Книга на тему Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на биполярных транзисторах
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2013-09-11Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
от 25%
договор
Министерство образования Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой РЗИдоктор технических наук, профессор
________________В.Н. Ильюшенко
____ _____________________2002 г.
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ КОРРЕКЦИИ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию
для студентов радиотехнических специальностей
Разработчик:
доцент кафедры РЗИ
кандидат технических наук
_______________А.А. Титов;
Томск – 2002
УДК 621.396Рецензент: А.С. Красько, старший преподаватель кафедры Радиоэлектроники и защиты информации Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.
Титов А.А.
Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на биполярных транзисторах: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию для студентов радиотехнических специальностей. – Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2002. – 47 с.
Пособие содержит описание одиннадцати различных схемных решений построения усилительных каскадов с коррекцией амплитудно-частотной характеристики, формулы для расчета значений элементов высокочастотной коррекции, расчета коэффициента усиления и полосы пропускания рассматриваемых каскадов.
© Томский гос. ун-т систем
управления и радиоэлектроники, 2002
©Титов А.А., 2002
Содержание
Введение…………………………………………………………………..…….…4
1. Исходные данные для расчетов……………………………………………...52. Расчет некорректированного каскада с общим эмиттером…………….….7
2.1. Оконечный каскад…………………………………………...…..7
2.2. Промежуточный каскад………………………………...……….9
3. Расчет каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией…………....10
3.1. Оконечный каскад…………………………………………..….10
3.2. Промежуточный каскад………………………………………..11
4. Расчет каскада с эмиттерной коррекцией……………………...………..…13
4.1. Оконечный каскад…………………………………………..….13
4.2. Промежуточный каскад………………………………………..15
5. Коррекция искажений вносимых входной цепью………………………....17
5.1. Расчет искажений вносимых входной цепью……………..….17
5.2. Расчет входной корректирующей цепи…………………….....18
5.3. Расчет каскада с параллельной ООС…...……………………..20
6. Согласованные каскады с обратными связями……………………………23
6.1. Расчет каскада с комбинированной ООС……………..……...23
6.2. Расчет каскадов с перекрестными ООС………………………25
6.3. Расчет каскада со сложением напряжений……………………27
7. Расчет каскадов с четырехполюсными корректирующими цепями...…....29
7.1. Расчет выходной корректирующей цепи ……………..……...30
7.2. Расчет каскада с реактивной межкаскадной
корректирующей цепью третьего порядка……………………32
7.3. Расчет каскада с заданным наклоном АЧХ…………………...35
8. Расчет усилителей с частотным разделением каналов……………………41
9. Список использованных источников………………………………………43
ВВЕДЕНИЕ
Расчет элементов высокочастотной коррекции является неотъемлемой частью процесса проектирования усилительных устройств, как одного из классов аналоговых электронных устройств. В известной учебной и научной литературе материал, посвященный этой проблеме, не всегда представлен в удобном для проектирования виде. К тому же 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. В этой связи в данном пособии собраны наиболее известные и эффективные схемные решения построения широкополосных усилительных устройств на биполярных транзисторах, а соотношения для расчета коэффициента усиления, полосы пропускания и значений элементов высокочастотной коррекции даны без выводов. Ссылки на литературу позволяют найти, при необходимости, доказательства справедливости приведенных соотношений. 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 рис. 1.1, либо на использовании его однонаправленной модели, приведенной на рис. 1.2.
