Реферат: Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах
Реферат: Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах
Цель
работы – получение законченных аналитических выражений для расчета коэффициента
усиления, полосы пропускания и значений элементов корректирующих цепей наиболее
известных и эффективных схемных решений построения усилительных каскадов на
биполярных транзисторах (БТ). Основные результаты работы – вывод и
представление в удобном для проектирования виде расчетных соотношений для
усилительных каскадов с простой индуктивной и истоковой коррекциями, с
четырехполюсными диссипативными межкаскадными корректирующими цепями четвертого
порядков, для входной и выходной корректирующих цепей. Для всех схемных решений
построения усилительных каскадов на БТ приведены примеры расчета.
ВВЕДЕНИЕ
В теории усилителей нет
достаточно обоснованных доказательств преимущества использования того либо
иного схемного решения при разработке конкретного усилительного устройства. В
этой связи проектирование широкополосных усилителей во многом основано на
интуиции и опыте разработчика. При этом, разные разработчики, чаще всего,
по-разному решают поставленные перед ними задачи, достигая требуемых результатов.
Данная работа предназначена для начинающих разработчиков широкополосных
усилителей и содержит: наиболее известные и эффективные схемные решения
построения широкополосных усилительных каскадов на БТ; соотношения для их
расчета по заданным требованиям; примеры расчета. Поскольку, как правило, широкополосные
усилители работают в стандартном 50 либо 75-омном тракте, соотношения для расчета
даны исходя из условий, что оконечные каскады усилителей работают на чисто
резистивную нагрузку, а входные каскады усилителей работают от чисто
резистивного сопротивления генератора.
1
ИСХОДНЫЕ
ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА
В соответствии
с [1, 2, 3], приведенные ниже соотношения для расчета усилительных каскадов
основаны на использовании эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной
на рисунке 1.1, либо на использовании его однонаправленной модели [2, 3]
приведенной на рисунке 1.2.
Рисунок 1.1 - Эквивалентная схема
Джиаколетто
Рисунок 1.2 -
Однонаправленная модель
Значения элементов схемы
Джиаколетто могут быть рассчитаны по паспортным данным транзистора по следующим
формулам [1]:
=3 - для планарных кремниевых
транзисторов,
=4 - для остальных транзисторов,
; ; ;
где - емкость коллекторного
перехода; - постоянная времени цепи
обратной связи; - статический
коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером; - граничная частота коэффициента
передачи тока в схеме с общим эмиттером; -
ток эмиттера в рабочей точке в миллиамперах.
В справочной литературе
значения и часто приводятся измеренными
при различных значениях напряжения коллектор-эмиттер . Поэтому при расчетах значение следует пересчитать по
формуле [1]
,
где -
напряжение , при котором производилось
измерение ; - напряжение , при котором производилось
измерение .
Поскольку и оказываются много меньше
проводимости нагрузки усилительных каскадов, в расчетах они обычно не учитываются.
Элементы схемы замещения
приведенной на рисунке 1.2 могут быть рассчитаны по следующим эмпирическим
формулам [4]:
, ,
, ,
где -
индуктивность вывода базы; -
индуктивность вывода эмиттера; - предельное значение напряжения ;
- предельное значение
постоянного тока коллектора.
При расчетах по
эквивалентной схеме, приведенной на рисунке 1.2, вместо используют параметр - коэффициент усиления
транзистора по мощности в режиме двухстороннего согласования [2], равный:
= (1.1)
где -
частота, на которой коэффициент усиления транзистора по мощности в режиме двухстороннего
согласования равен единице; -
текущая частота.
2 РАСЧЕТ НЕКОРРЕКТИРОВАННОГО КАСКАДА С ОБЩИМ
ЭМИТТЕРОМ
2.1 ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАД
Схема
каскада по переменному току приведена на рисунке 1.3, где - сопротивление нагрузки; - сопротивление в цепи коллектора.
