3.1.2 Расчет требований, предъявляемых к промежуточному каскаду.
Промежуточный каскад выполним в виде резисторного каскада, как самого распространенного, надежного и простого (Рисунок 7).
Резисторные каскады свободны от недостатков каскадов с гальванической связью; они не обладают дрейфом нуля, передаваемым на следующий каскад, и без затруднений позволяют обеспечить необходимые напряжения на усилительных элементах при питании многокаскадного усилителя от одного источника. Они могут усиливать сигналы в очень широкой полосе частот, потребляют малую мощность питания, нечувствительны к магнитным полям, имеют малые габариты, вес и стоимость.
Рисунок 7. Резисторный каскад.
Учитывая распределение искажений по каскадам, выразим из (Формула 5) время нарастания фронта импульса промежуточного каскада:
Необходимый коэффициент усиления:
3.1.3 Расчет требований, предъявляемых к входному каскаду.
Входной каскад, как и промежуточный, построим в виде резисторного каскада (Рисунок 7).
Учитывая распределение искажений по каскадам, выразим из (Формула 5) время нарастания фронта импульса входного каскада:
Нужно помнить, что в допустимое время нарастания фронта импульса входного каскада мы включили время нарастания фронта импульса входной цепи, который будет зависеть от входного сопротивления и входной емкости входного каскада, и учесть это при расчете.
Необходимый коэффициент усиления:
Также необходимо учесть коэффициент передачи входной цепи, который меньше единицы и определится входным сопротивлением входного каскада.
4.Расчет усилителя.
При расчете каскадов будем пользоваться следующими основными формулами [1]:
Формула 7. Постоянная времени верхних частот фазоинверсного каскада.
Формула 8. Время нарастания переднего фронта импульса.
Формула 9. Постоянная времени верхних частот резисторного каскада.
Формула 10. Постоянная времени верхних частот транзистора.
Формула 11. Объемное сопротивление базы.
Формула 12. Пересчет емкости коллектора в заданной рабочей точке.
Формула 13. Входная динамическая емкость каскада.
Формула 14. Крутизна проходной характеристики.
Формула 15. Коэффициент усиления резисторного каскада.
4.1 Расчет выходного каскада.
Требования, предъявляемые к выходному каскаду (рассчитанные в п.3.1.1):
Время нарастания фронта импульса : не более 31нС
Коэффициент усиления : не менее 11.6
Размах выходного импульса : не менее 10В
Для обеспечения наилучшей симметрии плеч каскада необходимо брать одинаковые транзисторы в обоих плечах.
Очевидно, что для выходного каскада следует брать транзистор средней мощности, т.е. серий кт6ХХ, так как, например серия 3ХХ не подходит по максимальному току коллектора.
Рисунок 8. Выходной каскад.
Также покажем, что необходимо выбирать транзисторы, работающие в режиме СВЧ, потому что как показывают предварительные расчеты, с помощью транзисторов ВЧ очень трудно обеспечить необходимое время нарастания из – за больших искажений, вносимых самим транзистором:
Подставляя в (Формула 8) (Формула 7), см. выше, получаем:
У
транзисторов ВЧ
серии 6ХХ и 3ХХ первое слагаемое скобки
находится в пределах
,
следовательно, время нарастания фронта
импульса будет в пределах
с,
(причем примерно половину из этих
искажений вносит транзистор) плюс время
нарастания, создаваемое цепочкой
,
которое тоже составляет десяток
наносекунд. Поэтому использование
данных транзисторов слишком проблематично.
В выходном каскаде можно использовать транзисторы СВЧ, такие как:
КТ606,КТ610.
Выберем, например транзистор КТ610. Он наиболее подходит нам по допустимой мощности рассеяния, граничной частоте и постоянной времени цепи коллектора. Это транзистор средней мощности диапазона СВЧ (его характеристики см. в Приложение Б).
Определим ориентировочно необходимое напряжение источника питания.
Размах
выходного сигнала на одном плече
выходного каскада равен 8в, с учетом
запаса возьмем 10в (для исключения
отсечки коллекторного тока при небольшом
уходе рабочей точки). Возьмем источник
питания 16в, и еще отпустим 4в на
термостабилизацию. Итого получаем
в.
Так как нагрузкой выходного каскада является емкость, эквивалентное (полное) сопротивление нагрузки каждого плеча каскада полностью определяется сопротивлением коллектора. Однако, выбрав рабочую точку необходимо, подсчитав сопротивление емкости нагрузки на верхней граничной частоте, посмотреть, чтобы при этом сопротивлении нагрузки не было отсечки коллекторного тока на выходных характеристиках.
Д
<<
Тогда для обеспечения необходимого времени нарастания фронта импульса, которое определяется как (Формула 8), необходимо брать сопротивление коллектора не менее:
Исходя из того, что искажения в импульс вносит также постоянная времени транзистора и постоянная времени коллекторной цепи, сопротивление коллектора нужно брать еще меньше.
Возьмем
.
Построим нагрузочную прямую по
постоянному току (см.
).
Выберем рабочую точку в
.
Определим из графика
.
Этой точке соответствует
;
.
Определим
из входных характеристик входную
проводимость транзистора как
касательной к входной характеристике,
проведенной в точке покоя (
,
).
Получаем:
Крутизна (Формула 14):
Коэффициент усиления (Формула 15):
Постоянная времени верхних частот транзистора определяется как (Формула 10):
Определим сначала объемное сопротивление базы (Формула 11):
Для этого необходимо определить емкость коллектора в рабочей точке.
Емкость
коллектора в рабочей точке определяется
через емкость коллектора, указанную в
справочнике при
(Формула 12)
объемное сопротивление базы (Формула 11):
Постоянная времени верхних частот транзистора (Формула 10):
Постоянная времени верхних частот выходного каскада:
Время нарастания фронта выходного импульса (Формула 8):
Входная динамическая емкость каскада определяется как (Формула 13)
Входное сопротивление фазоинверсного каскада определяется как удвоенное сопротивление каскада с общим эмиттером за счет присутствия обратной связи глубиной 2:
С учетом делителя в цепи базы, входное сопротивление каскада уменьшится примерно на 20-30%:
Необходимое входное напряжение найдем через коэффициент усиления:
