Реферат: Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах

,                                                    (1.72)

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 .

Таблица 7.1 Нормированные значения выходной КЦ

Истинные значения элементов рассчитываются по формулам

                                                                         (1.73)

Пример 13. Рассчитать выходную КЦ для усилительного каскада на транзисторе КТ610А (=4 пФ), при =50 Ом, =600 МГц. Определить  и уменьшение выходной мощности на частоте  при использовании КЦ и без нее.

Решение. Найдем нормированное значение : == =0,7536. В таблице 7.1 ближайшее значение  равно 0,753. Этому значению  соответствуют:=1,0; =0,966; =0,111; =1,153. После денормирования по формулам (1.73) получим: =12,8 нГн; =5,3 пФ; =43,4 Ом. Используя соотношения (1.71), (1.72) найдем, что при отсутствии выходной КЦ уменьшение выходной мощности на частоте, обусловленное наличием, составляет 1,57 раза, а при ее использовании - 1,025 раза.

7.2 РАСЧЕТ КАСКАДА С РЕАКТИВНОЙ МЕЖКАСКАДНОЙ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ЦЕПЬЮ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА

Рисунок 7.3 Каскад с межкаскадной корректирующей цепью третьего порядка

Используя однонаправленную эквивалентную схему замещения транзистора, схему (рисунок 7.3) можно представить в виде приведенном на рисунке 7.4.

Рисунок 7.4 Эквивалентная схема каскада

Согласно [2, 14], коэффициент прямой передачи каскада на транзисторе Т2, при условии использования выходной КЦ, равен:

,                             (1.80)

где ;

;

=, = - нормированные относительно  Т1 и  значения  и .

При заданных значениях , , , соответствующих требуемой форме АЧХ каскада, нормированные значения , ,  рассчитываются по формулам [4]:

                 (1.81)

где ;

;

;

;

;

;

;

,

,

=  - нормированные значения , , .

В теории фильтров известны табулированные значения коэффициентов , , , соответствующие требуемой форме АЧХ цепи описываемой функцией вида (1.80). Значения коэффициентов , , , соответствующие различной неравномерности АЧХ, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Для выравнивания АЧХ в области нижних частот используется резистор , рассчитываемый по формуле:

.                                                              (1.82)

При работе каскада в качестве входного, в формуле (1.81) значение принимается равным нулю.

После расчета , , , истинные значения элементов находятся из соотношений:

,       ,            .             (1.83)

Пример 15. Рассчитать , , , ,  межкаскадной КЦ, схема которой приведена на рисунке 7.3, при использовании транзисторов КТ610А (=3 нГн, =5 Ом, =4 пФ, =86 Ом, =1 ГГц) и условий =50 Ом,  =0,9, =260 МГц.

Решение. По таблице 3 для =0,9, что соответствует неравномерности АЧХ 1 дБ, определим =2,52; =2,014; =2,0367. Находя нормированные значения =0,56; =0,055; =0,058 и подставляя в (1.81), получим =1,8; =0,757; =0,676. Рассчитывая   и подставляя в (1.80) найдем: =3,2, а из (1.82) определим =3,75 кОм. После денормирования по (1.83) получим: =12,8 пФ; =5,4 пф; =35,6 нГн.

8 РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЕЙ С ЧАСТОТНО-РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫМИ ЦЕПЯМИ

При разработке усилителей с рабочими частотами от нуля либо единиц килогерц до единиц гигагерц возникает проблема совмещения схемных решений построения низкочастотных и сверхвысокочастотных усилителей. Например, использование больших значений разделительных конденсаторов и дросселей питания для уменьшения нижней граничной частоты, связано с появлением некорректируемых паразитных резонансов в области сверхвысоких частот. Этого недостатка можно избежать, используя частотно-разделительные цепи (ЧРЦ). Наибольший интерес представляет схема усилителя с ЧРЦ, предназначенного для усиления как периодических, так и импульсных сигналов [15,16,17]. Схема усилителя с ЧРЦ приведена на рисунке 8.1.

1 - первый канальный усилитель

2 - второй канальный усилитель

Рисунок 8.1 Схема усилителя с ЧРЦ

Принцип работы схемы заключается в следующем. Усилитель с ЧРЦ состоит из двух канальных усилителей. Первый канальный усилитель является высокочастотным и строится с использованием схемных решений построения усилителей сверхвысоких частот. Второй канальный усилитель является низкочастотным и строится с использованием схемных решений построения усилителей постоянного тока либо усилителей низкой частоты. При условии согласованных входов и выходов канальных усилителей, выборе значения резистора  много больше значения , а  равным , усилитель с ЧРЦ оказывается согласованным по входу и выходу.

