малюнку 6.1 при використанні транзистора КТ610А (дані транзистора наведені в прикладі 1) і умов: = 50 Ом; = 0,9; = 3.
Рішення. За відомим і з (1.56) отримаємо: = 200 Ом. Підставляючи в (1.53) знайдемо: = 12,5 Ом. Розраховуючи коефіцієнти , формули (1.54) і підставляючи в (1.57) визначимо: = 95 МГц.
6.2 РОЗРАХУНОК ПІДСИЛЮЮЧИХ КАСКАДІВ з перехресним ООС
Схема підсилювальних каскадів по змінному струмі наведена на малюнку 6.2 [9].

Малюнок 6.2 Схема підсилювальних каскадів з перехресними ООС
За ідеології побудови розглянута схема схожа на підсилювач, в якому використані каскади з комбінованою ООС. Однак при заданому коефіцієнті посилення схема має більшу смугою пропускання, яка практично не скорочується при збільшенні числа каскадів, що пояснюється комплексним характером зворотного зв'язку на високих частотах.
Також як і каскад з комбінованою ООС схема виявляється узгодженої по входу і виходу з КСВН не більше 1,5 і 1,3 відповідно, за умов [9, 10]:

; (1.60)
При виконанні умов (1.60) і при нехтуванні величинами другого порядку малості, коефіцієнт посилення двухтранзісторного варіанту підсилювача зображеного на малюнку 6.2 описується виразом:
; (1.61)
де ; (1.62)
;
;
; (1.63)
;
;
- Поточна частота;
.
При заданому значенні , двухтранзісторного варіанту підсилювача дорівнює:
, (1.64)
де .
При збільшенні числа каскадів підсилювача, верхня гранична частота всього підсилювача практично не змінюється і може бути розрахована за емпіричної залежності
,
де - Загальне число каскадів; - Верхня частота смуги пропускання двухтранзісторного варіанту підсилювача, що розраховується за формулою (1.66).
Підключення додаткових каскадів підсилення до двухтранзісторному варіанту підсилювача призводить до зростання посилення в раз, і загальний коефіцієнт підсилення, в цьому випадку, дорівнює:
.
Для підвищення вихідний потужності розглянутого підсилювача можна скористатися його модифікованою схемою приведеною на малюнку 6.3 [11].

Малюнок 6.3 Схема підсилювача з підвищеною вихідною потужністю.
Для схеми наведеної на малюнку 6.3 справедливі всі співвідношення наведені вище, однак вона має вдвічі більшу величину вихідної потужності завдяки паралельному включенню вихідних транзисторів [9
Приклад 11. Розрахувати , , двухтранзісторного варіанту підсилювача наведеного на малюнку 6.2, при використанні транзистора КТ610А (дані транзистора наведені в прикладі 1) і умов: = 50 Ом; = 0,81; = 10.
Рішення. Підставляючи в (1.62) різні значення знайдемо, що = 10 при = 0,262. Тепер по (1.64) визначимо: = 101 МГц. Використовуючи (1.63), отримаємо: = 13,1 Ом; = 191 Ом.
6.3 РОЗРАХУНОК каскаду зі складанням НАПРУЖЕНЬ
Схема каскаду по змінному струму наведена на малюнку 6.4 [10].

Малюнок 6.4 Схема каскаду зі складанням напруг
За умови:
(1.67)
напруга, що віддається транзистором каскаду, так само вхідного, ток ж, віддають попереднім каскадом, практично дорівнює струму навантаження. Тому відчувається опір навантаження каскаду одно половині опору , Його вхідний опір також одно половині опору , Аж до частот відповідних = 0,7. Це слід враховувати при розрахунку робочих точок розглянутого і предоконечного каскадів.
При виконанні умови (1.67) коефіцієнт підсилення каскаду в області частот описується виразом:
,
де
;
;
;
;
.
Оптимальна по Брауде АЧХ каскаду реалізується при розрахунку , за формулами [12]:
; (1.68)
, (1.69)
а значення визначається із співвідношення:
. (1.70)
Приклад 12. Розрахувати , , каскаду зі складанням напруг наведеного на малюнку 6.4, при використанні транзистора КТ610А (дані транзистора наведені в прикладі 1) і умов: = 50 Ом; = 0,9.
Рішення. За формулами (1.68), (1.69) отримаємо = 3 кОм; = 10,4 пФ. Тепер по (1.70) знайдемо = 478 МГц.

