Расчет усилительных устройств под редакцией Ю.Т. Давыдова

КО1ПРОЛЬНЫИ ЛИСТОК СРОКОВ ВОЗВРАТА КЮ 1ГА ДОЛЖНА БЫТЬ ВОЗВРАШЕНА НЕ ПОЗЖЕ УКАЗАННОГО ЗДЕСЬ СРОКА ~ Колич. пред, выдач. МинистерстеО щ~ки, Высшей шкОлБ и техничеОИОЙ пОЛИ7ики РОООийОкОЙ Фелерации КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ ';:~ОСКОВСКИ~~ ОРЛИК,ДЫНИБА И ОРДИВ ОКТЯБРЬСКОЙ РИЗОА1ЩИИ АВИй4ИОНйй ИНСТИУХ имени СЕРГО ОРЖВНИИЯЗЬ' Учебное пособие к практическим за,няням По„п редажцией Ю.Т. Давыдова.

Автори: В.И. Завидя, Ю.Т давидов ~ ц "арт~~' дик, А.Я. Харлююв Реачет уаииителывх уатройоти: учеб. ооаобие / фф дииииич, ~.Т. Давыдове й.Ю. Мартапев, БЛ. Нородин, А.Н. Харламов; Под Ред. Ю.Т. Лающова. - И.: Изд-во МЬИ, Х98З, - с„: ил. 76 В учебном пособии излагаются методы расчета типовых схем усилительных устройств различного назначения, выполненных на транзисторах и интегральных микросхемах. Пособие предназначено для студентов радиотехнических специальностей высших учебных зэзеденийе Рецензенты: ВЛ.

Арсеньев, А.И. Репин „ее е.тор~.аттт.~ © Моаионоиии иииеиионный институт, 1883 Настоящее учебное пособие содеркит изложение методик расчета типовых усилительных каскадов на транзисторах и интегральных микросхемах ~ИМС), Оно предназначено для студентов, изучающих на практических занятиях курс "усилительные и электротехнические устройства"; и может быть использовано ими при выполнении курсо- вых работ и проектов. Структурно пособие состоит из восьми разделов, каждый из которых включает в себя краткое изложение основных сведений из тео- рии рассматриваемого вопроса, описание методик расчета, конкретных примеров расчета и соответствующего ~рактиче~~~г~ ззданияе Разделы учебного пособия подготовлены следукщими авторами: разд Х - ЛаРыдовым В.Т. и Нородиным Б.М,, разд.

3 Марице вым Ю.Ю. и Породиным Б.М., разд. 3 - давыдовым Ю.Т. и Лавиди- чем И.З., разд. 4 — Харламовым А.К., разд. 5, 6, 7 - Мартюше- вым Б.Б., разд. 8 — давыдовым Ю.Т. и Харламовым А.К. как показывает практический опыт, инвариантность усилительного каокеда на И к изменениям 1~~,~ достигается при выборе напряжения на эмиттере из условия Ца$~~„/3. Это позволяет рассчитать минимальное значение напряжения питания Р„„и определить величину Юу Расчет проводится по следующим формулам: г„" ь[ ц,.~к'Я~-ц/~г„„)- ~к~ г, ~,а'), ~2л где И„ = У + Р— сопротивление постоянному току в цепи коллектор- ее ф ф ного тока за вычетом У .

Ю вЂ” сопротивление 4)ильтра по цепи пита- 3' 9Р ния Полученное из ~2.5) значение У„„ ориентировочное, его следует уточнить, исходя из заданного 0„' „ или взяв стандартное значение. Это потребует уточнения значения $ , что может быть сделано по следующей формуле: К = К -~~,+~„Р~ ~2.6) ГЛубокая отрицательная обратНая связь по постоянному току практически уотраняет температурную нестабильность каскада из-за изменения А~«, . Влияние двух оставшихся деатабилизирук)!цих факторов как показывает анализ, зависит От величины сопротивления ~~= = И У ДЮ '+Ю ), а следовательно, от тока делителя напряжения. !~д + !«~ Причем увеличение $~- ведет к снижению влияния смещения входных характеристик, а уменьшение -к.снижению влияния изменений неуправляемого тока ~~рехода коллектор-база. Ток базового делителя 1~ (см.

