реферат, рефераты скачать Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
реферат, рефераты скачать
реферат, рефераты скачать
МЕНЮ|
реферат, рефераты скачать
поиск
Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах

Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах

РАСЧЕТ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ ШИРОКОПОЛОСНЫХ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА

БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Цель работы – получение законченных аналитических выражений для

расчета коэффициента усиления, полосы пропускания и значений элементов

корректирующих цепей наиболее известных и эффективных схемных решений

построения усилительных каскадов на биполярных транзисторах (БТ).

Основные результаты работы – вывод и представление в удобном для

проектирования виде расчетных соотношений для усилительных каскадов с

простой индуктивной и истоковой коррекциями, с четырехполюсными

диссипативными межкаскадными корректирующими цепями четвертого

порядков, для входной и выходной корректирующих цепей. Для всех

схемных решений построения усилительных каскадов на БТ приведены

примеры расчета.

ВВЕДЕНИЕ

В теории усилителей нет достаточно обоснованных доказательств

преимущества использования того либо иного схемного решения при разработке

конкретного усилительного устройства. В этой связи проектирование

широкополосных усилителей во многом основано на интуиции и опыте

разработчика. При этом, разные разработчики, чаще всего, по-разному решают

поставленные перед ними задачи, достигая требуемых результатов. Данная

работа предназначена для начинающих разработчиков широкополосных усилителей

и содержит: наиболее известные и эффективные схемные решения построения

широкополосных усилительных каскадов на БТ; соотношения для их расчета по

заданным требованиям; примеры расчета. Поскольку, как правило,

широкополосные усилители работают в стандартном 50 либо 75-омном тракте,

соотношения для расчета даны исходя из условий, что оконечные каскады

усилителей работают на чисто резистивную нагрузку, а входные каскады

усилителей работают от чисто резистивного сопротивления генератора.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

В соответствии с [1, 2, 3], приведенные ниже соотношения для расчета

усилительных каскадов основаны на использовании эквивалентной схемы

замещения транзистора приведенной на рисунке 1.1, либо на использовании его

однонаправленной модели [2, 3] приведенной на рисунке 1.2.

[pic]

Рисунок 1.1 - Эквивалентная схема Джиаколетто

[pic]

Рисунок 1.2 - Однонаправленная модель

Значения элементов схемы Джиаколетто могут быть рассчитаны по

паспортным данным транзистора по следующим формулам [1]:

[pic] [pic] [pic]

[pic]

[pic]=3 - для планарных кремниевых транзисторов,

[pic]=4 - для остальных транзисторов,

[pic]; [pic]; [pic];

где [pic] - емкость коллекторного перехода; [pic] - постоянная времени цепи

обратной связи; [pic] - статический коэффициент передачи тока в схеме с

общим эмиттером; [pic] - граничная частота коэффициента передачи тока в

схеме с общим эмиттером; [pic] - ток эмиттера в рабочей точке в

миллиамперах.

В справочной литературе значения [pic] и [pic] часто приводятся

измеренными при различных значениях напряжения коллектор-эмиттер [pic].

Поэтому при расчетах [pic] значение [pic] следует пересчитать по формуле

[1]

[pic],

где [pic] - напряжение [pic], при котором производилось измерение [pic];

[pic] - напряжение [pic], при котором производилось измерение [pic].

Поскольку [pic] и [pic] оказываются много меньше проводимости нагрузки

усилительных каскадов, в расчетах они обычно не учитываются.

Элементы схемы замещения приведенной на рисунке 1.2 могут быть

рассчитаны по следующим эмпирическим формулам [4]:

[pic], [pic], [pic], [pic],

где [pic] - индуктивность вывода базы; [pic] - индуктивность вывода

эмиттера; [pic] - предельное значение напряжения [pic]; [pic] - предельное

значение постоянного тока коллектора.

При расчетах по эквивалентной схеме, приведенной на рисунке 1.2, вместо

[pic] используют параметр [pic] - коэффициент усиления транзистора по

мощности в режиме двухстороннего согласования [2], равный:

[pic]=[pic] (1.1)

где [pic] - частота, на которой коэффициент усиления транзистора по

мощности в режиме двухстороннего согласования равен единице; [pic] -

текущая частота.