7 РОЗРАХУНОК ПІДСИЛЮЮЧИХ КАСКАДІВ З чотирьохполюсних коригуючими ланцюгами
7.1 РОЗРАХУНОК ВИХІДНИЙ коригувальні ланцюга
У розглянутих вище підсилювальних каскадах розширення смуги пропускання було пов'язано з втратою частини вихідний потужності в резисторах коригувальних ланцюгів, або ланцюгів ООС. Цього недоліку позбавлені підсилювачі, побудовані за принципом послідовного з'єднання коригувальних ланцюгів (КЦ) та підсилювальних елементів [2].
Приклад побудови такої схеми підсилювача по змінному струму наведено на малюнку 7.1.

Малюнок 7.1 Схема підсилювача з коригуючими ланцюгами
При цьому розрахунки вхідних, вихідних і міжкаскадних КЦ ведуться з використанням еквівалентної схеми заміщення транзистора наведеної на рисунку 1.2. З теорії підсилювачів відомо [3], що для отримання максимальної вихідної потужності в заданій смузі частот необхідно реалізувати відчувається опір навантаження, для внутрішнього генератора транзистора, рівне постійній величині в усьому робочому діапазоні частот. Це можна реалізувати, включивши вихідну ємність транзистора (див. малюнок 1.2) у фільтр нижніх частот, що використовується в якості вихідної КЦ. Схема включення вихідний КЦ наведена на малюнку 7.2.

Малюнок 7.2 Схема вихідний коректує ланцюга
При роботі підсилювача без вихідний КЦ, модуль коефіцієнта відбиття | | Ощущаемого опору навантаження внутрішнього генератора транзистора дорівнює [3]:
| | = , (1.71)
де - Поточна кругова частота.
При цьому зменшення вихідної потужності щодо максимального значення, обумовлене наявністю , Складає величину:
, (1.72)
де - Максимальне значення вихідної потужності на частоті за умови рівності нулю ;
- Максимальне значення вихідної потужності на частоті при наявності .
Описана в [3] методика Фано дозволяє при заданих і розрахувати такі значення елементів вихідний КЦ і , Які забезпечують мінімально можливу величину максимального значення модуля коефіцієнта відбиття в смузі частот від нуля до . У таблиці 7.1 наведені нормовані значення елементів , , Розраховані за методикою Фано, а також коефіцієнт , Що визначає величину відчутного опору навантаження щодо якого обчислюється .

Таблиця 7.1 Нормовані значення вихідний КЦ






0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,180
0,382
0,547
0,682
0,788
0,099
0,195
0,285
0,367
0,443
0,000
0,002
0,006
0,013
0,024
1,000
1,001
1,002
1,010
1,020
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,865
0,917
0,949
0,963
0,966
0,513
0,579
0,642
0,704
0,753
0,037
0,053
0,071
0,091
0,111
1,036
1,059
1,086
1,117
1,153
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
0,958
0,944
0.927
0,904
0,882
0,823
0,881
0,940
0,998
1,056
0,131
0,153
0,174
0,195
0,215
1,193
1,238
1,284
1,332
1,383
1,6
1,7
1,8
1,9
0,858
0,833
0,808
0,783
1,115
1,173
1,233
1,292
0,235
0,255
0,273
0,292
1,437
1,490
1,548
1,605
Справжні значення елементів розраховуються за формулами
(1.73)
Приклад 13. Розрахувати вихідну КЦ для підсилювального каскаду на транзисторі КТ610А ( = 4 пФ), при = 50 Ом, = 600 МГц. Визначити і зменшення вихідний потужності на частоті при використанні КЦ і без неї.
Рішення. Знайдемо нормоване значення : = = = 0,7536. У таблиці 7.1 найближче значення одно 0,753. Цьому значенню відповідають: = 1,0; = 0,966; = 0,111; = 1,153. Після денормірованія за формулами (1.73) отримаємо: = 12,8 нГн; = 5,3 пФ; = 43,4 Ом. Використовуючи співвідношення (1.71), (1.72) знайдемо, що за відсутності вихідний КЦ зменшення вихідний потужності на частоті , Обумовлене наявністю , Становить 1,57 рази, а при її використанні - 1,025 рази.

7.2 РОЗРАХУНОК КАСКАДУ З РЕАКТИВНОЇ межкаскадная коригувальна ЛАНЦЮГОМ ТРЕТЬОГО ПОРЯДКУ

Схема каскаду по змінному струму наведена на малюнку 7.3 [4, 14].
Малюнок 7.3 Каскад з межкаскадной корегуючої ланцюгом третьегопорядка
Використовуючи односпрямовану еквівалентну схему заміщення транзистора, схему (рисунок 7.3) можна представити у вигляді наведеному на малюнку 7.4.

