Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Схемотехника телекоммуникационных устройств проектирование широкополосных усилителей на биполярных транзисторах. Учебное пособие
.pdf
41
11
эопт
опт
RC
; (6.21)
0
(1 )
в экв вхк экв к
б
R С g С S r
; (6.22)
01
экв вхк в
n S R R С
; (6.23)
,
вхк вхк
R С
— входное сопротивление и емкость нагружающе-
го каскада; и
0
S
рассчитываются по (2.34) и (2.32).
а
б
Рис. 6.2. Схема широкополосного усилителя из промежуточного
и оконечного корректированных каскадов
При заданном значении F значение
опт
m
определяется
выражением:
22
2
(2 2 ) 2 ( 1) ( 1)
( 1)
опт
F n n F n F n
m
F
. (6.24)
42
Подставляя известные F и
опт
m
в (6.14), найдем:
2
[( ) ]
22
1
2
опт опт
в
эопт в
m N F m NF
FN
f
, (6.25)
где
22
(1 )/ .
вв
N
Входное сопротивление и входная емкость каскада рассчитываются по соотношениям (6.10) и (6.11).
Пример 6.2. Рассчитать значения
в
f
,
1
R
,
1
С
,
вхк
R
,
вхк
С
про-
межуточного каскада с эмиттерной коррекцией, схема которого
приведена на рис. 6.2, при использовании транзистора КТ610А
(данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий:
в
Y
= 0,9;
0С
К
= 10;
вхк
R
,
вхк
С
нагружающего каскада — из примера
6.1;
к вх
RR
.
Решение. По известным значениям
0С
К
,
0
S
и
вхк
R
из (6.17)
получим F = 28,5. Подставляя F в (6.19), найдем
1
R
= 29 Ом. Рас-
считывая по формуле (6.23) значение n и подставляя его в (6.24),
определим
опт
m
= 0,76. Зная
опт
m
, по (6.20) и (6.21) рассчитаем
1опт
С
= 201 пФ. По известным
в
Y
,
опт
m
, F,
в
и
эопт
из (6.25)
найдем
в
f
= 284 МГц. По формулам (6.10), (6.11) определим
вхк
С
= 44 пФ;
вхк
R
= 3 590 Ом.
43
7. КОРРЕКЦИЯ ИСКАЖЕНИЙ,
ВНОСИМЫХ ВХОДНОЙ ЦЕПЬЮ
7.1. Расчет искажений, вносимых входной цепью
Принципиальная схема входной цепи каскада с ОЭ приведена на рис. 7.1, а, эквивалентная схема на переменном токе —
на рис. 7.1, б.
а
б
Рис. 7.1. Схема входной некорректированной входной цепи
и усилительного каскада c ОЭ
При условии аппроксимации входного сопротивления каскада параллельной RC-цепью коэффициент передачи входной
цепи в области верхних частот описывается выражением [3]:
0
,
1
вых
вх
вх
К
U
K
p
U
44
где
0
()
вхк г вхк
К R R R
; (7.1)
вх вхк экв
СR
; (7.2)
()
экв г вхк г вхк
R R R R R
; (7.3)
,
вхк вхк
R С
— входное сопротивление и входная емкость
нагружающего каскада.
Значение fв входной цепи рассчитывается по формуле (2.38),
где вместо
в
подставляется величина
вх
.
Пример 7.1. Рассчитать значения К0 и fв входной цепи,
схема которой приведена на рис. 7.1, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1)
и условий:
г
R
= 50 Ом,
в
Y
= 0,9.
Решение. Из примера 2.1 имеем:
вхк
R
= 126 Ом,
вхк
С
= 196 пФ.
Зная
г
R
и
вхк
R
из (7.1), получим
0
К
= 0,716. По (7.2) найдем
вх
= 7·10–9 с. Подставляя известные
в
Y
и
вх
в (2.38), определим
в
f
= 11 МГц.
