Исходные данные для расчетов. Расчет некорректированного каскада с общим истоком. Расчет каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией. Расчет каскада с истоковой коррекцией. Расчет входной корректирующей цепи. Расчет выходной корректирующей цепи.
Аннотация к работе
В соответствии с [4, 5, 6], предлагаемые ниже соотношения для расчета усилительных каскадов на ПТ основаны на использовании эквивалентной схемы замещения транзистора, приведенной на рисунке 2.1,а, и полученной на ее основе однонаправленной модели, приведенной на рисунке 2.1,б. а) б)Принципиальная схема некорректированного усилительного каскада приведена на рисунке 3.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 3.1,б. а) б) В соответствии с [6], коэффициент усиления каскада в области верхних частот можно описать выражением: , (3.1) где ; (3.2) (3.6) верхняя частота FB полосы пропускания каскада равна: , (3.7) где . Входное сопротивление каскада на ПТ, без учета цепей смещения, определяется входной емкостью: . Рассчитать FB, RC, CBX каскада, приведенного на рисунке 3.1, при использовании транзистора КП907Б (СЗИ=20 ПФ; СЗС=5 ПФ; ССИ=12 ПФ; RВЫХ=150 Ом; S=200 МА/В [7]) и условий: RH=50 Ом; YB=0,9; K0=4.Принципиальная схема каскада приведена на рисунке 3.2,а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 3.2,б. а) б) Коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением (3.1), в котором значения RЭ и С0 рассчитываются по формулам: ; (3.9) Значения FB и СВХ каскада рассчитываются по соотношениям (3.7) и (3.8). Рассчитать FB, RC, CBX каскада, приведенного на рисунке 3.2, при использовании транзистора КП907Б (данные транзистора в примере 3.1) и условий: YB=0.9; K0=4; входная емкость нагружающего каскада - из примера 3.1.Принципиальная схема входной цепи каскада приведена на рисунке 3.3,а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 3.3,б. а) б) Коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот описывается выражением [6]: , где ; (3.11) Рассчитать K0 и FB входной цепи, приведенной на рисунке 3.3, при условиях : RГ=50 Ом; RЗ=1 МОМ; YB=0,9; CBX - из примера 3.1.Принципиальная схема каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией приведена на рисунке 4.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 4.1,б. а) б) Коэффициент усиления каскада в области верхних частот можно описать выражением [6]: , где K0=SRЭ; (4.1) Значение , соответствующее оптимальной по Брауде амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) [6], рассчитывается по формуле: . Входная емкость каскада определяется соотношением (3.8). Рассчитать FB, LC, RC, CBX каскада, приведенного на рисунке 4.1, при использовании транзистора КП907Б (данные транзистора - в примере 3.1) и условий: YB=0,9; K0=4; каскад работает в качестве предоконечного; входная емкость нагружающего каскада - из примера 3.1.Принципиальная схема каскада с истоковой коррекцией приведена на рисунке 5.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 5.1,б. а) б) Коэффициент усиления каскада в области верхних частот можно описать выражением [6]: , где K0=SRЭ/F; (5.1) Значение С1опт, соответствующее оптимальной по Брауде АЧХ, рассчитывается по формуле: . Входная емкость каскада определяется соотношением: . Рассчитать FB, R1, С1, СВХ каскада, приведенного на рисунке 5.1, при использовании транзистора КП907Б (данные транзистора - в примере 3.1) и условий: YB=0,9; K0=4; каскад работает в качестве предоконечного; входная емкость нагрузочного каскада - из примера 3.1.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) Коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот можно описать выражением: , где ; (6.1) Рассчитать FB, RЗ, LЗ входной цепи, приведенной на рисунке 6.1, при условиях: YB=0,9; RГ=50 Ом; СВХ - из примера 3.1; допустимое уменьшение К0 за счет введения корректирующей цепи - 2 раза.В рассматриваемых выше усилительных каскадах расширение полосы пропускания связано с потерей части выходной мощности в резисторах корректирующих цепей (КЦ) либо цепей обратной связи. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 7.1. а) б) Уменьшение выходной мощности относительно максимального значения, обусловленное наличием СВЫХ, составляет величину: , (7.2) где - максимальное значение выходной мощности на частоте при условии равенства нулю СВЫХ; - максимальное значение выходной мощности на частоте при наличии СВЫХ. Использование фильтра нижних частот в качестве выходной КЦ при одновременном расчете элементов L1, C1 по методике Фано [9] позволяет обеспечить минимально возможное, соответствующее заданным СВЫХ и FB, значение максимальной величины модуля коэффициента отражения в полосе частот от нуля до FB. В таблице 7.1 приведены нормированные значения элементов L1, C1, СВЫХ, рассчитанные по методике Фано, а также коэффициент , определяющий величину ощущаемого сопротивления нагрузки RОЩ, относительно которого вычисляется [9].Принципиальная схема усилителя с межкаскадной КЦ второго порядка приведена на рисунке 8.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 8.1,б. Коэффициент усиления каскада на транзисторе T1 в области верхних частот