Малюнок 7.4 Еквівалентна схема каскаду
Згідно з [2, 14], коефіцієнт прямої передачі каскаду на транзисторі Т2, за умови використання вихідний КЦ, дорівнює:
, (1.80)
де ;
;
= , = - Нормовані щодо Т1 і значення і .
При заданих значеннях , , , Відповідних необхідній формі АЧХ каскаду, нормовані значення , , розраховуються за формулами [4]:
(1.81)
де ;
;
;
;
;
;
;
,
,
= - Нормовані значення , , .
У теорії фільтрів відомі табульований значення коефіцієнтів , , , Відповідні необхідній формі АЧХ ланцюга описуваної функцією виду (1.80). Значення коефіцієнтів , , , Відповідні різної нерівномірності АЧХ, наведені в таблиці 3.
Таблиця 3
Нерівномірність АЧХ, дБ



0,1
1,605
1,184
0,611
0,2
1,805
1,415
0,868
0,3
1,940
1,56
1,069
0,4
2,05
1,67
1,24
0,5
2,14
1,75
1,40
0,6
2,23
1,82
1,54
0,7
2,31
1,88
1,67
0,8
2,38
1,93
1,80
0,9
2,45
1,97
1,92
1,0
2,52
2,012
2,035
1,2
2,65
2,08
2,26
1,4
2,77
2,13
2,46
1,6
2,89
2,18
2,67
1,8
3,01
2,22
2,87
2,0
3,13
2,26
3,06
Для вирівнювання АЧХ в області нижніх частот використовується резистор , Що розраховується за формулою:
. (1.82)
При роботі каскаду в якості вхідного, у формулі (1.81) значення приймається рівним нулю.
Після розрахунку , , , Істинні значення елементів знаходяться із співвідношень:

, , . (1.83)
Приклад 15. Розрахувати , , , , межкаскадной КЦ, схема якої наведена на малюнку 7.3, при використанні транзисторів КТ610А ( = 3 нГн, = 5 Ом, = 4 пФ, = 86 Ом, = 1 ГГц) і умов = 50 Ом, = 0,9, = 260 МГц.
Рішення. По таблиці 3 для = 0,9, що відповідає нерівномірності АЧХ 1 дБ, визначимо = 2,52; = 2,014; = 2,0367. Знаходячи нормовані значення = 0,56; = 0,055; = 0,058 і підставляючи в (1.81), отримаємо = 1,8; = 0,757; = 0,676. Розраховуючи і підставляючи в (1.80) знайдемо: = 3,2, а з (1.82) визначимо = 3,75 кОм. Після денормірованія по (1.83) отримаємо: = 12,8 пФ; = 5,4 пф; = 35,6 нГн.

8 РОЗРАХУНОК ПІДСИЛЮВАЧ З ЧАСТОТНО-розділові ланцюгами
При розробці підсилювачів з робочими частотами від нуля або одиниць кілогерц до одиниць гігагерц виникає проблема сполучення схемних рішень побудови низькочастотних та надвисокочастотних підсилювачів. Наприклад, використання великих значень розділових конденсаторів і дроселів харчування для зменшення нижньої граничної частоти, пов'язане з появою некорректіруемих паразитних резонансів в області надвисоких частот. Цього недоліку можна уникнути, використовуючи частотно-розділові ланцюга (ЧРЦ). Найбільший інтерес представляє схема підсилювача з ЧРЦ, призначеного для посилення як періодичних, так і імпульсних сигналів [15,16,17]. Схема підсилювача з ЧРЦ наведена на малюнку 8.1.

1 - перший канальний підсилювач
2 - другий канальний підсилювач
Малюнок 8.1 Схема підсилювача з ЧРЦ
Принцип роботи схеми полягає в наступному. Підсилювач з ЧРЦ складається з двох канальних підсилювачів. Перший канальний підсилювач є високочастотним і будується з використанням схемних рішень побудови підсилювачів надвисоких частот. Другий канальний підсилювач є низькочастотним і будується з використанням схемних рішень побудови підсилювачів постійного струму, або підсилювачів низької частоти. За умови узгоджених входів і виходів канальних підсилювачів, виборі значення резистора багато більше значення , А рівним , Підсилювач з ЧРЦ виявляється узгодженим по входу і виходу.
Якщо позначити нижню і верхню граничні частоти першого високочастотного підсилювача і , А другого низькочастотного підсилювача і , То додатковим необхідною умовою побудови підсилювача з ЧРЦ є вимога:
³ 10 . (1.84)
У цьому випадку розрахунок підсилювача з ЧРЦ зводиться до наступного.
Значення резисторів і вибираються з умов:
³ 10 ; = . (1.85)
По заданому коефіцієнту посилення першого канального підсилювача визначається необхідний коефіцієнт посилення другого канального підсилювача із співвідношення:
, (1.86)
де - Вхідний опір другій канального підсилювача.