рис. 2.1), обеспечивающий требуемую стабильность каскада, может быть найден по следующей формуле: Д.8) / 3Х /Х„.)-~нХ„д /~„+н)~~ /У~) Лля хорошей фиксации потенциала базы желательно обеспечивать Г~ З 13...5) Х«- . В ~2.8) знаменатель может подучитьоя отрицательным, что свидетельствует о недостижимости требуемой стабильности при заданных условиях. ТОГда необходимо увеличить Р~, пересчитав при этом У "!!и ° Сопротивления Ю~ и Ю~ раосчитываютоя следуиним образом: ~К.-~~я ~~~~~а ' ~2.9) Н~ = ~ К - Ь' - К~ ~/~ Г Г ), (2 ХО) где К~, Х«-- положение РТ на входной ВАХ транзистора. При необходимооти можно взять ф = 0,4 3 для германиевого и С,7 Б для кремниевого транзисторов, а Х~ оценить по Формуле Х~ = ~„/А~,~.

При выборе Х~ следует учитывать, что его увеличение снижает экономичность каскада и уменьшает входное сопротивление. Поэтому желательно, чтобы выполнялось условие Ю~~Й... ° ..Ь) ~~„, где Д~„- входная проводимость транзиотОра в рабочей точке. Получаемая абсолютная нестабильность тока коллектора может быть Оценена по слещкицей Формуле: ~ ~, = Л ф / Ж, е н Х», ~ 1+ у",„т~) ~ 4+ ~ ~!, /Ш, Яд Ю,)~, д. ~!) где ~ — сопротивление току растекания базы транзиотора.

Яля охемы, представленной на рис, 2.2, значение сопротивления Р! находим по формуле 123: ~и ~~ ~ ! ~~~у~ ~з ~ ~у~)/!~~~! «УЯ, ~2.12) где А à — абсолютное значение допуотимой нестабильности Х; ~- крутизна характеристики ПТ. Первцй член в неравенстве (2.Х2) нужно брать по абоолютной ВЕЛИЧИНЕе таК КаК ЗНаК ЕГО МожЕт ОКаэатЬОя ЛЮбЫМ. ЕСЛИ НайдЕННОЕ значение У„ будет меньше, чем требуется для создания автоомещения ( У„= У,„~„"-~'„ /Х ), то следует использовать резистор о этим большим сопротивлением. Стабильность + Оя!! будет лучше заданной. Если же У„ из 8 -'!-'-.

~2.Х2) больше той, что требуется для антоенещення, то пепн пнтання транене- ~г тора выполняют по схеме, показанной на рис. 2.3, используя для автосмещения только часть резистора Й, ~ У„,) Отрицательное значение У„ означает, С!е что в выбранном режиме транзиотор не нуждаетоя в стабилизации. Ф'„ 3 полупроводниковых ИС проблема стабилизации режима каскадов, а также Рис.

2.3 Оообеннооть расчета промежуточных каскадов заключается в том, что их потребителем являетоя последующий усилитель, вход- НЗЯ ПРЮЗОДИМООТЬ $~~„ И ЕМКОСТЬ Су„ КОТОРОГО НаХОДЯТСЯ С ПОМОЦЬЮ выражений 13.6) и (3.7). Пра РЕШЕНИИ ряда З~щаЧ ВОЗНИКаЕТ НЕОбХОдИМОСтЬ уаИЛИВатЬ сигналы в широкой полосе частот,и, еоли полоса пропускания обычного апериодического уоилителя оказывается недостаточной, ее старавтоя расширить, используя методы ЗЧ- и НЧ-коррекции. Частотная коррекция обычно осуцествляетоя одНим из двух методов: Х) Введением в цепь коллекторной (стоковой) нагрузки частотнозавиоимых элементов Л-коррекция В области ВЧ и цепочка Ю С— В области НЧ); 2) использованием частотнозависимой Отрицательной обратной связи ~00С) ~змиттернан коррекция В области БЧ).

Рассмотрим ОСОбеннОоти этих методов. Выоокочаототнан Е -ко е На рис. 3.2,а и б изображены схемы усилителей на биполярном и полевом транзисторах с икщ~ктивной ВЧ коррекцией. Расширение полооы пропуокания В этих схемах достигается за счет Введения В цепь Выходного электрода активного элемента катушки индуктивнооти 1„, которая совмес~но а выходной емкостью транзистора С~„, емкоотью нагрузки С и емкостью монтажа С образует параллельный колебательный контур. Резонансная частота и добротность этого контура подбираютоя таким образом, чтобы левый окат его АЧХ приходилая на облаоть частот, где уоиление каскада без коррекции начинает спадать. Рисе Зе2 Оообенноати расчета схемы с индуктивной коррекцией раоомотрим на примере схемы рис. 3.2,б.