Рис. 1.1. Эквивалентная схема Джиаколетто
Рис. 1.2. Однонаправленная модель
Значения элементов схемы Джиаколетто могут быть рассчитаны по паспортным данным транзистора по следующим формулам [1]:
где
В справочной литературе значения
где
Поскольку
Значения элементов схемы замещения, приведенной на рис. 1.2, могут быть рассчитаны по следующим формулам [3, 4]:
где
При расчетах по эквивалентной схеме приведенной на рис. 1.2, вместо
где
Формула (1.1) и однонаправленная модель (рис. 1.2) справедливы для области рабочих частот выше
2. РАСЧЕТ НЕКОРРЕКТИРОВАННОГО КАСКАДА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ
2.1. ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАД
Принципиальная схема оконечного некорректированного усилительного каскада приведена на рис. 2.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 2.1,б, где
При отсутствии реактивности нагрузки, полоса пропускания каскада определяется параметрами транзистора. В соответствии с [1] коэффициент усиления каскада в области верхних частот можно описать выражением:
где
а) б)
Рис. 2.1
При заданном уровне частотных искаженийВходное сопротивление каскада может быть аппроксимировано параллельной RC цепью [1]:
Пример 2.1. Рассчитать
Решение. При известных
2.2. ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КАСКАД
Принципиальная схема каскада приведена на рис. 2.2,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 2.2,б.
а) б)
Рис. 2.2
В соответствии с [1] коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением:где
Значения
Пример 2.2. Рассчитать
Решение. По известным
3. РАСЧЕТ КАСКАДА С ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ИНДУКТИВНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ
3.1. ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАД
Принципиальная схема каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией приведена на рис. 3.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 3.1,б.
а) б)
Рис. 3.1
При отсутствии реактивности нагрузки высокочастотная индуктивная коррекция вводится для коррекции искажений АЧХ вносимых транзистором. Корректирующий эффект в схеме достигается за счет возрастания сопротивления коллекторной цепи с ростом частоты усиливаемого сигнала и компенсации, благодаря этому, шунтирующего действия выходной емкости транзистора.В соответствии с [1] коэффициент усиления каскада в области верхних частот, при оптимальном значении
описывается выражением:
где
При заданном значении
Значения
Пример 3.1. Рассчитать
Решение. По известным
3.2. ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КАСКАД
Принципиальная схема промежуточного каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией приведена на рис. 3.2,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 3.2,б.
а) б)
Рис. 3.2
В соответствии с [1] коэффициент усиления каскада в области верхних частот, при оптимальном значенииопределяется выражением:
где
Значения
Пример 3.2. Рассчитать
Решение. По известным
4. РАСЧЕТ КАСКАДА С ЭМИТТЕРНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ
4.1. ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАДПринципиальная схема каскада с эмиттерной коррекцией приведена на рис. 4.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 4.1,б, где
а) б)
Рис. 4.1
В соответствии с [1], коэффициент передачи каскада в области верхних частот, при выборе элементов коррекции
где
При заданном значении
Подставляя известные
где
Входное сопротивление каскада с эмиттерной коррекцией может быть аппроксимировано параллельной RC-цепью [1]:
Пример 4.1. Рассчитать
Решение. По известным
4.2. ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КАСКАД
Принципиальная схема промежуточного каскада с эмиттерной коррекцией приведена на рис. 4.2,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 4.2,б.
а) б)
Рис. 4.2
В соответствии с [1], коэффициент передачи каскада в области верхних частот, при выборе элементов коррекции
где
При заданном значении
Подставляя известные
где
Входное сопротивление и входная емкость каскада рассчитываются по соотношениям (4.10) и (4.11).
Пример 4.2. Рассчитать
Решение. По известным
5. КОРРЕКЦИЯ ИСКАЖЕНИЙ ВНОСИМЫХ ВХОДНОЙ ЦЕПЬЮ
5.1. РАСЧЕТ ИСКАЖЕНИЙ ВНОСИМЫХ ВХОДНОЙ ЦЕПЬЮПринципиальная схема входной цепи каскада приведена на рис. 5.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 5.1,б.
а) б)
Рис. 5.1
При условии аппроксимации входного сопротивления каскада параллельной RC-цепью, коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот описывается выражением [1]:
где
Значение
Пример 5.1. Рассчитать
Решение. Из примера 2.1 имеем:
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 [7] предложено использовать схему, приведенную на рис. 5.2.