Значення елементів ЧРЦ розраховуються за формулами:
(1.87)
Приклад 16. Розрахувати значення елементів , , , , , , Коефіцієнт посилення другого канального підсилювача та його для підсилювача з ЧРЦ, схема якого наведена на малюнку 8.1, за умови: = 10; = 1 МГц; = ; = 50 Ом.
Рішення. Відповідно до формулами (1.84) і (1.85) виберемо = 10 МГц, = 500 Ом, = 50 Ом. Тепер по (1.86) знайдемо: = 110, а по (1.87) = 10 еталі; = 25 мкГн; = 1 еталі; = 2,5 мкГн.

Список використаних джерел
1. Мамонкин І.Г. Підсилювальні пристрої. Навчальний посібник для вузів. - М.: Зв'язок. 1977
2. Шварц Н.З. Лінійні транзисторні підсилювачі НВЧ. - М.: Сов. радіо. 1980
3. Широкосмугові радіопередавальні пристрої / Алексєєв О.В., Головков О.А., Польовий В.В., Соловйов О.О.; Під ред. О.В. Алексєєва .- М.: Зв'язок. 1978
4. Титов О.А., Бабак Л.І., Черкашин М.В. Розрахунок межкаскадной узгоджуючої ланцюга транзисторного смугового підсилювача потужності / / Електронна техніка. Сер. НВЧ-техніка. 2000 Вип. 1.
5. Ангелів І., Стоєв І., Уршев А. Широкосмуговий малошумлячий підсилювач для діапазону 0,7-2 ГГц / / ПТЕ. 1985. № 3.
6. Никифоров В.В., Терентьєв С.Ю. Синтез ланцюгів корекції широкосмугових підсилювачів потужності із застосуванням методів нелінійного програмування. - Сб. статей. Напівпровідникова електроніка у техніці зв'язку. Випуск 26. / Под ред. І.Ф. Миколаївського. - М.: Радіо і зв'язок. 1986
7. Егенштафер Ф. Електроніка. 1971. т.44. № 16.
8. Меліхов С.В., Колесов І.А. Вплив навантажувальних зворотних зв'язків на рівень вихідного сигналу підсилювальних каскадів. - Сб. статей. Широкосмугові підсилювачі. Випуск 4. - Томськ: Вид-во Том. ун-ту. 1975
9. Титов А.А. Спрощений розрахунок широкосмугового підсилювача. / / Радіотехніка. 1979. № 6.
10. Абрамов Ф.Г., Волков Ю.А., Вонсовський М.М. та ін Погоджений широкосмуговий підсилювач. / / ПТЕ. 1984. № 2.
11. Якушевич Г.Н., Мозгалев І.А. Широкосмуговий каскад зі складанням вихідних струмів транзисторів. - Сб. статей. Радіоелектронні пристрої СВЧ. / Под ред. А.А. Кузьміна. - Томськ: Вид-во Том. ун-ту. 1992
12. Бабак Л.І. Аналіз широкосмугового підсилювача за схемою зі складанням напруг. - Сб. статей. Наносекундних і субнаносекундного підсилювачі. / Под ред. І.А. Суслова. - Томськ: Вид-во Том. ун-ту. 1976.
13. Дячка О.М., Бабак Л.І. Розрахунок надширокосмугового підсилювального каскаду з заданими частотними та часовими характеристиками. / / Радіотехніка. 1988. № 10.
14. Бабак Л.І., Дергунов С.А. Розрахунок ланцюгів корекції надширокосмугових транзисторних підсилювачів потужності НВЧ .- Сб. статей. Радіотехнічні методи та засоби вимірювань. - Томськ: Вид-во Том.ун-та. 1985
15. Іллюшенко В.М., Тітов А.А. Багатоканальні імпульсні пристрої з частотним поділом каналів. / / Радіотехніка, 1991. № 1.
16. Пикосекундной імпульсна техніка. / В.М. Іллюшенко, Б.І. Авдоченко, В.Ю. Баранов та ін / За ред. В.Н. Іллюшенко .- М.: Вища школа. 1993
17. Авторське свідоцтво № 1653128 СРСР, МКІ НОЗF 1 / 42. Широкосмуговий підсилювач / В.М. Іллюшенко, А.А. Титов / / Відкриття, Винаходи, 1991, № 20.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Твір | 211.3кб. | скачати

Схожі роботи:
Розрахунок коригувальних ланцюгів широкосмугових підсилюючих каскадів на польових транзисторах
Розрахунок елементів високочастотної корекції підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах
Розрахунок підсилювального резистивного каскаду на біполярних транзисторах
Підсилювачі на біполярних транзисторах
Ключові елементи на біполярних транзисторах
Розрахунок параметрів і режимів роботи транзисторних каскадів підсилювача низької частоти
Елементи ІМС на МДН-транзисторах і КМОП-транзисторах
Елементи ІМС на МДП транзисторах і КМОП транзисторах
Розрахунок розмірних ланцюгів
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru