Решение. Из примера 2.1 имеем: = 126 Ом, = 196 пФ. Зная и из (5.1) получим: = 0,716. По (5.2) найдем: = 7×10-9 с. Подставляя известные и в (2.5) определим: = 11 МГц.
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 с ростом частоты усиливаемого сигнала и компенсации, благодаря этому, шунтирующего действия входной емкости каскада. Коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот можно описать выражением [1]:
,
где ; (5.3)
;
;
;
(5.4)
– входное сопротивление и входная емкость каскада.
Значение , соответствующее оптимальной по Брауде АЧХ, рассчитывается по формуле:
. (5.5)
При заданном значении и расчете по (5.5) верхняя частота полосы пропускания входной цепи равна:
, (5.6)
где .
Пример 5.2. Рассчитать , , входной цепи, приведенной на рис. 5.2, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: = 50 Ом, = 0,9, допустимое уменьшение за счет введения корректирующей цепи – 5 раз.
Решение. Из примера 5.1 имеем: = 126 Ом, = 196 пФ, = 0,716. Используя соотношение (5.3) и условия задачи получим: = 10 Ом. Подставляя в (5.5) найдем: = 7,54 нГн. Подставляя результаты расчетов в (5.6), получим: = 108 МГц. Используя соотношения (5.4), (2.5) определим, что при простом шунтировании каскада резистором = 10 Ом каскада оказывается равной 50 МГц.
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 ( мало) в схеме, даже при условии = 0, появляется выброс на АЧХ в области верхних частот. Поэтому расчет каскада следует начинать при условии:= 0. В этом случае коэффициент передачи каскада в области верхних частот описывается выражением:
, (5.7)
где ; (5.8)
;
;
;
– входное сопротивление и емкость нагружающего каскада.
При заданном значении , каскада равна:
, (5.9)
где .
Формулой (5.9) можно пользоваться в случае, если . В случае схема имеет выброс на АЧХ и следует увеличить . Если окажется, что при меньше требуемого значения, следует ввести . В этом случае коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением:
, (5.10)
где ; (5.11)
;
;
;
.
Оптимальная по Брауде АЧХ достигается при условии:
. (5.12)
При заданном значении , каскада может быть найдена после нахождения действительного корня уравнения:
, (5.13)
где .
При известном значении , каскада определяется из условия:
. (5.14)
Пример 5.3. Рассчитать , , каскада с параллельной ООС, схема которого приведена на рис. 5.3, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: = 50 Ом, = 0,9, = 1,5, нагружающего каскада – из примера 4.2 (= 44 пФ, = 3590 Ом).
Решение. По известным и из (5.11) определим =75 Ом. Рассчитывая и формулы (5.7) найдем, что . Поэтому следует увеличить значение . Выберем = 6. В этом случае из (5.11) определим: = 150 Ом. Для данного значения . По формуле (5.9) получим: = 76 МГц. Для расширения полосы пропускания рассчитаем по (5.12): =57 нГн. Теперь найдем действительный корень уравнения (5.13): , и по (5.14) определим: = 122 МГц.
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 условии >> и выполнении равенств:
(6.1)
схема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие ³ 0,7. Поэтому взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании отсутствует [8].
При выполнении условий (6.1), коэффициент передачи каскада от генератора в нагрузку в области верхних частот описывается выражением:
, (6.2)
где ; (6.3)
;
;
;
.
Задаваясь значением , из (6.1) и (6.3) получим:
. (6.4)
При заданном значении , каскада равна:
, (6.5)
где .
В [9] показано, что при выполнении условий (6.1) ощущаемое сопротивление нагрузки транзистора каскада с комбинированной ООС равно , а максимальная амплитуда сигнала, отдаваемого каскадом в нагрузку, составляет величину:
, (6.6)
где - максимальное значение выходного напряжения отдаваемого транзистором.
Пример 6.1. Рассчитать , , каскада приведенного на рис. 6.1, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: = 50 Ом; =0,9; =3.
Решение. По известным и из (6.4) получим: =200 Ом. Подставляя в (6.1) найдем: =12,5 Ом. Рассчитывая коэффициенты , формулы (6.2) и подставляя в (6.5) определим: =95 МГц. Теперь по (6.6) можно найти величину потерь выходного сигнала, обусловленных использованием ООС: .
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:
, (6.7)
где ; (6.8)
= 2;
;
;
При заданном значении , каскада равна:
, (6.9)
где .
Величина потерь выходного сигнала, обусловленных использованием ООС, определяется соотношением (6.6).
При увеличении числа каскадов, верхняя граничная частота всего усилителя практически не меняется и может быть рассчитана по эмпирической зависимости:
,
где - общее число каскадов;
- верхняя частота полосы пропускания двухтранзисторного варианта усилителя, рассчитываемая по формуле (6.9).
Коэффициент усиления n-каскадного усилителя рассчитывается по формуле (6.8).
Пример 6.2. Рассчитать , , двухтранзисторного варианта усилителя приведенного на рис. 6.2, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: =50 Ом; =0,81; =10.
Решение. Подставляя в (6.8) заданные значения и найдем: = 160 Ом. Подставляя в (6.1) получим: =15,5 Ом. Теперь по (6.9) определим: =101 МГц.
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:
, (6.10)
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 , его входное сопротивление также равно половине сопротивления, вплоть до частот соответствующих = 0,7. Это следует учитывать при расчете рабочих точек рассматриваемого и предоконечного каскадов.
Коэффициент усиления каскада в области верхних частот, с учетом выполнения равенства (6.10), описывается выражением:
,
где
;
;
;
;
.
Оптимальная по Брауде АЧХ каскада реализуется при расчете и по формулам [10]:
; (6.11)
, (6.12)
