Б.А. Варшавер - Расчет и проектирование импульсных усилителей (1267368), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Там же указывается граничная частота усиления по току ), для схемы с общим эмиттером. При этой частоте модуль комплексного параметра йх„равен единице ((л22,,) = 1). По величине 1, можно определить постоянную времени транзистора. Для этого надо воспользоваться следующей формулой: 22т / (1.19) где и, = 1,2 —: 1,6, причем меньшее значение п2, относится к бездрейфовым транзисторам (8). Иногда в справочниках вместо !, указана максимальная частота генерации транзистора 1„. На этой частоте коэффициент усиления каскада по мощности при выполнении условий согласования на входе и выходе равен единице.
Частота 1, связана с максимальной частотой генерации 19 приближенным равенством ) т = 8я г9 С9 (г ° (1.20) Учитывая (1.19) и (1.20), постоянную времени транзистора можно также определить по формуле К 21 !6 'С /Ъ Приводимые в справочниках значения параметров измерены при определенных величинах 1„, и Е„9 (они указываются в справочнике). В случае выбора рабочей точки с другими координатами (ко и Е92 необходимо произвести пересчет значений параметров. Параметры Иногда низкочастотные параметры указываются в справочниках (см,, например, 181) для разных схем включения транзистора, обычно для схем включения с общим эмиттером и общей базой.
При этом может возникнуть необходимость привести все параметры к какой-нибудь одной схеме включения. Далее приводятся формулы перехода от Ь-параметров схемы включения с общим эмиттером к Ь-параметрам схемы включения с общей базой йдд, код, дее и т в первом приближении являются линейными функциями тока коллектора.
Пусть измеренные значения низкочастотных 1'-параметров или их значения, полученные в результате пересчета на основании данных справочника (см. также приложение 1), при токе ~нв равны Кддспвав ведспоав н Кееспвав, тогда [1О) кв 1 аадд псевд справ т 1ко кб ! пгт пгд опрев «о (1.22) 'нб кгг — втгг справ ко ~кб Ягт справ тб 'с тко 2т' т'т твт йдд йвд кое н т — пе Емкость С„в первом приближении является функпией только напряжения на коллекторе. Для емкости С„при напряжении Е.п можно записать следукицее выражение: Ск = ~/ — ';" Ск.,п„., нв (1.23) 24 ГДЕ С„.,пр,„— СООтВЕтСтВУЮЩЕЕ Епо ЗНаЧЕНИЕ ЕМКОСТИ баЗа— коллектор. Параметр гб практически сохраняет свою величину при изменении координат !ко и Епв рабочей точки.
Проводимость дде не оказывает заметного влияния иа результаты расчета, в связи с чем в расчетных формулах величина ддг опущена. Следует отметить оправданность приближений, допускаемых при подготовке данных к расчету импульсного усилителя (приближенное определение низкочастотных и высокочастотных параметров на основе приближенной исходной эквивалентной схемы, пренебрежение проводимостью ядв, а также в большинстве случаев н аве).
В дальнейших расчетах также допустимо пользоваться приближенными формулами для определения тех или иныхвеличин. Болеетого, уточнение расчета практически не приведет к повышению строгости соответствия вычисленных параметров усилителя параметрам выполненной модели. Значительный разброс параметров транзисторов препятствует такому строгому соответствию. Укажем здесь, что разброс таких параметров, как входная проводимость дтд, сопротивление базы гб и постоянная времени транзистора г, может достигать, а в отдельных случаях превышать 100чо.
Поэтому результаты расчета усилителя, если, как это обычно принято, пользоваться усредненными (типовылди) параметрами транзистора, следует рассматривать как ориентировочные. Заметно ослабить влияние разброса параметров тран- l б а / Ю 1 с — ~- Г )г г а) Ряс. 1.8. Эквивадеитиыв схемы: а — лампы (длв схемы включеннв с общая катодом); б — нолевого траманстора (длв схемы включения с обо)нм петеном) Лампа и полевой транзистор, в отличие от биполярного транзистора, характеризуклся большим входным активным сопротивлением.