7.2. Расчет входной корректирующей цепи
Из приведенных выше примеров расчета видно, что наибольшие искажения АЧХ обусловлены входной цепью. Для расширения полосы пропускания входных цепей В. В. Никифоровым [5] предложено использовать схему, приведенную на рис. 7.2.
Работа схемы основана на увеличении сопротивления цепи Rб и Lб с ростом частоты усиливаемого сигнала и компенсации благодаря этому шунтирующего действия входной емкости
каскада. Коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот можно описать выражением [3]:
1
0
2
2 1 1
1
1 ( )
вх
вх
г
p
U
KK
pp
E
,
где
0
г
К g g
; (7.4)
1 1 1
г вх
б
г вхк
б
g g g g
R R R
; (7.5)
1 б
б
LR
; (7.6)
45
2
()
г
бб
L R R
; (7.7)
;
вх вх
Сg
(7.8)
,
вхк вхк
R С
— входное сопротивление и входная емкость нагру-
жающего каскада.
а
б
Рис. 7.2. Схема входной корректированной цепи
и усилительного каскада с ОЭ
Значение
б
L
, соответствующее оптимальной по Брауде АЧХ,
рассчитывается по формуле:
2
( 2 ( ) )
( 2 2 )
вхк г вх
б б б
бопт
г вх
бб
С g g g g g
L
g g g g
. (7.9)
При заданном значении
1
в
в
Y М
и расчете
б
L
по (7.9) верх-
няя частота полосы пропускания входной цепи равна:
46
2 2 2
11
1
4
1
22
вх
B
вх
N N N
f
(7.10)
где
22
(1 )/
вв
N
.
Пример 7.2. Рассчитать значения
б
R
,
бonm
L
,
в
f
входной
цепи, приведенной на рис. 7.2, при использовании транзистора
КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий:
г
R
= 50 Ом,
в
Y
= 0,9, допустимое уменьшение
0
К
за счет введения
корректирующей цепи — 5 раз.
Решение. Из примера 7.1 имеем:
вхк
R
= 126 Ом,
вхк
С
= 196 пФ,
0
К
= 0,716. Используя соотношение (7.4) и условия задачи, полу-
чим
б
R
= 10 Ом. Подставляя
б
R
в (7.9), найдем
бonm
L
= 7,54 нГн.
Подставляя результаты расчетов в (7.10), получим
в
f
= 108 МГц.
Используя соотношения (7.8), (2.38), определим, что при простом шунтировании каскада резистором
б
R
= 10 Ом верхняя гра-
ничная частота
в
f
каскада оказывается равной 50 МГц.
7.3. Расчет каскада с параллельной ООС
Для исключения потерь в усилении, обусловленных
использованием входной корректирующей цепи (см. раздел 7.2),
в качестве входного каскада может быть использован каскад
с параллельной отрицательной обратной связью (ООС).
Принципиальная схема входного каскада с параллельной ООС,
нагруженного на каскад усиления с ОЭ, приведена на рис. 7.3, а,
эквивалентная схема на переменном токе — на рис. 7.3, б.
Особенностью схемы является то, что при большом значении входной емкости нагружающего каскада и глубокой ООС
(Roc мало) в схеме, даже при условии
oc
L
= 0, появляется выброс
на АЧХ в области верхних частот. Поэтому расчет каскада
следует начинать при условии
oc
L
= 0. В этом случае коэффици-
ент передачи каскада в области верхних частот описывается
выражением:
47
0
2
12
,
1
К
b p b p
К
(7.11)
где
0
ос
г
К R R
; (7.12)
1
0
()
()
1;
г
б
э э экв ос к экв ос
г
экв
вхк
г ос г ос
б
г
rR
b С r R R C R R
RR
C
r R R R R
R
(7.13)
2
( ) ( ) ;
ээ
к вхк oc г к г
бб
г
Cr
b C C R R r С r R
R
(7.14)
()
экв к вхк к вхк
R R R R R
; (7.15)
,
вхк вхк
R С
— входное сопротивление и емкость нагружаю-
щего каскада.