2 РАСЧЕТ НЕКОРРЕКТИРОВАННОГО КАСКАДА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

2.1 ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАД

Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 1.3, где [pic] -

сопротивление нагрузки; [pic] - сопротивление в цепи коллектора.

[pic]

Рисунок 2.1 - Схема оконечного некорректированного каскада.

При отсутствии реактивности нагрузки, полоса пропускания каскада

определяется параметрами транзистора. В соответствии с [1] коэффициент

усиления каскада в области верхних частот можно описать выражением:

[pic],

где [pic]; (1.2)

[pic] (1.3)

[pic]; (1.4)

[pic]; (1.5)

[pic][pic].

При заданном уровне частотных искажений

[pic],

верхняя частота [pic] полосы пропускания каскада равна:

[pic]=[pic]. (1.6)

Входное сопротивление каскада может быть аппроксимировано параллельной

RC цепью [1]:

[pic]; (1.7)

[pic]=[pic] (1.8)

Пример 1.1. Рассчитать [pic], [pic], [pic], [pic] каскада, приведенного

на рисунке 1.3 при использовании транзистора КТ610А ([pic]=5 Ом, [pic]=1

Ом, [pic]=0,0083 Сим, [pic]=4 пФ, [pic]=160 пФ, [pic]=1 ГГц, [pic]=120,

[pic]=0,95 А/В, [pic]=0,99, [pic]=55 мА), и условий: [pic]=50 Ом;

[pic]=0,9; [pic]=10.

Решение. По известным [pic] и [pic] в соответствии с (1.2) имеем

[pic]=10,5 Ом. Зная [pic] находим [pic]=13,3 Ом. По формуле (1.3) найдем

[pic]=1,03(10-9с. Подставляя известные [pic] и [pic] в соотношение (1.6)

получим [pic]=74,9 МГц. По формулам (1.7) и (1.8) определим [pic]=196 пФ,

[pic]=126 Ом.

2.2 ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КАСКАД

Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 1.4, где [pic]-

сопротивление в цепи коллектора; [pic], [pic]- входное сопротивление и

входная емкость нагружающего каскада.

[pic]

Рисунок 2.2 - Схема промежуточного некорректированного каскада.

В соответствии с [1] коэффициент усиления каскада в области верхних

частот описывается выражением:

[pic],

где [pic]= [pic]([pic] (1.9)

[pic] (1.10)

[pic]=[pic]. (1.11)

Значения [pic], [pic], [pic] каскада рассчитываются по формулам (1.6),

(1.7), (1.8).

Пример 2. Рассчитать [pic], [pic], [pic], [pic] каскада приведенного на

рисунке 1.4 при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора

приведены в примере 1.1) и условий [pic]=0,9; [pic]=10; [pic], [pic] - из

примера 1.

Решение. По известным [pic] и [pic] из (1.9) получим [pic]=10.5 Ом.

Зная [pic] из (1.11) найдем [pic]=11,5 Ом. По формуле (1.10) определим

[pic]=3(10-9 с. Подставляя известные [pic], [pic] в соотношение (1.6)

получим [pic]=25,5 МГц. По формулам (1.7) и (1.8) определим [pic]=126 Ом,

[pic]=196 пФ.

3 РАСЧЕТ КАСКАДА С ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ИНДУКТИВНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ

3.1 ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАД

Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 3.1.

[pic]

Рисунок 3.1 - Схема оконечного каскада с высокочастотной индуктивной

коррекцией.

При отсутствии реактивности нагрузки высокочастотная (ВЧ) индуктивная

коррекция вводится для коррекции искажений АЧХ вносимых транзистором. В

соответствии с [1] коэффициент усиления каскада в области верхних частот,

при оптимальном значении [pic]равном

[pic], (1.12)

описывается выражением

[pic],

где [pic]=[pic]([pic]; (1.13)

[pic]=[pic]; 1.14)

[pic]=[pic]; (1.15)

[pic] (1.16)

[pic]и [pic]определяются выражениями (1.4) и (1.5).

При заданном [pic], [pic] каскада равна:

[pic] =[pic]. (1.17)

Значения [pic], [pic] каскада рассчитываются по формулам (1.7), (1.8).

Пример 3 Рассчитать [pic], [pic], [pic], [pic], [pic] каскада с ВЧ

индуктивной коррекцией, схема которого приведена на рисунке 3.1, при

использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 1)

и условий [pic]=0,9; [pic]=10; [pic]=50 Ом.

Решение. По известным [pic] и [pic] из (1.13) получим [pic]=10,5 Ом.

Зная [pic] из (1.14) найдем [pic]=13,3 Ом. Рассчитывая [pic] по (1.16) и

подставляя в (1.12) получим [pic]=13,7(10-9 Гн. Определяя (к по (1.15) и

подставляя в (1.17) определим [pic]=350 МГц. По формулам (1.7), (1.8)

найдем [pic]=196 пФ, [pic]=126 Ом.

3.2 ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КАСКАД

Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 3.2.

[pic]

Рисунок 3.2 - Схема промежуточного каскада с высокочастотной индуктивной

коррекцией

В соответствии с [1] коэффициент усиления каскада в области верхних

частот, при оптимальном значении [pic] равном

[pic]= [pic]([pic], (1.18)

определяется выражением:

[pic]

где [pic]=[pic]([pic]; (1.19)

[pic] =[pic]; (1.20)

[pic]=[pic]; (1.21)

[pic]=[pic], (1.22)

[pic] и [pic] определяются выражениями (1.4), (1.5). Значения [pic], [pic],

[pic] каскада рассчитываются по формулам (1.17), (1.7), (1.8).

Пример 4. Рассчитать [pic], [pic], [pic], [pic],[pic] каскада с ВЧ

индуктивной коррекцией, схема которого приведена на рисунке 3.2, при

использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере

1.1) и условий: [pic]=0,9; [pic]=10; [pic], [pic]- из примера 3.

Решение. По известным [pic] и [pic] из (1.19) получим [pic]=10,5 Ом.

Зная [pic] из (1.20) найдем [pic]=11,5 Ом. Рассчитывая [pic] по (1.22) и

подставляя в (1.18) получим [pic]=34,7(10-9 Гн. Определяя [pic]по (1.21) и

подставляя в (1.17) определим [pic]=308 МГц. По формулам (1.7), (1.8)

найдем [pic]=196 пФ, [pic]=126 Ом.

4 РАСЧЕТ КАСКАДА С ЭМИТТЕРНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ

4.1 ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАД

Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 4.1.

[pic]

Рисунок 4.1. Схема оконечного каскада с эмиттерной коррекцией

При отсутствии реактивности нагрузки эмиттерная коррекция вводится для

коррекции искажений АЧХ, вносимых транзистором, увеличивая амплитуду

напряжения эмиттер-база с ростом частоты. В соответствии с [1], модуль

коэффициента усиления каскада в области верхних частот, при выборе

элементов коррекции [pic], [pic] соответствующими оптимальной по Брауде

АЧХ, описывается выражением

[pic], (1.23)

где [pic][pic];

[pic]=[pic]; (1.24)

[pic] - глубина ООС; (1.25)

[pic]; (1.26)

[pic]; (1.27)

[pic] (1.28)

При заданном значении [pic], оптимальное значение [pic] определяется

выражением

[pic] . (1.29)

Подставляя [pic] и [pic] в (1.23) можно получить:

[pic], (1.30)

где [pic].

Входное сопротивление каскада с эмиттерной коррекцией может быть

аппроксимировано параллельной RC-цепью [1].

[pic]; (1.31)

[pic]. (1.32)

Пример 5. Рассчитать [pic], [pic], [pic], [pic], [pic] каскада с

эмиттерной коррекцией схема которого приведена на рисунке 4.1, при

использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 1)

и условий [pic]=0,9; [pic]=10; [pic] = 50 Ом.

Решение. По известным [pic], [pic] и [pic] из (5.2) получим [pic]=4,75.

Подставляя [pic] в (1.25) и (1.29) найдем [pic]=4 Ом; [pic]=1,03.