Если обозначить нижнюю и верхнюю граничные частоты первого высокочастотного усилителя  и , а второго низкочастотного усилителя  и , то дополнительным необходимым условием построения усилителя с ЧРЦ является требование:

³10                                                                     .         (1.84)

В этом случае расчет усилителя с ЧРЦ сводится к следующему.

Значения резисторов  и  выбираются из условий:

³10 ;        =.                                                          (1.85)

По заданному коэффициенту усиления первого канального усилителя  определяется необходимый коэффициент усиления второго канального усилителя  из соотношения:

,                                                            (1.86)

где  - входное сопротивление второго канального усилителя.

Значения элементов ЧРЦ рассчитываются по формулам:

                                                       (1.87)

Пример 16. Рассчитать значения элементов , , , , , , коэффициент усиления второго канального усилителя и его  для усилителя с ЧРЦ, схема которого приведена на рисунке 8.1, при условии:=10; =1 МГц; = ; =50 Ом.

Решение. В соответствии с формулами (1.84) и (1.85) выберем =10 МГц, =500 Ом, =50 Ом. Теперь по (1.86) найдем: =110, а по (1.87) =10 нф; =25 мкГн; =1 нф; =2,5 мкГн.

Список использованных источников

1. Мамонкин И.Г. Усилительные устройства. Учебное пособие для вузов. - М.: Связь. 1977 г.

2. Шварц Н.З. Линейные транзисторные усилители СВЧ. - М.: Сов. радио.   1980 г.

3. Широкополосные радиопередающие устройства /Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А.; Под ред. О.В. Алексеева.- М.: Связь. 1978 г.

4. Титов А.А., Бабак Л.И., Черкашин М.В. Расчет межкаскадной согласующей цепи транзисторного полосового усилителя мощности //Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. 2000 Вып. 1.

5. Ангелов И., Стоев И., Уршев А. Широкополосный малошумящий усилитель для диапазона 0,7-2 ГГц //ПТЭ. 1985. № 3.

6. Никифоров В.В., Терентьев С.Ю. Синтез цепей коррекции широкополосных усилителей мощности с применением методов нелинейного программирования. - Сб. статей. Полупроводниковая электроника в технике связи. Выпуск 26. /Под ред. И.Ф. Николаевского. - М.: Радио и связь. 1986 г.

7. Эгенштафер Ф. Электроника. 1971. т.44. № 16.

8. Мелихов С.В., Колесов И.А. Влияние нагружающих обратных связей на уровень выходного сигнала усилительных каскадов. - Сб. статей. Широкополосные усилители. Выпуск 4. - Томск: Изд-во Том. ун-та. 1975 г.

9. Титов А.А. Упрощенный расчет широкополосного усилителя. //Радиотехника. 1979. № 6.

10. Абрамов Ф.Г., Волков Ю.А., Вонсовский Н.Н. и др. Согласованный широкополосный усилитель. //ПТЭ. 1984. № 2.

11. Якушевич Г.Н., Мозгалев И.А. Широкополосный каскад со сложением выходных токов транзисторов. - Сб. статей. Радиоэлектронные устройства СВЧ./Под ред. А.А. Кузьмина. - Томск: Изд-во Том. ун-та. 1992 г.

12. Бабак Л.И. Анализ широкополосного усилителя по схеме со сложением напряжений. - Сб. статей. Наносекундные и субнаносекундные усилители. /Под ред. И.А. Суслова. - Томск: Изд-во Том. ун-та. 1976.

13. Дьячко А.Н., Бабак Л.И. Расчет сверхширокополосного усилительного каскада с заданными частотными и временными характеристиками. //Радиотехника. 1988. № 10.

14. Бабак Л.И., Дергунов С.А. Расчет цепей коррекции сверхширокополосных транзисторных усилителей мощности СВЧ.- Сб. статей. Радиотехнические методы и средства измерений. - Томск: Изд-во Том. ун-та. 1985 г.

15. Ильюшенко В.Н., Титов А.А. Многоканальные импульсные устройства с частотным разделением каналов. //Радиотехника, 1991. № 1.

16. Пикосекундная импульсная техника. /В.Н. Ильюшенко, Б.И. Авдоченко, В.Ю. Баранов и др. /Под ред. В.Н. Ильюшенко.- М.: Энергоатомиздат. 1993 г.

17. Авторское свидетельство № 1653128 СССР, МКИ НОЗF 1/42. Широкополосный усилитель /В.Н. Ильюшенко, А.А. Титов //Открытия, Изобретения, 1991, №20.