Список литературы
РАСЧЕТ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ ШИРОКОПОЛОСНЫХ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Цель работы - получение законченных аналитических выражений для расчета коэффициента усиления, полосы пропускания и значений элементов корректирующих цепей наиболее известных и эффективных схемных решений построения усилительных каскадов на полевых транзисторах (ПТ). Основные результаты работы - вывод и представление в удобном для проектирования виде расчетных соотношений для усилительных каскадов с простой индуктивной и истоковой коррекциями, с четырехполюсными диссипативными межкаскадными корректирующими цепями второго и четвертого порядков, для входной и выходной корректирующих цепей. Для усилительного каскада с межкаскадной корректирующей цепью четвертого порядка приведена методика расчета, позволяющая реализовать заданный наклон его амплитудно-частотной характеристики с заданной точностью. Для всех схемных решений построения усилительных каскадов на ПТ приведены примеры расчета.
1 ВВЕДЕНИЕ
Расчет элементов высокочастотной коррекции является неотъемлемой частью процесса проектирования усилительных устройств. В известной литературе материал, посвященный этой проблеме, не всегда представлен в удобном для проектирования виде. В этой связи в статье собраны наиболее известные и эффективные схемные решения построения широкополосных усилительных устройств на ПТ, а соотношения для расчета коэффициента усиления, полосы пропускания и значений элементов корректирующих цепей даны без выводов. Ссылки на литературу позволяют найти, при необходимости, доказательства справедливости приведенных соотношений.
Особо следует отметить, что в справочной литературе по отечественным ПТ [1, 2] не приводятся значения элементов эквивалентной схемы замещения ПТ. Поэтому при расчетах следует пользоваться параметрами зарубежных аналогов [2, 3] либо осуществлять проектирование на зарубежной элементной базе [3].Перельман Б.Л. Новые транзисторы: Справочник. - М.: Солон, 1996.
Петухов В.М. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности и их зарубежные аналоги: Справочник. - М.: КУБК-а, 1997.
Шварц Н.З. Усилители СВЧ на полевых транзисторах. - М.: Радио и связь, 1987.
Никифоров В.В., Кулиш Т.Т., Шевнин И.В. К проектированию широкополосных усилителей мощности КВ- УКВ- диапазона на мощных МДП-транзисторах // В сб.: Полупроводниковые приборы в технике связи / Под ред. И.Ф. Николаевского. - М.: Радио и связь. -1993.- Вып. 23.
Мамонкин И.Г. Усилительные устройства: Учебное пособие для вузов. - М.: Связь, 1977.
Никифоров В.В., Максимчук А.А. Определение элементов эквивалентной схемы мощных МДП-транзисторов // В сб.: Полупроводниковая электроника в технике связи / Под ред. И.Ф. Николаевского. - М.: Радио и связь.- 1985.- Вып. 25.
Никифоров В.В., Терентьев С.Ю. Синтез цепей коррекции широкополосных усилителей мощности с применением методов нелинейного программирования // В сб.: Полупроводниковая электроника в технике связи / Под ред. И.Ф. Николаевского. - М.: Радио и связь. - 1986. - Вып. 26.
Широкополосные радиопередающие устройства / Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А. / Под ред. О.В. Алексеева. - М.: Связь, 1978.
Титов А.А., Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Обихвостов В.Д. Широкополосный усилитель мощности для работы на несогласованную нагрузку // ПТЭ. - 1996. - №2. - С.68-69.
Шварц Н.З. Линейные транзисторные усилители СВЧ. - М.: Сов. радио, 1980.
Бабак Л.И., Дьячко А.Н., Дергунов С.А. Расчет цепей коррекции мощных сверхширокополосных транзисторных СВЧ-усилителей // Полупроводниковая электроника в технике связи /Под ред. И.Ф. Николаевского. - М.: Радио и связь. - 1988. - Вып. 27.
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. - №3. - С.60-63.