2.4. Расчет коэффициента гармонических искажений

Нелинейные искажения, хотя и присутствуют во всех каскадах усилителя, большей частью связаны с выходным каскадом ввиду больших амплитуд сигналов.

При работе биполярного транзистора в режиме небольших сигналов ( мВ) нелинейность его характеристики несильно сказывается на искажениях сигнала.

В таких случаях можно применить УПРОЩЩЕННУЮ МЕТОДИКУ

При работе биполярного транзистора в режиме больших сигналов нелинейные искажения будут наблюдаться во входном и выходном каскадах.

Д

ля определения коэффициента гармоник следует предварительно рассчитать и построить проходную сквозную характеристику, представляющую собой зависимость тока коллектора I_к от ЭДС источника входного сигнала E_c,

Необходимость в этой характеристике вызывается тем, что часть напряжения источника падает на внутреннем сопротивлении источника R_и, что приводит к зависимости входного напряжения от тока базы и к фактическому искривлению динамической характеристики.

Для построения характеристики I_к=f(E_c) используются точки пересечения линии нагрузки с выходной характеристикой транзистора.

Количество этих точек необходимо выбрать равным пяти.

Если их количество меньше, то методом интерполяции надо достроить недостающие характеристики.

Определив по динамической выходной характеристике значения токов коллектора ( , , , , )

и соответствующие им значения тока базы ( , , , , ),

переносим значения тока базы на семейство входных характеристик,

по которым определяют соответствующие им напряжения между базой и эмиттером транзистора ( , , , , ).

Далее следует определить ЭДС источника сигнала для расчетных значений тока базы и тока коллектора I_к во всех пяти точках по выражениям:

; ; ;

; ,

где R_и — сопротивление источника, которое можно определить при рассчитанном входном сопротивлении каскада, как R_и=(2…6) R_вх.

Далее, рассчитав значения тока коллектора I_к и ЭДС источника сигнала во всех пяти точках,

необходимо построить проходную характеристику транзистора.

Следующим шагом надо вычислить амплитуды гармонических составляющих коллекторного тока.

Для определения спектральных составляющих тока цепи коллектора находим вначале амплитуду входного напряжения ,

а затем значения токов:

— , при напряжении ;

— , при напряжении ;

— , при напряжении ;

— , при напряжении ;

— , при напряжении .

Окончательно, значения амплитуд составляющих тока коллектора находим по выражениям:

;

.

Расчет коэффициента гармоник каскада производится по формуле:

.

3. Расчет промежуточных каскадов

3.1. Расчет промежуточного каскада

Для проектирования промежуточного каскада должны быть известны следующие параметры:

— максимально допустимый коэффициент частотных искажений ;

— требуемый коэффициент усиления каскада ;

— максимальное выходное напряжение сигнала ;

— величина и характер нагрузки.

Расчет промежуточных каскадов в области ВЧ (МВ) в принципе не отличается от расчета оконечного каскада, включая и критерии выбора цепи ООС.

При использовании РАННИХ соотношений, следует в расчетах заменить сопротивление нагрузки и емкость нагрузки соответственно на и последующего каскада.

Входная динамическая емкость следующего каскада — по выражению:

Основным критерием выбора транзистора являются его граничная частота и тип проводимости, и .

Значение эквивалентного сопротивления можно определить из соотношения, предварительно определив R_к

Вследствие того, что амплитуда усиливаемого сигнала промежуточным каскадом меньше, чем в оконечном, напряжение источника питания для промежуточных каскадов, получится меньшим по значению.

Поэтому для того, чтобы питать все каскады усилителя от одного источника питания, промежуточные каскады следует подключить к источнику через цепь со стабилитроном или фильтрующую цепь .

Применение RC-фильтра более оправдано, поскольку эта цепь устраняет паразитную ОС через источник питания и более экономична.

; ,

где — напряжение источника питания оконечного каскада,

для ИУ , — длительность импульса.

В случае, когда значение емкости последующего каскада значительно (сотни пФ), что приводит к увеличению частотных искажений на высоких частотах, в качестве промежуточного каскада можно применить схему каскада с общим коллектором (ОК).

Схема предоконечного каскада с ОК

и

непосредственной межкаскадной связью.

В этой схеме номинал сопротивления рассчитывается из условия обеспечения режима транзистора VT2, аналогично резистору базового делителя с учетом того,

что роль тока делителя здесь играет ток покоя транзистора VT1.

Оценивая термонестабильности VT2, следует учесть, что при изменении температуры обратный ток коллектора транзистора VT1 будет в раз усилен транзистором VT2, поэтому следует тщательно рассчитать термостабилизацию предоконечного.

Расчет каскада с ОК рекомендуется вести в следующей последовательности:

— определить эквивалентное сопротивление нагрузки

,

где — входное сопротивление оконечного каскада, в отсутствие базового делителя у этого каскада ;

— провести расчет каскада в области ВЧ (МВ) аналогично каскаду с ОЭ;

— рассчитать глубину последовательной ООС по напряжению:

;

— определить параметры каскада с ОК: