Реферат: Видеоусилитель

2.    Находят нагрузочную коллекторную проводимость  для обеспечения заданного усиления и полосы пропускания:

,                                                      (2.2)

,                                              (2.3)

.                                                             (2.4)

3.    Вычисляют входную проводимость и емкость усилительного каскада.

                                                     (2.5)

                                                       (2.6)

4.    Разделительную емкость  определяют по заданным искажениям  на нижней граничной частоте:

,                                                     (2.7)

где .

5.    И наконец находят емкость :

.                                                                   (2.8)

При расчете усилителей импульсных сигналов с длительностью  задаются обычно временем установления фронта импульса  и его скалыванием . В этом случае элементы схемы  и  находятся из соотношений (2.3) и (2.7):

,                                              (2.9)

.                                                          (2.10)

Особенность расчета промежуточных каскадов заключается в том, что их потребителем является последующий усилитель, входная проводимость  и емкость  которого находятся с помощью выражений (2.5) и (2.6).

При решении ряда задач возникает необходимость усиливать сигналы в широкой полосе частот, и, если полоса пропускания обычного апериодического усилителя оказывается недостаточной, ее стараются расширить, используя ВЧ- и НЧ-коррекции. Частотная коррекция обычно осуществляется одним из двух методов:

1.    введением в цепь коллекторной (стоковой) нагрузки частотно-зависимых элементов (L-коррекция в области ВЧ и цепочка  - в области НЧ);

2.    использованием частотно-зависимой отрицательной обратной связи (ООС) (эмиттерная коррекция в области ВЧ).

Основными активными приборами усилительных устройств радиочастотного диапазона являются биполярные и полевые транзисторы. Расчет характеристик усилителей умеренно высоких частот удобно проводить по Y-параметрам транзисторов, определенным для выбранной рабочей точки (РТ) по постоянному ток и схемы включения (ОЭ, ОБ, ОК, ОИ, ОЗ, ОС).

В инженерной практике широко используется физическая эквивалентная  схема биполярного транзистора, представленная на Рисунок 2, которая достаточно  точно отражает его свойства в частотном диапазоне до , где  - граничная частота усиления тока базы в схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Рисунок 2

Рассчитывают элементы эквивалентной схемы и Y-параметры биполярного транзистора по справочным данным, где для типового режима работы (заданной РТ) обычно приводятся следующие электрические параметры:

-       - постоянное напряжение коллектор-эмиттер;

-       - постоянный ток коллектора;

-       - статический коэффициент усиления тока базы в схеме с ОЭ.

-       - модуль коэффициента усиления тока базы на частоте  или .

-       - постоянная времени цепи обратной связи , где  - технологический параметр, лежащий в пределах 3…4 для мезатранзисторов и 4…10 для планарных;

-       - емкость коллекторного перехода.

Элементы эквивалентной схемы определяется с помощью следующих соотношений.

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода :

.                                                                 (3.1)

Параметр , характеризующий активность транзисторов:

.

Сопротивление растекания базы :

.                                                                     (3.2)

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода :

.                                                       (3.3)

Емкость эмиттерного перехода :

.                                                               (3.4)

Собственная постоянная времени транзистора :

.                                                              (3.5)

Для удобства часто пользуются расчетами активных и реактивных составляющих проводимостей по формулам, максимально использующим данные транзисторов. При этом предварительно вычисляют входное сопротивление в схеме ОБ на низкой частоте:

,                                                             (3.6)

и граничную частоту по крутизне

.                                                                 (3.7)

Вводя обозначения  и , расчет Y-параметров ведут по следующим формулам:

,                    ;                                                         (3.8)

;                                           (3.9)

,                     ;                                                  (3.10)

;                       (3.11)

,                     ;                                                     (3.12)

;                                     (3.13)

,                    ;                                                                        (3.14)

.                                  (3.15)

В некоторых случаях использование индуктивной коррекции оказывается неудобным. Так, в частности, при микросхемном исполнении усилителя затруднительно реализовывать корректирующую катушку . В этом случае целесообразно воспользоваться схемой с частотно-зависимой ООС (Рисунок 3).

Рисунок 3

В этой схеме роль частотно-зависимой цепи выполняют элементы  и . Величина емкости  обычно выбирается таким образом, чтобы в диапазоне НЧ и СЧ она мало шунтировала резистор . При этом за счет  на НЧ  и СЧ образуется ООС по току. В области ВЧ из-за уменьшения сопротивления цепи ,  действие ООС ослабевает, что приводит к подъему усиления на ВЧ.