а) б)
Рис. 5.2
Работа схемы основана на увеличении сопротивления цепи
где
Значение
При заданном значении
где
Пример 5.2. Рассчитать
Решение. Из примера 5.1 имеем:
5.3. РАСЧЕТ КАСКАДА С ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
Для исключения потерь в усилении, обусловленных использованием входной корректирующей цепи (см. раздел 5.2), в качестве входного каскада может быть использован каскад с параллельной ООС. Принципиальная схема каскада приведена на рис. 5.3,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 5.3,б.
а) б)
Рис. 5.3
Особенностью схемы является то, что при большом значении входной емкости нагружающего каскада и глубокой ООС (
где
При заданном значении
где
Формулой (5.9) можно пользоваться в случае, если
где
Оптимальная по Брауде АЧХ достигается при условии:
При заданном значении
где
При известном значении
Пример 5.3. Рассчитать
Решение. По известным
6. СОГЛАСОВАННЫЕ КАСКАДЫ С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ
6.1. РАСЧЕТ КАСКАДА С КОМБИНИРОВАННОЙ ООС
Принципиальная схема каскада с комбинированной ООС приведена на рис. 6.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 6.1,б.
а) б)
Рис.6.1
Совместное использование параллельной ООС по напряжению и последовательной ООС по току позволяет стабилизировать коэффициент усиления каскада, его входное и выходное сопротивления. При условиисхема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие
При выполнении условий (6.1), коэффициент передачи каскада от генератора в нагрузку в области верхних частот описывается выражением:
где
Задаваясь значением
При заданном значении
где
В [9] показано, что при выполнении условий (6.1) ощущаемое сопротивление нагрузки транзистора каскада с комбинированной ООС равно
где
Пример 6.1. Рассчитать
Решение. По известным
6.2. РАСЧЕТ КАСКАДОВ С ПЕРЕКРЕСТНЫМИ ООС
Принципиальная схема каскадов с перекрестными ООС приведена на рис. 6.2,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 6.2,б.
а) б)
Рис. 6.2
По идеологии построения рассматриваемая схема похожа на усилитель, в котором использованы каскады с комбинированной ООС. Однако при заданном коэффициенте усиления схема обладает большей полосой пропускания, которая практически не сокращается при увеличении числа каскадов, что объясняется комплексным характером обратной связи на высоких частотах.Усилитель с перекрестными ООС, также как и каскад с комбинированной ООС, при выполнении равенств (6.1) оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 [8, 9]. Коэффициент передачи двухтранзисторного варианта усилителя, изображенного на рис. 6.2, выполненного на однотипных транзисторах и при пренебрежении величинами второго порядка малости, описывается выражением:
где
При заданном значении
где
Величина потерь выходного сигнала, обусловленных использованием ООС, определяется соотношением (6.6).
При увеличении числа каскадов, верхняя граничная частота всего усилителя
где
Коэффициент усиления n-каскадного усилителя рассчитывается по формуле (6.8).
Пример 6.2. Рассчитать
Решение. Подставляя в (6.8) заданные значения
6.3. РАСЧЕТ КАСКАДА СО СЛОЖЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЙ
Принципиальная схема каскада со сложением напряжений [10] приведена на рис. 6.3,а, эквивалентная схема по постоянному току – на рис. 6.3,б, по переменному току – на рис. 6.3,в.
а) б) в)
Рис. 6.3
При выполнении условия:напряжение, отдаваемое транзистором каскада, равно амплитуде входного воздействия. Коэффициент усиления по току транзистора включенного по схеме с общей базой равен единице. В этом случае ток, отдаваемый предыдущим каскадом, практически равен току нагрузки. Поэтому ощущаемое сопротивление нагрузки каскада равно половине сопротивления
Коэффициент усиления каскада в области верхних частот, с учетом выполнения равенства (6.10), описывается выражением:
где
Оптимальная по Брауде АЧХ каскада реализуется при расчете
а значение
Пример 6.3. Рассчитать
Решение. По формулам (6.11), (6.12) получим
7. РАСЧЕТ КАСКАДОВ С ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНЫМИ КОРРЕКТИРУЮЩИМИ ЦЕПЯМИ
В рассматриваемых выше усилительных каскадах расширение полосы пропускания было связано с потерей части выходной мощности в резисторах корректирующих цепей, либо цепей ООС. Этого недостатка лишены усилители, построенные по принципу последовательного соединения корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов [2]. В этом случае расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рис. 1.2, а в цепи коллектора вместо резистора
Пример построения схемы усилителя с КЦ приведен на рис. 7.1, где ВхКЦ – входная КЦ, МКЦ – межкаскадная КЦ, ВыхКЦ – выходная КЦ.
