Расчет апериодических и импульсных усилителей

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

Усиление низкочастотных и импульсных сигналов осуществляется апериодическими усилителями. Типовая схема двухкаскадного резистивного усилителя представлена на Рисунок 1.

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.

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

, (2.2)

, (2.3)

. (2.4)

3. Вычисляют входную проводимость и емкость усилительного каскада.

(2.5)

(2.6)

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

, (2.7)

где .

5. 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)