Модуль коэффициента передачи схемы Рисунок 3 в области ВЧ описывается выражением:

,                       (4.1)

где  - постоянная времени в области ВЧ каскада без коррекции;  - постоянная времени цепи эмиттерной коррекции:

;                                                            (4.2)

 - глубина ООС:

.

Для получения максимально широкой и плоской АЧХ при  постоянную времени цепи коррекции необходимо выбирать из условия:

.                                                         (4.3)

При этом верхняя граничная частота:

.                                                         (4.4)

Из выражений (4.2) и (4.4) следует, что расширение полосы пропускания осуществляется за счет уменьшения коэффициента усиления. Это означает, что площадь усиления каскада с эмиттерной коррекцией остается постоянной.

Расчет схемы производится следующим образом.

1.    Задают значения коэффициента усиления  и частота , которые должны обеспечивать рассчитываемый каскад, параметры нагрузки ,  и параметры транзистора , , .

2.    Определяют эквивалентную емкость :

.

3.    Рассчитывают необходимое значение глубины ООС:

.                                                           (4.5)

4.    Находят необходимое значение коллекторного сопротивления:

                                                             (4.6)

5.    Рассчитывают элементы цепи коррекции:

;                                                                   (4.7)

.                                                                (4.8)

6.    Сопротивление , шунтируемое емкостью большого номинала , выбирается таким образом, чтобы суммарное сопротивление  было равно сопротивлению рассчитываемому исходя из требований термостабилизации рабочей точки.

Низкочастотная коррекция цепочкой

Осуществить коррекцию АЧХ в области НЧ можно путем соответствующего выбора элементов фильтра ,  (см. Рисунок 1). Емкость конденсатора  выбирается таким образом, чтобы он шунтировал  только в областях СЧ и ВЧ. В области НЧ шунтирующее действие конденсатора  уменьшается, что приводит к возрастанию сопротивления коллекторной цепи и уменьшению нижней граничной частоты каскада.

С учетом влияния цепи ,  коэффициент передачи в области НЧ описывается выражением

,                        (5.1)

где  - постоянная времени фильтра;  - постоянная времени в области НЧ каскада без коррекции:

.                                                    (5.2)

Максимальное расширение полосы пропускания в области НЧ достигается при выборе  из условия:

.                                                      (5.3)

В этом случае нижняя граничная частота уменьшается в раз:

.                                                     (5.4)

Расчет каскада с НЧ коррекцией осуществляют в такой последовательности.

1.    Задаются требуемыми значениями коэффициента усиления  и нижней граничной частоты , крутизной транзистора , емкостью разделительного конденсатора  и сопротивлением нагрузки .

2.    Определяют, по необходимости, значение коллекторного сопротивления

3.    В соответствии (5.2) определяют постоянную времени  каскада без коррекции.

4.    Находят необходимые для осуществления коррекции значения  и :

;                                                     (5.5)

.                                                        (5.6)

Усилитель с НЧ-коррекцией позволяет улучшить воспроизведение плоской вершины импульса. При оптимальном выборе параметров фильтра, скола вершины уменьшается в  раз.

Режим работы усилительного каскада по постоянному току определяется исходным положение рабочей точки (РТ) активного элемента. Это положение задается в биполярном транзисторе (БТ) током коллектора  и напряжением коллектор-эмиттер .

Выбор РТ активного прибора в усилителях больших сигналов (когда  и ) производят по статистическим вольтамперным характеристикам (ВАХ) прибора, ориентируясь на получение необходимого усиления и допустимых нелинейных искажений усилительного сигнала. При выборе РТ активного прибора в усилителях малых сигналов ( и ) можно ориентироваться на следующие рекомендации [3].

Значения тока  и напряжения  выбирают, главным образом для получения определенных усилительных параметров, обеспечения экономичного потребления энергии источника питания и стабильности режима работы. Увеличение  улучшает усилительные свойства транзистора, но при этом растут входная и проходная проводимость усилительного прибора, а также энергопотребление каскада. Большие значения  желательны с точки зрения уменьшения влияния дестабилизирующих факторов. Следует выполнять условия ,  где  - неуправляемый ток перехода коллектор-база. Если к усилителю не предъявляется специальных требований, то обычно выбирают  мА.

Страницы: 1, 2, 3, 4