Рис. 7.1
7.1. РАСЧЕТ ВЫХОДНОЙ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ
Из теории усилителей известно [3], что для получения максимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки, для внутреннего генератора транзистора, равное постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Это достигается включением выходной емкости транзистора (см. рис. 1.2) в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рис. 7.2.
Рис. 7.2
При работе усилителя без выходной КЦ, модуль коэффициента отражения |
|
где
В этом случае уменьшение выходной мощности относительно максимального значения, обусловленное наличием
где
Описанная в [3] методика Фано позволяет при заданных
Истинные значения элементов рассчитываются по формулам:
где
Таблица 7.1 - Нормированные значения элементов выходной КЦ
| | | | |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 | 0,180 0,382 0,547 0,682 0,788 | 0,099 0,195 0,285 0,367 0,443 | 0,000 0,002 0,006 0,013 0,024 | 1,000 1,001 1,002 1,010 1,020 |
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 | 0,865 0,917 0,949 0,963 0,966 | 0,513 0,579 0,642 0,704 0,753 | 0,037 0,053 0,071 0,091 0,111 | 1,036 1,059 1,086 1,117 1,153 |
1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 | 0,958 0,944 0.927 0,904 0,882 | 0,823 0,881 0,940 0,998 1,056 | 0,131 0,153 0,174 0,195 0,215 | 1,193 1,238 1,284 1,332 1,383 |
1,6 1,7 1,8 1,9 | 0,858 0,833 0,808 0,783 | 1,115 1,173 1,233 1,292 | 0,235 0,255 0,273 0,292 | 1,437 1,490 1,548 1,605 |
Решение. Найдем нормированное значение
7.2. РАСЧЕТ КАСКАДА С РЕАКТИВНОЙ МЕЖКАСКАДНОЙ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ЦЕПЬЮ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА
Принципиальная схема усилителя с реактивной межкаскадной КЦ третьего порядка приведена на рис. 7.3,а, эквивалентная схема по переменному току – на рис. 7.3,б [11, 12].
а) б)
Рис. 7.3
Используя однонаправленную эквивалентную схему замещения транзистора, схему (рис. 7.3) можно представить в виде, приведенном на рис. 7.4.Рис. 7.4
Согласно [2, 11], коэффициент прямой передачи последовательного соединения межкаскадной КЦ и транзистора
где
При заданных значениях
где
В теории фильтров известны табулированные значения коэффициентов
Таблица 7.2 – Коэффициенты передаточной функции фильтра Чебышева
Неравномерность АЧХ, дБ | | | |
0,1 | 1,605 | 1,184 | 0,611 |
0,2 | 1,805 | 1,415 | 0,868 |
0,3 | 1,940 | 1,56 | 1,069 |
0,4 | 2,05 | 1,67 | 1,24 |
0,5 | 2,14 | 1,75 | 1,40 |
0,6 | 2,23 | 1,82 | 1,54 |
0,7 | 2,31 | 1,88 | 1,67 |
0,8 | 2,38 | 1,93 | 1,80 |
0,9 | 2,45 | 1,97 | 1,92 |
1,0 | 2,52 | 2,012 | 2,035 |
1,2 | 2,65 | 2,08 | 2,26 |
1,4 | 2,77 | 2,13 | 2,46 |
1,6 | 2,89 | 2,18 | 2,67 |
1,8 | 3,01 | 2,22 | 2,87 |
2,0 | 3,13 | 2,26 | 3,06 |
При работе каскада в качестве входного, в формуле (6.19) значение
После расчета
Пример 7.2. Рассчитать
Решение. По таблице 7.2 для
7.3. РАСЧЕТ КАСКАДА С ЗАДАННЫМ НАКЛОНОМ АЧХ
Проблема разработки широкополосных усилительных каскадов с заданным наклоном АЧХ связана с необходимостью компенсации наклона АЧХ источников усиливаемых сигналов; устранения частотно-зависимых потерь в кабельных системах связи; выравнивания АЧХ малошумящих усилителей, входные каскады которых реализуются без применения цепей высокочастотной коррекции. На рис. 7.5,а приведена принципиальная схема усилителя с реактивной межкаскадной КЦ четвертого порядка, позволяющей реализовать заданный наклон АЧХ усилительного каскада, эквивалентная схема по переменному току приведена на рис. 7.5,б [14].
