книги из ГПНТБ / Ульянов О.И. Инженерные методы расчета ламповых и транзисторных схем

(рис. 34, г) генератор тока g\o/S.UK, а проявление внутренней об­ ратной связи отобразить включением на входе проводимости Увх (рис. 40). В отличие от рис. 34, г на рис. 40 вместо низко­ частотных параметров транзистора (gu, gi% S, gi) введены комп­ лексные, т. е. частотнозависимые параметры Увх, S, У*. Соглас­ но [9] расчетные выражения у-параметров находят из физиче­ ской эквивалентной схемы транзистора, предложенной Джиаколетто:

Кроме низкочастотных параметров gn, gn, S> gi в формулы вошли параметры транзистора т, С1Ь Гб- Постоянная времени транзистора х согласно (2-43) может быть найдена из экспери­ ментально снятой зависимости крутизны 5 от частоты со. Для

1

некоторой частоты co = cos= — модуль крутизны

Другой путь определения т связан с часто указываемым в справочниках параметром транзистора fa (граничная частота

51

коэффициента усиления тока в режиме короткого замыкания при включении с общей базой)

S T 6

(2-47)

Значение т может быть также найдено по параметру транзи­ стора — предельной частоте генерации /г

S

(2-48)

160 -Ск-/?

Величина /'с обычно указывается в справочниках, но может быть найдена и экспериментальным путем по проводимости у и, замеренной на очень большой частоте. Из (2-41) видно, что при

со— оо

(2-49)

Коллекторная емкость Ск указывается в справочниках непо­ средственно или в виде произведения Ск-«б- Величину этого произведения можно вычислить еще и так [9]

Для практических расчетов по (2-41, 2-44) необходимо рас­ полагать низкочастотными значениями «/-параметров. Посколь­ ку в справочниках указываются для транзисторов параметры 12213= ß, Лнб, 7*126 и /і22б, то надо по ним уметь определять низко­ частотные значения «/-параметров:

По справочникам все эти параметры можно рассчитать только для типовой рабочей точки. Согласно [12] параметры gi, g-цэ, 5, т прямо пропорциональны току коллектора. Исходя из этого, они могут быть пересчитаны с одного значения коллекторного тока 1он на другой по формулам

52

(2-58)

7 OK

Величина /'б при расчетах может считаться независимой от режима. Коллекторная емкость пересчитывается с одного ре­ жима на другой на основе того, что она примерно обратно про­ порциональна квадратному корню из напряжения на коллек­ торе

Итак, лампу и транзистор как четырехполюсники можно ха­ рактеризовать единой системой у-параметров, низкочастотные и комплексные значения которых определяются описанными выше способами. Формулы табл. 3 позволяют рассчитывать по ним динамические параметры лампового и транзисторного каскадов. Если воспользоваться формулой динамической вход­ ной проводимости (а она учитывает проявление внутренней обратной связи), то вход как лампы, так и транзистора в ди­ намическом режиме можно отображать на эквивалентных схе­ мах проводимостью Увх (рис. 39 и 40). Для лампы значение Увх находится по (2-37). Для транзистора следует использо­ вать формулу (2-40), подставив в нее значения комплексных параметров транзистора по (2-41) и (2-42), а также значение динамического коэффициента усиления напряжения по табл. 3. •Получится весьма сложное выражение, так как К в свою оче­ редь выражается тоже через комплексные параметры, являясь функцией частоты; с ростом частоты К несколько падает. Это замедлит рост входной проводимости с увеличением частоты. В [9] предлагается при нахождении входной проводимости тран­ зистора пренебрегать уменьшением К с ростом частоты, счи­ тая ДСсо) жКо- Тогда

В действительности входная емкость и активная составляющая входной проводимости транзистора несколько уменьшаются с ростом частоты.

53−.

Из изложенного видно, что для лампы и транзистора при­ годна одна и та же эквивалентная схема рис. 40. Разница между ними лишь в расшифровже значений параметров

.(табл. 6).

2 —7. Расчет усилителя с емкостной

межкаскадной связью

Материал предыдущих параграфов является основой для •самостоятельного анализа и расчета конкретных схем. Для примера рассмотрим усилители с емкостной межкаокадной •связью (ламповый и транзисторный варианты).