Использование схемы индуктивной коррекции оказывается наи- бОЛЕЕ Эфф6КТИВНЫМ Прй ВЫПОЛНЕНИИ УСЛОВИЯ (Т Яика «©~,8 ЭТОМ Случае модуль коэффициента передачи каскада в облаоти БЧ описываетоя Выражением где Р - коэффициент передачи В области СЧ; ;= ~/'г., 13.12) ~кар " постояннан Времени цепи коррекции: 7 ~~ - постоянная времени В области БЧ каскада беэ коррекции: ~ в!Б~ ° (3.13) С ~ = б~ ~ + С„ + С 8 соответствии с методом Брауде ~2) для получения макоимально широкой и плоской формы АЧХ коэффициенты при равных степенях ы В числителе и знаменателе выражения 13.11) должны быть равны межщ~ собой. Исходя иэ этого находим Оптимальное значение индуктив ности Ь„.: Определим Верхнюю граничную частоту каскада: Ю-~- Я ж аг'~ И'- ~) гие ЙФ~ = ~/ти — иерхиии граиичиаи чаотота каокаиа бее коррекции. Используя оптимальную индуктивную коррекцию, обычно решают одну из двух задач: 1) максимальное расширение полосы пропуакания при заданном коэ4Фициенте уоиления каскада Ю~~ ,' 2) максимизация коэ4фициента уоиления каок~ща при Фиксированном значении Верхней граничной чаототы Ю~ Ьр .

) ,~$~ а ~',ЮГ Ф~ ~3.16) При решении первой задачи вначале по заданным значениям )~,'„ о и д" определяют необходимое сопротивление Ю~: еФД,Я Ф ® М- -Ф $Г „Д .Ы ( 3.16) Затем и соответствии с 13.13) вычисляют значение т~, после чего посредством 13.14) и (3.15) находят оптимальное значение индуктивности Е„ и верхнюю граничную частоту каскада с коррекцией.

При решении второй задачи по заданному значению Ы~~ опре-. деляют минимально необходимое значение Ы~ каскада без коррекции: Ю = М у 1~7Я ~3.17) Затем по известным значениям С, Ср~~, Е,„„ д„' ~Г и Й~~ находят ~~ '. ю = 1/Ис„+е +с„)и -д' — у'). й.18) После чего в соответствии с 13,12) и ~3.14) находят коэ4Фипиент усиления К~ и оптимальную корректирующую индуктивность Е„ . Отметим, что введение в цепь стока корректирующей индуктивности 1„ не сказывается на коэффициенте усиления каскеда в области СЧ К . В то же время верхняя граничная частота может быть повышена в 1,722 раза. Это означает, что площадь усиления П„= ))с' й~„ при оптимальной индуктизной коррекции каскада на полевом транзисторе возрас,тает также в 1,722 раза.

Расчет каскада с индуктивной коррекцией на биполярном транзисторе ~рис. 3.2,а) имеет свою специфику по сравнению с рассмотренным выше. Основное отличие связано с тем, что выходная емкость и крутизна биполярного транзистора являются частотнозаеисимыми параметрами. Наиболее сильно эта зависимость сказывается при работе каскада на малоинерционную нагрузку, когда С~ =/ ~„>> С„С~ и у»у„. 3 этом сщчае для модуля коэффициента передачи каскада в области ВЧ спразедливо выражение 2 я 8 где ~р - постоянная времени в области БЧ каскада без коррекции: ф ~3.2О) «а ~к /Кк (3.21) 26 Аа Юф к~4 К «, /~ ~ + у'„) Условие оптимального выбора Ь„ при этом выглядит слещчаим образом: При оптимальном выборе 1~ верхнюю граничную частоту определяют так: Задача максимального расширения АЧХ при фиксированном значении коэф$жаиента усиления каскада на биполярном транзиоторе, работаицем на малоинерционную нагрузку, решается в такай последовательноо ти, 1.