Рис. 7.5
Используя однонаправленную эквивалентную схему замещения транзистора, схему (рис. 7.5) можно представить в виде, приведенном на рис. 7.6.Рис. 7.6
Вводя идеальный трансформатор после конденсатора
Рис. 7.7
В соответствии с [2, 11], коэффициент передачи последовательного соединения межкаскадной КЦ и транзисторагде
Таблица 7.3 - Нормированные значения элементов КЦ для
Наклон | | | | | | |
+4 дБ | 0.027 0.0267 0.0257 0.024 0.02 0.013 0.008 0,0 | 1.058 1.09 1.135 1.178 1.246 1.33 1.379 1.448 | 2.117 2.179 2.269 2.356 2.491 2.66 2.758 2.895 | 3.525 3.485 3.435 3.395 3.347 3.306 3.29 3.277 | 6.836 6.283 5.597 5.069 4.419 3.814 3.533 3.205 | 0.144 0.156 0.174 0.191 0.217 0.248 0.264 0.287 |
+2 дБ | 0.0361 0.0357 0.0345 0.0325 0.029 0.024 0.015 0.0 | 1.59 1.638 1.696 1.753 1.824 1.902 2.014 2.166 | 3.18 3.276 3.391 3.506 3.648 3.804 4.029 4.332 | 3.301 3.278 3.254 3.237 3.222 3.213 3.212 3.227 | 5.598 5.107 4.607 4.204 3.797 3.437 3.031 2.622 | 0.172 0.187 0.207 0.225 0.247 0.269 0.3 0.337 |
+0 дБ | 0.0493 0.049 0.047 0.045 0.04 0.03 0.017 0.0 | 2.425 2.482 2.595 2.661 2.781 2.958 3.141 3.346 | 4.851 4.964 5.19 5.322 5.563 5.916 6.282 6.692 | 3.137 3.13 3.122 3.121 3.125 3.143 3.175 3.221 | 4.597 4.287 3.753 3.504 3.134 2.726 2.412 2.144 | 0.205 0.219 0.247 0.263 0.29 0.327 0.36 0.393 |
-3 дБ | 0.0777 0.077 0.075 0.07 0.06 0.043 0.02 0.0 | 4.668 4.816 4.976 5.208 5.526 5.937 6.402 6.769 | 9.336 9.633 9.951 10.417 11.052 11.874 12.804 13.538 | 3.062 3.068 3.079 3.102 3.143 3.21 3.299 3.377 | 3.581 3.276 2.998 2.68 2.355 2.051 1.803 1.653 | 0.263 0.285 0.309 0.34 0.379 0.421 0.462 0.488 |
-6 дБ | 0.132 0.131 0.127 0.12 0.1 0.08 0.04 0.0 | 16.479 17.123 17.887 18.704 20.334 21.642 23.943 26.093 | 32.959 34.247 35.774 37.408 40.668 43.284 47.885 52.187 | 2.832 2.857 2.896 2.944 3.049 3.143 3.321 3.499 | 2.771 2.541 2.294 2.088 1.789 1.617 1.398 1.253 | 0.357 0.385 0.42 0.453 0.508 0.544 0.592 0.625 |
Наклон | | | | | | |
+6 дБ | 0.012 0.0119 0.0115 0.011 0.0095 0.0077 0.005 0.0 | 0.42 0.436 0.461 0.48 0.516 0.546 0.581 0.632 | 0.839 0.871 0.923 0.959 1.031 1.092 1.163 1.265 | 6.449 6.278 6.033 5.879 5.618 5.432 5.249 5.033 | 12.509 11.607 10.365 9.624 8.422 7.602 6.814 5.911 | 0.09 0.097 0.109 0.117 0.134 0.147 0.164 0.187 |
+3 дБ | 0.0192 0.019 0.0185 0.017 0.015 0.012 0.007 0.0 | 0.701 0.729 0.759 0.807 0.849 0.896 0.959 1.029 | 1.403 1.458 1.518 1.613 1.697 1.793 1.917 2.058 | 5.576 5.455 5.336 5.173 5.052 4.937 4.816 4.711 | 8.98 8.25 7.551 6.652 6.021 5.433 4.817 4.268 | 0.123 0.134 0.146 0.165 0.182 0.2 0.224 0.249 |
