Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рисунок 1

Элементы усилительного каскада выполняют следующие функции:

• , , обеспечивают выбранное положение рабочей точки (РТ) и температурную стабилизацию транзистора;

• , осуществляют развязку каскада в диапазоне усиливаемых частот и повышают устойчивость работы усилителя;

• разделяет усилительные каскады по постоянному току;

• является коллекторной нагрузкой транзистора;

• устраняет отрицательную обратную связь по переменному току;

• проводимость потребителя.

При условии слабых сигналов, когда выходное напряжение существенно меньше напряжения , можно считать, что каскад работает в линейном режиме. В этом случае расчет усилителя сводится к следующему.

Исходными данными для оконечных усилительных каскадов непрерывных сигналов являются: - коэффициент усиления; и - верхняя и нижняя граничные частоты; и - уровень линейных искажений на частотах и ; и - проводимость и сопротивление потребителя; - выходное напряжение.

Расчет производится в следующей последовательности.

1. Выбирают тип биполярного транзистора, позволяющего реализовать требуемый коэффициент усиления и полосу пропускания при заданных частотных искажениях:

, (2.1)

где , .

Определяют параметры транзистора , , , , , и на средней частоте усиления.

1. Находят нагрузочную коллекторную проводимость для обеспечения заданного усиления и полосы пропускания:

, (2.2)

, (2.3)

. (2.4)

1. Вычисляют входную проводимость и емкость усилительного каскада.

(2.5)

(2.6)

1. Разделительную емкость определяют по заданным искажениям на нижней граничной частоте:

, (2.7)

где .

1. И наконец находят емкость :

. (2.8)

При расчете усилителей импульсных сигналов с длительностью задаются обычно временем установления фронта импульса и его скалыванием . В этом случае элементы схемы и находятся из соотношений (2.3) и (2.7):

, (2.9)

. (2.10)

Особенность расчета промежуточных каскадов заключается в том, что их потребителем является последующий усилитель, входная проводимость и емкость которого находятся с помощью выражений (2.5) и (2.6).

При решении ряда задач возникает необходимость усиливать сигналы в широкой полосе частот, и, если полоса пропускания обычного апериодического усилителя оказывается недостаточной, ее стараются расширить, используя ВЧ- и НЧ-коррекции. Частотная коррекция обычно осуществляется одним из двух методов:

1. введением в цепь коллекторной (стоковой) нагрузки частотно-зависимых элементов (L-коррекция в области ВЧ и цепочка - в области НЧ);

2. использованием частотно-зависимой отрицательной обратной связи (ООС) (эмиттерная коррекция в области ВЧ).

Расчет "Y"-параметров транзистора

Основными активными приборами усилительных устройств радиочастотного диапазона являются биполярные и полевые транзисторы. Расчет характеристик усилителей умеренно высоких частот удобно проводить по Y-параметрам транзисторов, определенным для выбранной рабочей точки (РТ) по постоянному ток и схемы включения (ОЭ, ОБ, ОК, ОИ, ОЗ, ОС).

В инженерной практике широко используется физическая эквивалентная схема биполярного транзистора, представленная на Рисунок 2, которая достаточно точно отражает его свойства в частотном диапазоне до , где - граничная частота усиления тока базы в схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Рисунок 2

Рассчитывают элементы эквивалентной схемы и Y-параметры биполярного транзистора по справочным данным, где для типового режима работы (заданной РТ) обычно приводятся следующие электрические параметры:

• - постоянное напряжение коллектор-эмиттер;

• - постоянный ток коллектора;

• - статический коэффициент усиления тока базы в схеме с ОЭ.

• - модуль коэффициента усиления тока базы на частоте или .

• - постоянная времени цепи обратной связи , где - технологический параметр, лежащий в пределах 3…4 для мезатранзисторов и 4…10 для планарных;

• - емкость коллекторного перехода.

Элементы эквивалентной схемы определяется с помощью следующих соотношений.

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода :

. (3.1)

Параметр , характеризующий активность транзисторов:

.

Сопротивление растекания базы :

. (3.2)

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода :

. (3.3)

Емкость эмиттерного перехода :

. (3.4)

Собственная постоянная времени транзистора :

. (3.5)

Для удобства часто пользуются расчетами активных и реактивных составляющих проводимостей по формулам, максимально использующим данные транзисторов. При этом предварительно вычисляют входное сопротивление в схеме ОБ на низкой частоте:

, (3.6)

и граничную частоту по крутизне

. (3.7)

Вводя обозначения и , расчет Y-параметров ведут по следующим формулам:

, ; (3.8)

; (3.9)

, ; (3.10)

; (3.11)

, ; (3.12)

; (3.13)

, ; (3.14)

. (3.15)

Высокочастотная эмиттерная коррекция

В некоторых случаях использование индуктивной коррекции оказывается неудобным. Так, в частности, при микросхемном исполнении усилителя затруднительно реализовывать корректирующую катушку . В этом случае целесообразно воспользоваться схемой с частотно-зависимой ООС (Рисунок 3).