а
б
Рис. 7.3. Схема широкополосного усилителя из входного каскада
с параллельной ООС и каскада с ОЭ
48
При заданном значении
1
в
в
Y М
верхняя граничная частота
полосы пропускания каскада
в
f
определяется соотношением:
2 2 2 2
1 2 2 1 2
2
2
( 2 ) 4 ( 2 )
1
2
2
в
b b N b b b
f
b
, (7.16)
где
22
(1 )/
вв
N
.
Формулой (7.16) можно пользоваться в случае, если
2
12
20b b D
. В случае
0D
схема имеет выброс на АЧХ
и следует увеличить
oc
R
. Если окажется, что при
0D
в
f
меньше требуемого значения, следует ввести
oc
L
. В этом случае
коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением:
1
0
23
1 2 3 4
1
1
oc
аp
КК
b p L b b р b p
, (7.17)
где
0
ос
г
К R R
; (7.18)
1
ос ос
a L R
; (7.19)
1
0
()
()
( ) (1 ) ;
г
б
э э экв ос к экв ос
г экв
вхн
г oc г ос
б
г
rR
b С r R R C R R
RR
С
r R R R R
R
(7.20)
2
()
;
г
б
э э к экв
г экв
rR
b С r C R
RR
(7.21)
3
( ) ( )
ээ
к вхк oc г к г
бб
г
Cr
b C C R R r С r R
R
; (7.22)
4
( )( )
ээ
к вхк г ос
б
г
Cr
b C C R r L
R
.
Оптимальная по Брауде АЧХ достигается при условии:
2 2 2
2 1 3 2
( 2 )
осопт oc ос oc
L R b R b b b R
. (7.23)
49
При заданном значении
в
Y
верхняя граничная частота по-
лосы пропускания каскада
в
f
может быть найдена после нахож-
дения действительного корня
1
уравнения:
2
6 2 4 2 2
4 2 3 1 4
2
( ) 2 0
осопт
осопт
ос
NL
b L b b b b N
R
, (7.24)
где
22
(1 )/
вв
N
.
При известном значении
1
верхняя граничная частота
полосы пропускания каскада
в
f
определяется из условия:
1
2
в
f
. (7.25)
Пример 7.3. Рассчитать значения
в
f
,
oc
R
,
осопт
L
каскада
с параллельной ООС, схема которого приведена на рис. 7.3,
при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора
приведены в примере 2.1) и условий:
г
R
= 50 Ом,
в
Y
= 0,9,
0
К
= 1,5,
,
вх вх
R С
нагружающего каскада — из примера 6.2 (
вхк
С
= 44 пФ,
вхк
R
= 3 590 Ом).
Решение. По известным значениям
0
К
и
г
R
из (7.18)
определим
ос
R
= 75 Ом. Рассчитывая
1
b
и
2
b
по формулам (7.13)
и (7.14), найдем, что
0D
. Поэтому следует увеличить значение
0
К
. Выберем
0
К
= 6. В этом случае из (7.18) определим
oc
R
= 150 Ом.
Для данного значения
oc
R
0D
. По формуле (7.16) получим
в
f
= 76 МГц. Для расширения полосы пропускания рассчитаем
осопт
L
по (7.23):
осопт
L
= 57 нГн. Теперь найдем действительный
корень уравнения (7.24):
8
1
7,668 10
и по (7.25) определим
в
f
= 122 МГц.
50
8. СОГЛАСОВАННЫЕ КАСКАДЫ
С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ
8.1. Расчет каскада с комбинированной ООС
Принципиальная схема каскада с комбинированной ООС
приведена на рис. 8.1, а, эквивалентная схема на переменном
токе — на рис. 8.1, б.
а
б
Рис. 8.1. Схема усилительного каскада с комбинированной ООС
Совместное использование параллельной ООС по напряжению и последовательной ООС по току позволяет в полосе рабочих частот стабилизировать коэффициент усиления каскада,
его входное и выходное сопротивления. При условии
к
R
>>
н
R
и выполнении равенств:
2
;
г н э ос н
R R R R R
(8.1)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]