Если усилитель в ламповом варианте составлен из каска­ дов по рис. 41 и 42 (табл. 7), а в транзисторном — по рис. 43 и 44 (табл. 8), то расчет по переменному току любого из них ■сводится к расчету эквивалентной схемы рис. 40 при расшиф­

54

Под средними частотами понимаются такие, при которых не проявляются заметно емкости усилительного элемента, связи, входа следующего каскада. При правильном выборе усилитель­ ного и других элементов схемы в расчете для области средних частот учитываются только активные составляющие парамет­ ров. Коэффициёнт усиления напряжения для средних частот оказывается максимальным и обозначается Ко- -Относительное значение коэффициента усиления, получаемое для различных частот, указывается нормированной частотной характеристикой

На практике частотные свойства усилителя обычно указывают­ ся полосой пропускания, т. е. диапазоном частот, в котором относительное значение коэффициента усиления У0Тп (со) не выходит за пределы допустимых уровней его повышения или ос­ лабления. Допустимый уровень К(а>)/К0 на высшей (соВ/) и низ­ шей (соц) частотах заданной полосы принято называть допусти­ мым уровнем частотных искажений соответственно на высшей (Ув = Кв/Ко) и низшей (Уи— КвІКо) частотах. Такие обозначе­ ния применяются в табл. 7 и 8.

При расчетах удобно [9] пользоваться постоянными вре­ мени. Так, от постоянной времени для низших частот тП; зави­ сят коэффициент усиления Кп, частотная и фазовая характе­ ристики. При заданном (допустимом)' уровне частотных иска­

Величины, входящие в формулы постоянных времени, показы­ вают (табл. 7), как сознательным выбором пассивных элемен­ тов схемы, а также лампы или транзистора с определенными параметрами (учитывая зависимость их от режима по постоян­ ному току) можно добиваться желательных показателей усили­ теля.

При практических расчетах часто необходимо предваритель­ но выбирать усилительный элемент. В связи с этим остановим­ ся на важном понятии площади усиления лампы.

55

Т а б л и ц а 7

кй-

Оі

Таблаца 8

Как видно из табл. 7, постоянная времени представляет со­ бой отношение

Но величина постоянной времени должна удовлетворять и ус­ ловию (2-64). Следовательно,

(2-65)

Со

'Смысл (2-65) в том, что при заданном уровне искажений произведение коэффициента усиления Ко па верхнюю гранич­ ную частоту сйв определяется крутизной лампы 5 и емкостью С0. Произведение Д'0сов обычно называют площадью усиле­ ния. Площадь усиления характеризует возможности (ресурс) увеличения коэффициента усиления и верхней граничной ча- •стоты. Она возрастает с уменьшением С0. Значение С0 будет

•только параметрами лампы и называется площадью усиления лампы

Для транзистора так же, как и для лампы, верхняя гранич­

Отличие заключается в том, что для транзистора ни при ■каком значении нагрузочного сопротивления нельзя получить

.верхнюю граничную частоту более

Отсюда выводится первое условие для выбора транзистора при заданных верхней граничной частоте и уровне частотных иска­ жений

€0

жет быть получен тем больший, чем меньше .сумма, заключен­

где Сох2 ~ ——-----емкость входа следующего каскада.

6 ( 2 )

Выражение (2-70) действительно и для промежуточного и для оконечного каскадов, но в последнем случае оно. упроща­ ется, так как то= 0, и принимает вид

/и=30 гц до /в=12 кгц. Заданный коэффициент усиления на­

Выбираем предварительно лампу, исходя из того, что ста­ тический коэффициент усиления ее должен быть более задан­

Тогда необходимая крутизна лампы 5> 18,1 .(С ВЫХ[пф] + СВХ[пф])-Ю -3^ .

Для ламп всех типов сумма входной и выходной емкости менее 50 пф, поэтому необходимую площадь обеспечит любая

1 По материалам [9].

лампа (и триод и пентод), имеющая крутизну более 1—. Выби­ раем триод. Для триодов обычно а = Яа/Ді=2-г-3, а

Свх~3,5 пф). При таких значениях параметров определим ве­ личину проводимости g'a, обеспечивающую необходимое усиле­ ние 1

= 1,14-Ю-5 сим.

Для получения усиления с некоторым запасом выберем ре­

зистор Ra— 100 КОМ (ga= 1 ■10-5 сим) .

При напряжениях сетки от 0 д о — 1в сеточный ток может оказаться заметным. Поэтому выберем смещение

7/ос = — (1 +f/im) = — (1 +0,2) = — 1,2 в.

Для заданного напряжения источника питания Un и выбран­ ного резистора Ra на семействе анодных характеристик лампы проводим нагрузочную прямую (по постоянному току) и для напряжения смещения — 1,2 в находим точку покоя. Статиче­ ские параметры лампы для данного режима по постоянному то­ ку должны быть уточнены по характеристикам. Будем считать, что в данном случае подтвердились типовые значения. Тогда коэффициент усиления напряжения в области средних частот

Приняв емкость монтажа равной 10 пф, найдем полную ем­ кость выхода

CQ= Свых + Свх2 + См = 3,5 + 40 + 10 = 53,5 пф и постоянную времени для высших частот

При допустимом уровне частотных искажений и полученном: значении постоянной времени для высших частот обеспечивает­ ся верхняя граничная частота

62