Характеристики полевого транзистора близки к характеристикам лампы. Эти активные элементы в соответствии с эквивалентной схемой описываются совокупностью параметров, выражения которых имеют одинаковую структуру. Параметры полевых транзисторов имеют примерно следующие данные: емкость затвор — исток (С„,) — 2 + !О пФ, емкость затвор сток (С„) — 0,7 —: 8 пФ, емкость сток — исток (С,н) — 0,2 —: ! пФ, дифференциальное сопротивление канала Я)) — 0,0! †: 0,3 МОм, крутизна характеристики тока стока (о) — 0,5 †.
.8 мА)'В. Из приведенных данных следует, что крутизна характеристики 5 полевого тРанзистора меньше крутизны характеристики анодного тока лампы и на ! †: 2 порядка меньше крутизны характеристики коллекторного тока биполярного транзистора. Кроме того, емкость Сас (аналог межэлектродной емкости сетка — анод лампы) примерно на два порядка больше соответствующей емкости пентода.
Различие в параметрах полевого и биполярного транзисторов предопределяет также и различие в характере их использования в схемах импульсных усилителей. Значительная емкость затвор — сток ~олевого транзистора обусловливает связь между выходной и входной цепями транзистора при схеме включения с общим истоком, особенно "Рн большом сопротивлении нагрузки каскада. При указанной схеме включения на параметры предшествующего каскада или входной зистора на результаты расчета, можно применяя достаточно глубокую отрицательную обратную связь как по переменному, так и по постоянному току. Лампа и полевой тронзиспюр представляются тождественными эквивалентными схемами.
Униполярный полевой транзистор с Р-лпереходом можно приближенно рассматривать как транзисторный аналог электронной лампы. ((а рис. !.8 приведены эквивалентные схемы лампы (для схемы включения с общим катодом) и полевого транзистора (для схемы включения с общим истоком). Эквивалентная схема последнего несколько упрощена исключением из нее элементов, практически мало влияющих на ее параметры. 1~ 1 и Еан + 1 )2 Еси )с = 1 г! Еаи + 1 22 Е~и.
У)-параметры для схемы включения с общим истоком через параметры элементов эквивалентной схемы выражаются следующим образом: 1 и =1а)Сан+ )е)Сес )' =З вЂ” 1 Сс, (1. 24) Как уже упоминалось, располагая значениями Г'-параметров, а также данными о параметрах источника сигнала и нагрузки, по известным из теории четырехполюсниковсоотношениям можно легко определить основные параметры схемы!см. приведенные ранееформулы (1.13) коэффициента передачи, входной и выходной проводимостей четырехполюсника).
$2ЗЬ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИМПУЛЬСНОГО УСИЛИТЕЛЯ. ОБЩИН ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ Структурная схема усилителя импульсных сигналов дана на рнс. 1.9. блок предварительного усиления включает входной (первый) каскад или входную (первую) усилчтельную секцию, а также промежуточные каскады или промежуточные усилительные секции. В !с))ргх Рис. 1.9. Структурная схема импульсного усилителя: каскааы ! )л — !) — преааарительные, каскааы 2 е !л !) — также н прпнежусее. ные цепи (если рассматриваемый каскад является первым) значительно влияет входная емкость транзистора, главной компонентой которой является составляющая, равная Са,(1 + К,), где Ка — коэффициент усиления каскада, В схемах иа лампах внутренней обратной связью через емкость сетка — анод можно обычно пренебречь, в связи с чем анализ ламповых схем проще, чем схем на полевых транзисторах, при исследовании которых необходимо учитывать значительную внутреннюю обратную связь через емкость затвор — сток.
