Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на полевых транзисторах (стр. 2 из 5)

,

где K₀=SR_Э/F; (5.1)

; (5.2)

;

;

;

.

Значение С_1опт, соответствующее оптимальной по Брауде АЧХ, рассчитывается по формуле:

. (5.3)

При заданном значении Y_B верхняя частота полосы пропускания каскада равна:

. (5.4)

Входная емкость каскада определяется соотношением:

. (5.5)

При работе каскада в качестве предоконечного все перечисленные выше соотношения справедливы. Однако R_Э и С₀ принимаются равными:

, (5.6)

где С_ВХ – входная емкость оконечного каскада.

Пример 5.1. Рассчитать f_B, R₁, С₁, С_ВХ каскада, приведенного на рисунке 5.1, при использовании транзистора КП907Б (данные транзистора - в примере 3.1) и условий: Y_B=0,9; K₀=4; каскад работает в качестве предоконечного; входная емкость нагрузочного каскада - из примера 3.1.

Решение. По известным K₀, S, R_Э из (5.1), (5.2) найдем: F=7,5 ; R₁=32,5 Ом. Далее получим: С₀=62 пФ; =

. Из (5.3) определим С_1опт=288 пФ. Теперь по формуле (5.4) рассчитаем: f_B=64,3 МГц. Из (5.5) найдем: С_ВХ=23,3 пФ.

6 РАСЧЕТ ВХОДНОЙ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ

Из приведенных выше примеров расчета видно, что наибольшие искажения АЧХ обусловлены входной цепью. Для расширения полосы пропускания входных цепей усилителей на ПТ в [8] предложено использовать схему, приведенную на рисунке 6.1.

а)	б)

Рисунок 6.1

Коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот можно описать выражением:

,

где ; (6.1)

;

;

;

;

С_ВХ – входная емкость каскада на ПТ.

Значение L_3опт, соответствующее оптимальной по Брауде АЧХ, рассчитывается по формуле:

. (6.2)

При заданном значении Y_B и расчете L_Зопт по (6.2) верхняя частота полосы пропускания входной цепи равна:

. (6.3)

Пример 6.1. Рассчитать f_B, R_З, L_З входной цепи, приведенной на рисунке 6.1, при условиях: Y_B=0,9; R_Г=50 Ом; С_ВХ – из примера 3.1; допустимое уменьшение К₀ за счет введения корректирующей цепи – 2 раза.

Решение. Из условия допустимого уменьшения К₀ и соотношения (6.1) найдем: R_З=50 Ом. Подставляя известные С_ВХ, R_Г и R_З в (6.2), получим: L_Зопт=37,5 нГн. Далее определим: =

; = . Подставляя найденные величины в (6.3), рассчитаем: f_B=130 МГц.

7 РАСЧЕТ ВЫХОДНОЙ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ

В рассматриваемых выше усилительных каскадах расширение полосы пропускания связано с потерей части выходной мощности в резисторах корректирующих цепей (КЦ) либо цепей обратной связи. От выходных каскадов усилителей требуется, как правило, получение максимально возможной выходной мощности в заданной полосе частот. Из теории усилителей известно [9], что для выполнения указанного требования необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора равным постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Этого можно достигнуть, включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 7.1.

а)	б)

Рисунок 7.1

При работе выходного каскада без выходной КЦ модуль коэффициента отражения ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора равен [9]:

. (7.1)

Уменьшение выходной мощности относительно максимального значения, обусловленное наличием C_ВЫХ, составляет величину:

, (7.2)

где – максимальное значение выходной мощности на частоте при условии равенства нулю С_ВЫХ; – максимальное значение выходной мощности на частоте при наличии С_ВЫХ.

Использование фильтра нижних частот в качестве выходной КЦ при одновременном расчете элементов L₁, C₁ по методике Фано [9] позволяет обеспечить минимально возможное, соответствующее заданным C_ВЫХ и f_B, значение максимальной величины модуля коэффициента отражения в полосе частот от нуля до f_B.

В таблице 7.1 приведены нормированные значения элементов L₁, C₁, C_ВЫХ, рассчитанные по методике Фано, а также коэффициент , определяющий величину ощущаемого сопротивления нагрузки R_ОЩ, относительно которого вычисляется [9].

Таблица 7.1

0,1	0,18	0,099	0,000	1,000
0,2	0,382	0,195	0,002	1,001
0,3	0,547	0,285	0,006	1,002
0,4	0,682	0,367	0,013	1,010
0,5	0,788	0,443	0,024	1,020
0,6	0,865	0,513	0,037	1,036
0,7	0,917	0,579	0,053	1,059
0,8	0,949	0,642	0,071	1,086
0,9	0,963	0,704	0,091	1,117
1,0	0,966	0,753	0,111	1,153
1,1	0,958	0,823	0,131	1,193
1,2	0,944	0,881	0,153	1,238
1,3	0,927	0,940	0,174	1,284
1,4	0,904	0,998	0,195	1,332
1,5	0,882	1,056	0,215	1,383
1,6	0,858	1,115	0,235	1,437
1,7	0,833	1,173	0,255	1,490
1,8	0,808	1,233	0,273	1,548
1,9	0,783	1,292	0,292	1,605
2,0	0,760	1,352	0,309	1,664

Истинные значения элементов рассчитываются по формулам:

(7.3)

Расчет частотных искажений, вносимых выходной цепью оконечного каскада, приведен в разделе 3.1. При использовании выходной КЦ частотные искажения, вносимые выходной цепью, определяются соотношением:

. (7.4)

Коэффициент усиления каскада с выходной КЦ определяется выражением (3.2).

Пример 7.1. Рассчитать выходную КЦ для усилительного каскада на транзисторе КП907Б (данные транзистора - в примере 3.1) при R_Н=50 Ом, f_B=200 МГц. Определить R_ОЩ, уменьшение выходной мощности на частоте f_B и уровень частотных искажений, вносимых выходной цепью при использовании КЦ и без нее.

Решение. Найдем нормированное значение С_ВЫХ: = == 1,07. Ближайшее значение коэффициента

в таблице 7.1 равно 1,056. Этому значению соответствуют: =1,5; =0,882; =0,215; =1,382. После денормирования по формулам (7.3) имеем: =35,1 нГн; =24 пФ; R_ОЩ=36,2 Ом. Используя соотношения (7.1), (7.2), найдем, что при отсутствии выходной КЦ уменьшение выходной мощности на частоте f_B, обусловленное наличием С_ВЫХ, составляет 2,14 раза, а при ее использовании - 1,097 раза. При отсутствии выходной КЦ уровень частотных искажений, вносимых выходной цепью, определяется соотношением (3.7). Для условий примера 7.1 = . Подставляя в (3.7) известные и f_B, получим: Y_B==0,795. При наличии выходной КЦ из (7.4) найдем: Y_B = 0,977.