Рисунок 3

В этой схеме роль частотно-зависимой цепи выполняют элементы и . Величина емкости обычно выбирается таким образом, чтобы в диапазоне НЧ и СЧ она мало шунтировала резистор . При этом за счет на НЧ и СЧ образуется ООС по току. В области ВЧ из-за уменьшения сопротивления цепи , действие ООС ослабевает, что приводит к подъему усиления на ВЧ.

Модуль коэффициента передачи схемы Рисунок 3 в области ВЧ описывается выражением:

, (4.1)

где - постоянная времени в области ВЧ каскада без коррекции; - постоянная времени цепи эмиттерной коррекции:

; (4.2)

- глубина ООС:

.

Для получения максимально широкой и плоской АЧХ при постоянную времени цепи коррекции необходимо выбирать из условия:

. (4.3)

При этом верхняя граничная частота:

. (4.4)

Из выражений (4.2) и (4.4) следует, что расширение полосы пропускания осуществляется за счет уменьшения коэффициента усиления. Это означает, что площадь усиления каскада с эмиттерной коррекцией остается постоянной.

Расчет схемы производится следующим образом.

1. Задают значения коэффициента усиления и частота , которые должны обеспечивать рассчитываемый каскад, параметры нагрузки , и параметры транзистора , , .

2. Определяют эквивалентную емкость :

.

1. Рассчитывают необходимое значение глубины ООС:

. (4.5)

1. Находят необходимое значение коллекторного сопротивления:

(4.6)

1. Рассчитывают элементы цепи коррекции:

; (4.7)

. (4.8)

1. Сопротивление , шунтируемое емкостью большого номинала , выбирается таким образом, чтобы суммарное сопротивление было равно сопротивлению рассчитываемому исходя из требований термостабилизации рабочей точки.

Низкочастотная коррекция цепочкой

Осуществить коррекцию АЧХ в области НЧ можно путем соответствующего выбора элементов фильтра , (см. Рисунок 1). Емкость конденсатора выбирается таким образом, чтобы он шунтировал только в областях СЧ и ВЧ. В области НЧ шунтирующее действие конденсатора уменьшается, что приводит к возрастанию сопротивления коллекторной цепи и уменьшению нижней граничной частоты каскада.

С учетом влияния цепи , коэффициент передачи в области НЧ описывается выражением

, (5.1)

где - постоянная времени фильтра; - постоянная времени в области НЧ каскада без коррекции:

. (5.2)

Максимальное расширение полосы пропускания в области НЧ достигается при выборе из условия:

. (5.3)

В этом случае нижняя граничная частота уменьшается в раз:

. (5.4)

Расчет каскада с НЧ коррекцией осуществляют в такой последовательности.

1. Задаются требуемыми значениями коэффициента усиления и нижней граничной частоты , крутизной транзистора , емкостью разделительного конденсатора и сопротивлением нагрузки .

2. Определяют, по необходимости, значение коллекторного сопротивления

3. В соответствии (5.2) определяют постоянную времени каскада без коррекции.

4. Находят необходимые для осуществления коррекции значения и :

; (5.5)

. (5.6)

Усилитель с НЧ-коррекцией позволяет улучшить воспроизведение плоской вершины импульса. При оптимальном выборе параметров фильтра, скола вершины уменьшается в раз.

Выбор и стабилизация режимов работы усилительных каскадов на транзисторах

Режим работы усилительного каскада по постоянному току определяется исходным положение рабочей точки (РТ) активного элемента. Это положение задается в биполярном транзисторе (БТ) током коллектора и напряжением коллектор-эмиттер .

Выбор РТ активного прибора в усилителях больших сигналов (когда и ) производят по статистическим вольтамперным характеристикам (ВАХ) прибора, ориентируясь на получение необходимого усиления и допустимых нелинейных искажений усилительного сигнала. При выборе РТ активного прибора в усилителях малых сигналов ( и ) можно ориентироваться на следующие рекомендации [3].

Значения тока и напряжения выбирают, главным образом для получения определенных усилительных параметров, обеспечения экономичного потребления энергии источника питания и стабильности режима работы. Увеличение улучшает усилительные свойства транзистора, но при этом растут входная и проходная проводимость усилительного прибора, а также энергопотребление каскада. Большие значения желательны с точки зрения уменьшения влияния дестабилизирующих факторов. Следует выполнять условия , где - неуправляемый ток перехода коллектор-база. Если к усилителю не предъявляется специальных требований, то обычно выбирают мА.

Характеристики

Список файлов реферата