Рассчитывая [pic] по (1.28) и подставляя в (1.26), (1.27) получим

[pic]=50,5 пФ. По известным [pic], [pic], [pic], [pic] и [pic] из (1.30)

определим [pic]= 407 МГц. По формулам (1.31), (1.32) найдем [pic]= 71 пФ,

[pic]= 600 Ом.

4.2 ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КАСКАД

Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 1.10.

[pic]

Рисунок 4.2. Схема промежуточного каскада с эмиттерной

коррекцией

В соответствии с [1] модуль коэффициента усиления каскада в области

верхних частот, при выборе элементов коррекции соответствующими оптимальной

по Брауде АЧХ, описывается выражением (1.23). В данном случае, при заданном

значении [pic], оптимальное значение [pic] определяется из соотношения:

[pic], (1.33)

где [pic].

Значения [pic], [pic], [pic] каскада рассчитываются по формулам (1.30),

(1.31), (1.32), при этом в (1.24), (1.28) и (1.31) величина [pic]

заменяется на [pic].

Пример 6. Рассчитать [pic], [pic], [pic], [pic], [pic] каскада с

эмиттерной коррекцией, схема каскада приведена на рисунке 4.2, при

использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 1)

и условий: [pic]=0,9; [pic]=10; [pic]=71,5 пФ; [pic]=300 Ом

(предполагается, что нагрузкой данного каскада является входное

сопротивление каскада рассчитанного в примере 5, а в коллекторе транзистора

стоит резистор с номиналом 600 Ом.

Решение. По известным [pic], [pic] и [pic] из (1.24) получим

[pic]=28,5. Подставляя [pic] в (1.25) найдем [pic]=29 Ом. Зная [pic] и

[pic], по (1.33) определим [pic]=0,76. Рассчитывая [pic] по (1.28) и

подставляя в (1.26), (1.27) получим [pic]=201 пФ. По известным [pic],

[pic], [pic], [pic], [pic] из (1.30) определим [pic]=284 МГц. По формулам

(1.31), (1.32) найдем [pic]=44 пФ; [pic]=3590 Ом.

5 КОРРЕКЦИЯ ИСКАЖЕНИЙ ВНОСИМЫХ ВХОДНОЙ ЦЕПЬЮ

5.1 РАСЧЕТ ИСКАЖЕНИЙ ВНОСИМЫХ ВХОДНОЙ ЦЕПЬЮ

Схема входной цепи каскада по переменному току приведена на рисунке

5.1, где [pic] - внутреннее сопротивление источника сигнала.

[pic]

Рисунок 5.1. Схема входной цепи некорректированного каскада

При условии аппроксимации входного сопротивления каскада параллельной

RC-цепью, коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот

описывается выражением [1]:

[pic],

где [pic]=[pic] (1.34)

[pic]=[pic]; (1.35)

[pic]=[pic];

[pic]=[pic];

Значение [pic] входной цепи рассчитывается по формуле (1.6).

Пример 7. Рассчитать [pic] и [pic] входной цепи приведенной на рисунке

5.1, при работе каскада на транзисторе КТ610А (данные транзистора приведены

в примере 1.1) от генератора с [pic]=50 Ом и при [pic]=0,9.

Решение. Из примера 1 имеем: [pic]=126 Ом, [pic]=196 пФ. По формуле

(1.34) получим: [pic]=0,716, а по формуле (1.35): [pic]=7(10-9 с.

Подставляя известные [pic] и [pic] в (1.6) найдем: [pic]=11 МГц.

5.2 РАСЧЕТ ВХОДНОЙ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ

Из приведенных выше примеров расчета видно, что наибольшие искажения

АЧХ обусловлены входной цепью. Для расширения полосы пропускания входных

цепей в [5] предложено использовать схему, приведенную на рисунке 5.2.

[pic]

Рисунок 5.2. Схема коррекции входной цепи

Работа схемы основана на увеличении сопротивления цепи [pic] с ростом

частоты для компенсации шунтирующего действия входной емкости каскада. При

заданном значении [pic] и выборе [pic], соответствующей оптимальной по

Брауде АЧХ, модуль коэффициента передачи входной цепи описывается

выражением:

[pic],

где [pic]; (1.42)

[pic];

Страницы: 1, 2



© 2003-2013
Рефераты бесплатно, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.