Особенности расчёта схемы индуктивной вч коррекции в каскаде на биполярном транзисторе (рис.10.5)

Рис.10.5. Принципиальная схема каскада ОЭ с индуктивной ВЧ коррекцией

Индуктивность L в этой схеме выполняет здесь ту же роль, что и в каскаде с полевым транзистором, – увеличивает сопротивление коллекторной цепи в области верхних частот и этим поднимает усиление каскада на ВЧ. В каскаде с биполярным транзистором основной причиной снижения усиления на ВЧ является уменьшение крутизны характеристики транзистора.

В качестве нагрузки может быть и последующий каскад. При анализе схемы будем полагать, что модуль сопротивления нагрузки больше, чем сопротивление в коллекторной цепи: . Только в этом случае схема индуктивной ВЧ коррекции будет работать эффективно (в противном случае сопротивление нагрузки будет шунтировать сопротивление коллекторной цепи и увеличение усиления на ВЧ будет незначительным).

Эквивалентная схема каскада с индуктивной ВЧ коррекцией для каскада на БТ имеет такой же вид, как и для каскада на ПТ (рис.10.3).

Выражение для модуля частотных искажений для такой схемы записывается следующим образом:

,

(10.12)

где , , – постоянная времени коллекторной цепи.

Условие физической реализуемости выполняется, поскольку показатель степени в знаменателе больше, чем в числителе, следовательно, схема не возбуждается. Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях частоты в выражении для модуля частотных искажений (10.12) получаем выражение для m:

.

(10.13)

Из выражения (10.13) можно получить выражение для оптимального значений m и корректирующей индуктивности :

.

(10.14)

Таким образом, , то есть сопротивление коллектора влияет на величину оптимального значения корректирующей индуктивности.

10.3. Вч коррекция с использованием частотно-зависимой оос

Схема ВЧ коррекции с использованием частотно-зависимой ООС в каскадах на полевом транзисторе

В транзисторных каскадах ПУ схемы индуктивной ВЧ коррекции дают небольшое увеличение усиления на ВЧ вследствие малого сопротивления нагрузки каскада (нагрузкой является входное сопротивление следующего каскада). В интегральных микросхемах индуктивная ВЧ коррекция оказывается конструктивно невыполнимой.

Поэтому, схемы индуктивной ВЧ коррекции находят основное применение в ламповых каскадах, а в транзисторных усилителях лишь в выходных каскадах, работающих на высокоомную нагрузку.

В транзисторных широкополосных каскадах, работающих на следующий транзисторный каскад, значительно лучшие результаты дают схемы ВЧ коррекции с ООС, среди которых наилучшие результаты позволяет получить схема истоковой ВЧ коррекции (рис. 10.6).

Рис.10.6. Принципиальная схема каскада ОИ с истоковой ВЧ коррекцией с использованием частотно-зависимой ООС

В схеме на рис.10.6 и – элементы ВЧ коррекции. К ним могут быть добавлены сопротивление и емкость , тогда обеспечивает заданную термостабилизацию и задаёт рабочую точку (как правило, , а ).

Для обеспечения ВЧ коррекции с использованием частотно-зависимой ООС необходимо выбрать ёмкость конденсатора цепи истока , таким образом, чтобы он шунтировал сопротивление цепи истока на ВЧ:

,

(10.15)

а в области НЧ и СЧ:

,

(10.16)

Рис.10.7. АЧХ каскада ОИ (рис.10.6): 1 – в области НЧ, СЧ и ВЧ: , следовательно, ООС отсутствует во всём диапазоне рабочих частот ( , – отсутствует); 2 – в области НЧ, СЧ и ВЧ: , следовательно, ООС работает во всём диапазоне рабочих частот ( , – отсутствует); 3 – в области НЧ, СЧ: – ООС снижает коэффициент усиления (график 2), в области ВЧ: – ООС отсутствует (график 1).

В случае 1 (рис.10.7) корректирующие элементы отсутствуют, то есть полное сопротивление цепи истока равно нулю. Это означает, что ООС отсутствует и усиление каскада максимально во всём диапазоне частот.

В случае 2 (рис.10.7) сопротивление цепи истока резистивное, то есть в каскад вводится 100% ООС по постоянному и переменному току с фактором обратной связи .

В случае 3 (рис.10.7) вводится частотно-зависимая ООС, обеспечивающая ВЧ коррекцию. На низких и средних частотах обратная связь определяется фактором обратной связи (как для случая 2 на рис. 10.7), а на ВЧ ООС отсутствует – (как для случая 1 на рис. 10.7).

Определим оптимальные значения и . Коэффициент передачи каскада с элементами частотной коррекции имеет вид:

,

(10.17)

где – полное сопротивление цепи истока.

Запишем коэффициент усиления каскада с элементами частотной коррекции в виде многочлена относительно частоты:

,

(10.18)

где , , , , , – постоянная времени цепи истока.

Приравнивая соответствующие коэффициенты при одинаковых степенях частоты, получаем выражение для оптимального значения m:

.

(10.19)

Порядок расчета элементов коррекции:

1. Разработчик должен принять решение: насколько можно снизить коэффициент усиления, то есть задаться фактором ООС.

2. Исходя из известного значения крутизны транзистора S (справочный параметр) определяется сопротивление цепи истока:

   .

   (10.20)

3. Определяется оптимальная величина параметра m:

   .

   (10.21)

4. Определяется постоянная времени цепи истока :

   .

   (10.22)

5. Определяется величина корректирующей ёмкости цепи истока :

.

(10.23)

Таким образом, элементы коррекции определяются фактором обратной связи. Значение корректирующей ёмкости должно быть в пределах десятков-сотен пФ.

Недостаток такой схемы коррекции: в данной схеме принципиально необходимо снижать усиление в фактор обратной связи F раз.

Достоинства:

• Схема с ВЧ коррекцией с использованием частотно-зависимой ООС не требует высокоомной нагрузки для эффективности её работы, то есть схема универсальна.

• Корректирующими элементами являются сопротивления и емкости, следовательно, легко реализовать оптимальную коррекцию.

• Сопротивления и конденсаторы легко реализовать в микроисполнении.

• Нет источника электромагнитных помех, то есть нет необходимости в экранировании, а, следовательно, существенно уменьшаются габариты.