Рисунок 2.1 - Схема оконечного некорректированного
каскада.
При
отсутствии реактивности нагрузки, полоса пропускания каскада определяется
параметрами транзистора. В соответствии с [1] коэффициент усиления каскада в
области верхних частот можно описать выражением:
,
где
; (1.2)
(1.3)
; (1.4)
; (1.5)
.
При заданном уровне частотных
искажений
,
верхняя частота полосы
пропускания каскада равна:
=. (1.6)
Входное сопротивление
каскада может быть аппроксимировано параллельной RC цепью [1]:
; (1.7)
= (1.8)
Пример 1.1. Рассчитать , , ,
каскада, приведенного на рисунке 1.3
при использовании транзистора КТ610А (=5
Ом, =1 Ом, =0,0083 Сим, =4 пФ, =160 пФ, =1 ГГц, =120, =0,95 А/В, =0,99, =55 мА), и условий: =50 Ом; =0,9; =10.
Решение. По известным и в соответствии с (1.2)
имеем =10,5 Ом. Зная находим =13,3 Ом. По формуле (1.3) найдем =1,03×10-9с. Подставляя известные
и в соотношение (1.6) получим
=74,9 МГц. По формулам (1.7)
и (1.8) определим =196 пФ, =126 Ом.
2.2
ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КАСКАД
Схема
каскада по переменному току приведена на рисунке 1.4, где - сопротивление в цепи коллектора; , - входное сопротивление и входная
емкость нагружающего каскада.
Рисунок 2.2 -
Схема промежуточного некорректированного каскада.
В
соответствии с [1] коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается
выражением:
,
где = × (1.9)
(1.10)
=. (1.11)
Значения ,
, каскада рассчитываются по формулам
(1.6), (1.7), (1.8).
Пример 2. Рассчитать , , ,
каскада приведенного на рисунке 1.4
при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере
1.1) и условий =0,9; =10; , - из примера 1.
Решение. По известным и из (1.9) получим =10.5 Ом. Зная из (1.11) найдем =11,5 Ом. По формуле (1.10)
определим =3×10-9 с. Подставляя известные
, в соотношение (1.6) получим
=25,5 МГц. По формулам (1.7)
и (1.8) определим =126 Ом, =196 пФ.
3 РАСЧЕТ КАСКАДА С ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ИНДУКТИВНОЙ
КОРРЕКЦИЕЙ
3.1 ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАД
Схема каскада по переменному току
приведена на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 -
Схема оконечного каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией.
При
отсутствии реактивности нагрузки высокочастотная (ВЧ) индуктивная коррекция вводится
для коррекции искажений АЧХ вносимых транзистором. В соответствии с [1]
коэффициент усиления каскада в области верхних частот, при оптимальном значении
равном
, (1.12)
описывается выражением
,
где =×; (1.13)
=; 1.14)
=; (1.15)
(1.16)
и определяются
выражениями (1.4) и (1.5).
При заданном , каскада равна:
=. (1.17)
Значения ,
каскада рассчитываются по
формулам (1.7), (1.8).
Пример 3 Рассчитать , , , , каскада с ВЧ индуктивной
коррекцией, схема которого приведена на рисунке 3.1, при использовании
транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 1) и условий =0,9; =10; =50 Ом.
Решение. По известным и из (1.13) получим =10,5 Ом. Зная из (1.14) найдем =13,3 Ом. Рассчитывая по (1.16) и подставляя в
(1.12) получим =13,7×10-9 Гн. Определяя tк по (1.15) и подставляя в (1.17) определим =350 МГц. По формулам (1.7),
(1.8) найдем =196 пФ, =126 Ом.
3.2 ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КАСКАД
Схема каскада по переменному току
приведена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 - Схема промежуточного
каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией
В
соответствии с [1] коэффициент усиления каскада в области верхних частот, при
оптимальном значении равном
= ×, (1.18)
Страницы: 1, 2, 3, 4
|