4. Расчет характеристик выходного каскада

в области верхних частот (или малых времен)

При расчете основных характеристик выходного каскада следует вначале определить коэффициент усиления каскада в области средних частот:

где — низкочастотное значение крутизны транзистора в рабочей точке.

Для УИС однополярного сигнала низкочастотное значение крутизны транзистора следует определять для усредненного тока коллектора :

Далее необходимо определить требуемое значение постоянной времени каскада в области ВЧ (или МВ) для i- го каскада:

— для УГС с заданной верхней граничной частотой

где — доля частотных искажений (в относительных единицах), распределенных на каскад;

— для УИС

,

где — время установления фронта, распределенное на каскад.

Затем необходимо рассчитать ожидаемое значение постоянной в области ВЧ (или МВ) рассчитываемого каскада:

где — емкость, нагружающая выходной каскад (если для выходного каскада не задана, то взять

В последнем выражении первое слагаемое суммы (_i) соответствует постоянной времени транзистора i-го каскада, второе слагаемое суммы (_i1) — постоянной времени выходной цепи транзистора, а третье слагаемое суммы (_i2) — постоянной времени нагрузки.

Если , то ожидаемые искажения будут не больше заданных.

В противном случае, т.е. когда , возможно уменьшение путем снижения (уменьшение номинала ).

Затем следует уточнить положение рабочей точки и т.д., т.е. проделать цикл вычислений, аналогичный рассмотренному.

Если по каким-либо причинам уменьшение нежелательно (например, при требовании согласования выхода усилителя с нагрузкой), то следует (если имеется запас по коэффициенту усиления) ввести в каскад отрицательную обратную связь (ООС),

ориентировочно полагая, что уменьшится в глубину обратной связи раз.

В случае, если введение ООС нежелательно, например, ввиду малости ожидаемого , требуется применение транзистора с большей .

При последовательной связи по току, глубину ООС следует определить из выражения [5]:

где — сопротивление обратной связи

Учитывая ООС, крутизна усиления транзистора определится:

ОКОНЧАТЕЛЬНО подставляя в выражения (3.3) и (3.4) вместо , получим значение коэффициента усиления и постоянной времени каскада в области ВЧ (или МВ) с учетом ООС:

,

.

Если полученные значения и удовлетворяют первоначально заданным, и , то далее следует определить входные параметры каскада:

— входное сопротивление каскада

,

где — входное сопротивление транзистора с ОЭ,

— сопротивление базового делителя (параллельное соединение и ); — сопротивления.

— входную динамическую емкость каскада

При наличии в каскаде ООС следует в последнем выражении вместо следует применять значение .

Для построения АЧХ и ФЧХ i-го каскада в области ВЧ следует воспользоваться выражениями:

— относительного коэффициента передачи Y_в 

где ;

φ_вi = –arctg (ωτ_вi);

— коэффициента частотных искажений M_вi

M_вi = 1/Y_вi.

Связь коэффициента частотных искажений M_в и f_в усилителя выражается как

.

В случае применения одинаковых каскадов в n-каскадном усилителе полоса рабочих частот сужается, поэтому верхние граничные частоты каскадов необходимо корректировать путем увеличения ее до значения равного

.

Расчет характеристик выходного каскада в области верхних частот, приведенный в параграфе, справедлив для других i-х каскадов.