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 Yв
где
;
φвi = –arctg (ωτвi);
— коэффициента частотных искажений Mвi
Mвi = 1/Yвi.
Связь коэффициента частотных искажений Mв и fв 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.