Поэтому полевой транзистор удобно рассматривать как четырехполюсник (так же как это было сделано ранее в отношении биполярного транзистора) и использовать систему 1'-параметров, связывающих токи и напряжения на входе и выходе четырехполюсника (см. пунктир на рис. 1.8): бщем случае блок предварительного усиления может содержать как отдельные каскады, так и усилительные секции. Параметры входной цепи зависят от данных выходного(внутреннего) сопротивления источника сигнала 2„и данных входного сопротивления первого каскада.
Входное сопротивление последнего, как известно, зависит от выбора активного элемента и схемы его включения, а также от наличия или отсутствия цепи отрицательной обратной связи, охватывающей первый каскад. В отношении входной цепи приемлемым следует считать такое решение, при котором коэффициент передачи входной цепи был бы по возможности ближе к единице, а время нарастания фронта импульса было бы меньше или ие превышало бы (при отсутствии особых обстоятельств) время установления предварительного каскада усиления. Расчет входной цепи и первого каскада можно выполнить как раздельно, так и совместно (см.
гл. 4 и 5). Следует отметить, что применение высокочастотной коррекции в первом каскаде позволяет (5лагодаря ускоренной реакции первого каскада) компенсировать относительно медленное нарастание фронта импульса во входной цепи при большом внутреннем сопротивлении источника сигнала.
Иногда для уменьшения времени установления входной цепи перспективно применение на входе усилителя гибридной усилительной секции, сочетающей каскады на полевом и биполярном транзисторах (см. гл. 5), использование которой позволяет улучшить показатели усилителя. Выходной каскад осуществляет связь усилителя с нагрузкой. Расчет выходного каскада и выбор режима его работы, в отличие от остальных каскадов, связан со следующими особенностями: 1) необходимостью получения на данном сопротивлении нагрузки усилителя импульса напряжения определенной амплитуды и полярности; 2) необходимостью максималыю использовать возможности активного элемента, поскольку этому в большинстве случаев соответствует экономически наиболее выгодное решение; 3) необходимостью выбрать схему каскада и режим активного элемента по постоянному и переменному токам так, чтобы время установления и выходном каскаде при допустимом выбросе не составляло бы слишком большой части общего времени установления усилителя (желазельно не более 6054), так как иначе потребовалось бы большее число каскадов (или усилительных секций) в блоке предварительного усиления, а также усложнилась бы схема каскадов.
Предварительное усиление обычно выполняется на одинаковых каскадах или усилительных секциях (исключение составляет иногда первый каскад или первая входная усилительная секция). При одинаковых каскадах или секциях можно более точно опРеделить основные параметры блока предварительного усиления(коэффициент усиления, время установления фронта импульса и выброс) даже тогиа, когда выброс в переходной характеристике значителен (см. э 5.3). Применение усилительных секций с цепями отрицательной обратной связи разного вида способствует более стабильной работе блока 27 предварительного усиления и всего усилителя. Вслн к стабильности работы усилителя не предъявляются слишком жесткие требования, допустимо использование усилительных секций с взаимно корректированнымн каскадами.
Выбор типа активного элемента (биполярный транзистор, полевой транзистор, лампа) обычно не представляет трудностей. Разработка биполярных транзисторов с высокой верхней граничной частотой значительно ограничила использование электронных ламп в высокочастотной аппаратуре и, в частности, в схемах импульсных усилителей. С микромнниатюризацией радиоаппаратуры и совершенствованием технологии ее производства выявились новые особые требования к конструктивным параметрам активных элементов, которым вакуумные приборы не удовлетворяют.
В современных импульсных усилителях преимушественно используются биполярные транзисторы, имеющие высокую добротность. Полевые транзисторы характеризуются значительно меньшей добротностью чем биполярные транзисторы н лампы, что обусловлено сравнительно малой крутизной характеристики тока стока и большой входной динамической емкостью. Указанное существенно ограничивает область самостоятельного использования полевых транзисторов (не в сочетании с биполярными) особыми случаями, когда применение других активных элементов по условиям эк.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
