Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на биполярных транзисторах

.                                                   (6.20)

При работе каскада в качестве входного, в формуле (6.19) значение  принимается равным нулю.

После расчета , , , истинные значения элементов находятся из соотношений:

                                          (6.21)

Пример 7.2. Рассчитать  каскада и значения элементов , , ,  межкаскадной КЦ (рис. 7.3), при использовании транзисторов КТ610А (= 3 нГн, = 5 Ом, = 4 пФ, = 86 Ом, = 1 ГГц) и условий = 50 Ом,  = 0,9, = 260 МГц.

Решение. По таблице 7.2 для = 0,9, что соответствует неравномерности АЧХ 1 дБ, определим: = 2,52; = 2,012; = 2,035. Находя нормированные значения = 0,56, = 0,055, = 0,058 и подставляя в (6.19), получим: = 1,8; = 0,757; = 0,676. Рассчитывая  и подставляя в (6.18) найдем: = 3,2, а из (6.20) определим: = 3,75 кОм. После денормирования элементов по (6.21) получим: = 12,8 пФ; = 5,4 пФ; = 35,6 нГн.


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].

                      а)                                                               б)

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 , с последующим применением преобразования Нортона [3], перейдем к схеме представленной на рис. 7.7.

Рис. 7.7

В соответствии с [2, 11], коэффициент передачи последовательного соединения межкаскадной КЦ и транзистора , при условии использования выходной КЦ, равен:

              (7.9)

где    ;

          - нормированная частота

;                                         (7.10)

         ;

         ;

        

                   ;

;

;

          - нормированные относительно  и  значения элементов .



Таблица 7.3 - Нормированные значения элементов КЦ для =0,25 дБ

Наклон

+4 дБ

3.3

2

3.121

5.736

3.981

3.564

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

3.2

2

3.576

6.385

4.643

3.898

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

3.15

2

4.02

7.07

5.34

4.182

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

3.2

2

4.685

8.341

6.653

4.749

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

3.3

2

5.296

9.712

8.365

5.282

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


Таблица 7.4 - Нормированные значения элементов КЦ для =0,5 дБ

Наклон

+6 дБ

5.4

2

2.725

5.941

3.731

4.3

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

4.9

2

3.404

7.013

4.805

5.077

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

4.9

2

4.082

8.311

6.071

6.0

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

5.2

2

4.745

9.856

7.632

7.13

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

5.7

2

5.345

11.71

9.702

8.809

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

В таблицах 7.3 и 7.4 приведены значения элементов , вычисленные для случая реализации усилительного каскада с различным наклоном АЧХ, лежащим в пределах + 6 дБ, при допустимом уклонении АЧХ от требуемой формы  равном 0,25 дБ и 0,5 дБ, и для различных значений .

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:

                                 (7.11)

где    ;

,  - нормированные относительно  и  значения элементов  и .

Табличные значения элементов , в этом случае, выбираются для значения  равного:

                                       (7.12)

где    - коэффициент, значение которого приведено в таблицах.

Пример 7.3. Рассчитать  каскада и значения элементов , , , ,  межкаскадной КЦ (рис. 7.5), если в качестве  и  используются транзисторы КТ610А (= 3 нГн, = 5 Ом, = 4 пФ, = 86 Ом, = 1 ГГц), требуемый подъем АЧХ каскада на транзисторе  равен 3 дБ, = 50 Ом,  = 0,9, = 260 МГц.

Решение. Нормированные значения элементов ,  и  равны:  =  = 0,56;  = / = 0,058;  = / = 0,057. Значение = 0,9 соответствует неравномерности АЧХ 1 дБ. По таблице 7.4 найдем, что для подъема АЧХ равного 3 дБ коэффициент  = 4,9. По (7.12) определим:  = 0,05. Ближайшее табличное значение  равно 0,07. Для этого значения  из таблицы имеем:  = 0,959;  = 1,917;  = 4,816;  = 4,817;  = 0,224. Теперь по (7.11) и (7.10) получим:  = 1,13;  = 0,959;  = 1,917;  = 4,256;  = 3,282;  = 0,229;  = 4,05. После денормирования элементов найдем:  =  = 82,5 Ом;  = / = 100 нГн;  = / = 30,3 пФ;  = 23,4 пФ;  = 12 нГн.


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  равным , а  много больше значения , усилитель с ЧРЦ оказывается согласованным по входу и выходу. Каждый из канальных усилителей усиливает соответствующую часть спектра входного сигнала. Выходная ЧРЦ осуществляет суммирование усиленных спектров в нагрузке.

Если обозначить нижнюю и верхнюю граничные частоты УВЧ как  и , а нижнюю и верхнюю граничные частоты УНЧ как  и , то дополнительным необходимым условием построения усилителя с ЧРЦ является требование:

³10.                                            (8.1)

В этом случае полоса пропускания разрабатываемого усилителя с ЧРЦ будет охватывать область частот от  до .

С учетом вышесказанного расчет значений элементов ЧРЦ усилителя сводится к следующему.

Значения резисторов  и  выбираются из условий:

                                                (8.2)

По заданному коэффициенту усиления УВЧ  определяется необходимый коэффициент усиления УНЧ  из соотношения:

,                           (8.3)

где  - входное сопротивление УНЧ.

Значения элементов ЧРЦ рассчитываются по формулам [15]:

                                (8.4)

Пример 8.1. Рассчитать значения элементов , , , , , , коэффициент усиления УНЧ и его  для усилителя с ЧРЦ, схема которого приведена на рис. 8.1, при условиях: = 10; = 1 МГц;  = ;  =  = 50 Ом.

Решение. В соответствии с формулами (8.1) и (8.2) выбираем:  = 10 МГц, =50 Ом, =500 Ом. Теперь по (8.3) найдем: =110, а по (8.4) определим: = 3,2 нФ; = 8 мкГн; = 320 пФ; =800 нГн.


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.


Страницы: 1, 2, 3, 4, 5



Реклама
В соцсетях
рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать