Усилитель широкополосный (стр. 4 из 5)

где gбэ- проводимость база-эмиттер;

- справочное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

5) Cэ=

= , (4.16)

где Cэ - ёмкость эмиттера;

fт - справочное значение граничной частоты транзистора.

6) Ri=

, (4.17)

где Ri- выходное сопротивление транзистора;

Uкэ0(доп), Iк0(доп) - соответственно паспортные значения допустимого напряжения на коллекторе и постоянной составляющей тока коллектора.

4.4 Расчёт эмиттерной термостабилизации

Т.к. режим работы транзистора малосигнальный, то применим эмиттерную термостабилизацию.

Эмиттерная термостабилизация широко используется в маломощных каскадах, так как потери мощности в ней при этом не значительны и её простота исполнения вполне их компенсирует, а также она хорошо стабилизирует ток коллектора в широком диапазоне температур при напряжении на эмиттере более 5В.

Рисунок 4.2-Схема каскада с эмиттерной термостабилизацией.

Рассчитаем параметры элементов данной схемы:

1) Необходимое напряжение питания:

Е_п=U_Rэ+U_кэ0+I_к0*R_к (4.18)

Значение источника питания необходимо выбирать из стандартного ряда поэтому выберем напряжение U_Rэ с учетом того, что Е_п=10В:

2) Напряжение на резисторе Rэ:

U_Rэ = E_п-U_кэ0 = 10В-5В = 5В (4.19)

3) Сопротивление эмиттера:

(4.20)

4) Напряжение на базе транзистора:

U_б = U_Rэ+0,7В=5,7В (4.21)

5) Базовый ток транзистора:

Iб=

(4.22)

6) Ток делителя:

Iд =5×Iб = 1мА, (4.23)

где Iд - ток протекающий через сопротивления Rб1 и Rб2.

Сопротивления делителей базовой цепи:

7) Rб1 =

(4.24)

8) Rб2 =

(4.25)

4.5 Переход к однонаправленной модели транзистора

Т.к рабочие частоты усилителя заметно больше частоты

, то из эквивалентной схемы можно исключить входную ёмкость, так как она не влияет на характер входного сопротивления транзистора. Индуктивность же выводов транзистора напротив оказывает существенное влияние и потому должна быть включена в модель. Эквивалентная высокочастотная модель представлена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3- Однонаправленная модель транзистора

1)

, (4.26)

где

- статический коэффициент передачи по току транзистора.

2)

(4.27)

3) Постоянная времени транзистора:

(4.28)

4) Входная ёмкость:

(4.29)

5) Входное сопротивление каскада:

(4.30)

6)

(4.31)

(4.32)

7) Коэффициент усиления транзистора по напряжению в ОСЧ:

(4.33)

8) Выходная ёмкость:

(4.34)

9) Постоянная времени в ОВЧ:

(4.35)

Рисунок 4.4- Принципиальная схема некорректированного каскада и эквивалентная схема по переменному току

Для расчета искажений в ОВЧ распределим искажения на входной каскад 0,5дБ;

При заданном уровне частотных искажений

=0,5дБ, верхняя граничная частота полосы пропускания каскада равна:

= =1,39МГц, (4.36)

где Y=0,944 уровень искажений данного каскада.

Т.к. полученная верхняя частота получилась намного ниже требуемой (40МГц), следовательно, необходима ВЧ коррекция с большой глубиной. Выберем ВЧ эмиттерную коррекцию.

4.6 Расчет промежуточного каскада с эмиттерной коррекцией

Принципиальная схема каскада с эмиттерной коррекцией приведена на рис. 4.5,а, эквивалентная схема по переменному току на рисунке 4.5,б, где

- элементы коррекции. При отсутствии реактивности нагрузки эмиттерная коррекция вводится для коррекции искажений АЧХ вносимых транзистором, увеличивая амплитуду сигнала на переходе база-эмиттер, с ростом частоты усиливаемого сигнала.

а) б)

Рисунок 4.5 Схемы корректированного каскада

Коэффициент передачи каскада в области верхних частот, при выборе элементов коррекции

и соответствующими оптимальной по Брауде форме АЧХ, описывается выражением:

1) Возьмем F=13, тогда

(4.37)

2) Т.к.

, то (4.38)

3) n= K_0*R_1*C_вх/τ_в=19,394∙30Ом∙819,17пФ/40,92нс=11,64735 (4.39)

4)

(4.40)

5)

(4.41)

6)

(4.42)

7)

, (4.43)

где

. (4.44)

Т.к. верхняя частота корректированного каскада получилась больше требуемой, то искажения, вносимые каскадом будут не более 0,5дБ.

Входное сопротивление каскада с эмиттерной коррекцией может быть аппроксимировано параллельной RC-цепью:

8)

= (4.45)

9)

(4.46)

10)

(4.47)

5 Искажения, вносимые входной цепью

Принципиальная схема входной цепи каскада приведена на рис. 5.1,а, эквивалентная схема по переменному току на рис. 5.1,б.

а)б)

Рисунок 5.1 Входная цепь каскада

1) Из (4.45)

,

где

– входная емкость каскада.

2) Из (4.47)

,

где

– входное сопротивление каскада.

3)

(5.1)

4)

(5.2)

5)

(5.3)

7) Искажения вносимые входной цепью по уровню 0,5 дБ равны:

= =437,32МГц, (5.4)

где Y=0,944.

6 Расчет результирующей характеристики

Построение результирующей характеристики в нашем случае заключается в построении АЧХ, которая сроится на основании полученного сквозного коэффициента усиления и искажений на нижних и верхних частотах, указанных в техническом задании.

Итоговая амплитудно-частотная характеристика усилительного устройства находится как произведение коэффициентов передачи всех каскадов усилителя: Ko = K1∙K2, где K1,.K2 – коэффициенты усиления соответсвенно первого и второго каскадов.