0 дБ | 0.0291 0.0288 0.028 0.0265 0.024 0.019 0.01 0.0 | 1.012 1.053 1.096 1.145 1.203 1.288 1.404 1.509 | 2.024 2.106 2.192 2.29 2.406 2.576 2.808 3.018 | 5.405 5.306 5.217 5.129 5.042 4.94 4.843 4.787 | 6.881 6.296 5.79 5.303 4.828 4.271 3.697 3.301 | 0.16 0.175 0.19 0.207 0.226 0.253 0.287 0.316 |
-3 дБ | 0.0433 0.043 0.0415 0.039 0.035 0.027 0.015 0.0 | 1.266 1.318 1.4 1.477 1.565 1.698 1.854 2.019 | 2.532 2.636 2.799 2.953 3.13 3.395 3.708 4.038 | 5.618 5.531 5.417 5.331 5.253 5.172 5.117 5.095 | 5.662 5.234 4.681 4.263 3.874 3.414 3.003 2.673 | 0.201 0.217 0.241 0.263 0.287 0.321 0.357 0.391 |
-6 дБ | 0.0603 0.06 0.058 0.054 0.048 0.04 0.02 0.0 | 1.285 1.342 1.449 1.564 1.686 1.814 2.068 2.283 | 2.569 2.684 2.899 3.129 3.371 3.627 4.136 4.567 | 6.291 6.188 6.031 5.906 5.812 5.744 5.683 5.686 | 5.036 4.701 4.188 3.759 3.399 3.093 2.634 2.35 | 0.247 0.264 0.295 0.325 0.355 0.385 0.436 0.474 |
Таблицы получены с помощью методики проектирования согласующе-выравнивающих цепей транзисторных усилителей, предполагающей составление и решение систем компонентных уравнений [5], и методики синтеза прототипа передаточной характеристики, обеспечивающего максимальный коэффициент усиления каскада при заданной допустимой неравномерности АЧХ в заданной полосе частот [13].
Для перехода от схемы на рис. 7.7 к схеме на рис. 7.6 следует воспользоваться формулами пересчета:
где
Табличные значения элементов
где
Пример 7.3. Рассчитать
Решение. Нормированные значения элементов
8. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛей С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ
При разработке усилителей с рабочими частотами от нуля либо единиц герц до единиц гигагерц возникает проблема совмещения схемных решений построения низкочастотных и сверхвысокочастотных усилителей. Например, использование больших значений разделительных конденсаторов и дросселей питания для уменьшения нижней граничной частоты, связано с появлением некорректируемых паразитных резонансов в области сверхвысоких частот. Этого недостатка можно избежать, используя частотно-разделительные цепи (ЧРЦ). Наибольший интерес представляет схема усилителя с ЧРЦ, предназначенного для усиления как периодических, так и импульсных сигналов [15,16,17]. Схема усилителя с ЧРЦ приведена на рис. 8.1, где УВЧ – усилитель верхних частот, УНЧ – усилитель нижних частот.
Рис. 8.1
Принцип работы схемы заключается в следующем. Усилитель с ЧРЦ состоит из двух канальных усилителей. Первый канальный усилитель УВЧ является высокочастотным и строится с использованием схемных решений построения усилителей сверхвысоких частот. Второй канальный усилитель УНЧ является низкочастотным и строится с использованием достоинств схемных решений построения усилителей постоянного тока либо усилителей низкой частоты. При условии согласованных входов и выходов канальных усилителей, выборе значения резистора
Если обозначить нижнюю и верхнюю граничные частоты УВЧ как
В этом случае полоса пропускания разрабатываемого усилителя с ЧРЦ будет охватывать область частот от
С учетом вышесказанного расчет значений элементов ЧРЦ усилителя сводится к следующему.
Значения резисторов
По заданному коэффициенту усиления УВЧ
где
Значения элементов ЧРЦ рассчитываются по формулам [15]:
Пример 8.1. Рассчитать значения элементов
Решение. В соответствии с формулами (8.1) и (8.2) выбираем:
Список использованных источников
1. Мамонкин И.Г. Усилительные устройства. Учебное пособие для вузов. - М.: Связь. 1977.
2. Шварц Н.З. Линейные транзисторные усилители СВЧ. - М.: Сов. радио, 1980.
3. Широкополосные радиопередающие устройства / Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А.; Под ред. О.В. Алексеева. - М.: Связь, 1978.
4. Титов А.А., Бабак Л.И., Черкашин М.В. Расчет межкаскадной согласующей цепи транзисторного полосового усилителя мощности // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. – 2000. - Вып. 1.
5. Бабак Л.И., Шевцов А.Н., Юсупов Р.Р. Пакет программ автоматизированного расчета транзисторных широкополосных и импульсных УВЧ - и СВЧ усилителей // Электронная техника. Сер. СВЧ – техника. – 1993. – Вып. 3.
6. Петухов В.М. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности и их зарубежные аналоги: Справочник. В 4 томах. – М.: КУбК-а, 1997.
7. Никифоров В.В., Терентьев С.Ю. Синтез цепей коррекции широкополосных усилителей мощности с применением методов нелинейного программирования // Сб. «Полупроводниковая электроника в технике связи». /Под ред. И.Ф. Николаевского. - М.: Радио и связь, 1986. – Вып. 26.
8. Титов А.А. Упрощенный расчет широкополосного усилителя. // Радиотехника. - 1979. - № 6.
9. Мелихов С.В., Колесов И.А. Влияние нагружающих обратных связей на уровень выходного сигнала усилительных каскадов // Сб. «Широкополосные усилители». - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1975. – Вып. 4.
10. Бабак Л.И. Анализ широкополосного усилителя по схеме со сложением напряжений // Сб. «Наносекундные и субнаносекундные усилители» / Под ред. И.А. Суслова. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1976.
11. Бабак Л.И., Дергунов С.А. Расчет цепей коррекции сверхширокополосных транзисторных усилителей мощности СВЧ // Сб. «Радиотехнические методы и средства измерений» - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1985.
12. Титов А.А. Расчет межкаскадной корректирующей цепи многооктавного транзисторного усилителя мощности. // Радиотехника. – 1987. - №1.
13. Титов А.А. Расчет диссипативной межкаскадной корректирующей цепи широкополосного усилителя мощности // Радиотехника. - 1989. - №2.
14. Альбац М.Е. Справочник по расчету фильтров и линий задержки. – М.: Госэнергоиздат, 1963.
15. Ильюшенко В.Н., Титов А.А. Многоканальные импульсные устройства с частотным разделением каналов. // Радиотехника. - 1991. - № 1.
16. Пикосекундная импульсная техника. /В.Н. Ильюшенко, Б.И. Авдоченко, В.Ю. Баранов и др. / Под ред. В.Н. Ильюшенко.- М.: Энергоатомиздат, 1993.
17. Авторское свидетельство № 1653128 СССР, МКИ НОЗF 1/42. Широкополосный усилитель / В.Н. Ильюшенко, А.А. Титов // Открытия, Изобретения. – 1991 - №20.