где m=(1,2...1,6).
5.2 Особенности расчета входного каскада
Обычно от входного каскада требуется обеспечение заданного входного сопротивления УУ. При условии согласования входа усилителя с характеристическим сопротивлением тракта передачи (либо из требования технического задания обеспечить низкоомный вход) для ВЧ и СВЧ диапазона частот требуемое значение входного сопротивления может составлять порядка нескольких десятков ом. Значение входного сопротивления каскада с ОЭ обычно составляет величину в несколько сот ом. Простейшим (но не оптимальным) способом обеспечения в данной ситуации требуемого сопротивления является параллельное включение на вход каскада дополнительного согласующего резистора , номинал которого определяется из следующего соотношения:
где - требуемое входное сопротивление каскада;
- полученное входное сопротивление каскада (с учетом сопротивления базового делителя).
В остальном расчет входного каскада не отличается от расчета промежуточных каскадов.
Поскольку входная цепь усилителя вносит искажения в области ВЧ (МВ), то следует учесть эти искажения, полагая, что постоянная времени входной цепи на ВЧ равна:
где и соответственно входное сопротивление и входная динамическая емкость входного каскада усилителя.
Более оптимальным является согласование с помощью введения во входной каскад параллельной ООС по напряжению (рис.5.3).
Входное сопротивление каскада с параллельной ООС по напряжению равно:
где и - соответственно, коэффициент усиления, эквивалентное сопротивление и сопротивление базового делителя каскада с ОЭ без ООС.
Чаще приходится решать обратную задачу - нахождение по заданному .
Коэффициент усиления каскада с параллельной ООС по напряжению равен:
.
Выходное сопротивление каскада с параллельной ООС по напряжению равно:
Для определения параметров каскада в области ВЧ следует воспользоваться соотношениями для каскада с ОЭ без ООС, принимая во внимание, что при расчете постоянной времени каскада следует учитывать выходное сопротивление каскада с ООС по напряжению, т.е. и влияние этой ООС на крутизну - .
Величина разделительной емкости выбирается из условия
на , для ИУ , - длительность импульса.
При наличии в каскаде комбинированной ООС (последовательной по току и параллельной по напряжению) следует в первую очередь определить и c учетом влияния последовательной ООС по току, а затем использовать полученные значения в выражениях для параллельной ООС по напряжению.
Более подробно каскады с ООС описаны в [6].
6 РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ В ОБЛАСТИ НИЖНИХ ЧАСТОТ
(БОЛЬШИХ ВРЕМЕН)
Нижняя граничная частота (либо спад плоской вершины импульса) усилителя определяется влиянием разделительных и блокировочных емкостей.
Требуемое значение постоянной времени для разделительных и блокировочных цепей усилителя определяется из следующих соотношений:
(для ШУ),
(для ИУ),
где и - доля частотных искажений в области НЧ и спада плоской вершины импульса, распределенных на разделительные и блокировочные цепи согласно рекомендациям подраздела 3.2; - длительность импульса.
Номинал разделительных емкостей можно определить из соотношения:
(6.1)
где - эквивалентное сопротивление, стоящее слева от разделительного конденсатора ( обычно это каскада либо (для ОЭ));
- эквивалентное сопротивление, стоящее справа от разделительного конденсатора ( обычно это каскада либо ).
Номинал блокировочных емкостей в цепях эмиттеров приближенно определяются как:
(6.2)
При наличии в рассчитываемых каскадах ООС следует в выражениях (6.1) и (6.2) подставлять значения и c учетом влияния на них данной ООС.
Возможно использование фильтрующей цепи для коррекции спада плоской вершины импульса. При этом рекомендуется брать , подъем вершины импульса (не более 20%) можно определить из соотношения:
При наличии в каскаде НЧ коррекции следует избегать применения коллекторной ( коллекторно-эмиттерной ) схемы термостабилизации из-за возможного снижения эффекта коррекции (вследствие влияния параллельной ООС по напряжению, действующей при этом в каскаде).
7 РАСЧЕТ РЕГУЛИРОВОК УСИЛЕНИЯ
Обычно техническое задание на проектирование усилителя содержит требование обеспечить регулировку усиления в заданных пределах. Для реализации этого требования применяют схемы плавной и ступенчатой (или обе вместе) регулировок усиления. Наиболее часто в ШУ и ИУ плавная регулировка осуществляется путем введения последовательной ООС по току (рис.7.1).
Величину номинала регулировочного резистора можно определить из соотношения:
где D - глубина регулировки, относительные единицы.
Если значение D не задано, то необходимо определить требуемую величину регулировки усиления, исходя из возможного изменения сигнала на входе и необходимого производственного запаса по коэффициенту усиления.
Ввиду того, что помимо коэффициента усиления данная регулировка меняет и другие параметры каскада (), ее не рекомендуется применять во входном каскаде. Введение регулировки в выходной каскад может привести к перегрузке промежуточных каскадов, т.е. наиболее целесообразно плавную регулировку вводить в один из промежуточных каскадов (предварительно оценив возможность перегрузки каскадов, стоящих перед регулируемым). При большой глубине регулировки (D>20дБ) следует применять ступенчатую регулировку усиления. Если усилитель предназначен для работы в согласованном тракте передачи (т.е. , где - характеристическое сопротивление тракта передачи), то ступенчатый регулятор (аттенюатор) целесообразно выполнить на основе симметричных аттенюаторов Т- или П-типов [7] (рис.7.2,а,б).
Для П-образной схемы аттенюатора номиналы элементов определяются из следующих соотношений:
Номиналы Т-образной схемы аттенюатора определяются следующим образом:
Практическая схема ступенчатого регулятора на 18 дБ для 75-омного тракта передачи приведена на рис.7.3.
Схема построена на основе одинаковых П-образных звеньев с затуханием в шесть децибел. В зависимости от положения переключателей данный регулятор обеспечивает затухание от 0 до 18 дБ с шагом 6 дБ.
Подобный регулятор обычно располагают между источником сигнала и входом усилителя. В связи с тем, что входное и выходное сопротивления данного регулятора не зависят от уровня вносимого затухания, величина частотных и временных искажений, создаваемых входной цепью, также остается постоянной при разных уровнях затухания.
Другие схемы регуляторов можно посмотреть, например, в [8].
8 НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
8.1 Выбор номиналов и типов элементов схемы
После расчета требуемых номиналов элементов схемы следует, руководствуясь справочным материалом, провести выбор типов элементов, учитывая мощность рассеивания для резисторов и рабочее напряжение для конденсаторов. Кроме того, следует уточнить номиналы элементов, согласно стандартному ряду. При этом не следует ориентироваться на ряды, соответствующие малому (1..2%) разбросу элементов, для большинства цепей усилителя приемлем разброс номинала 10%. Исключение составляют ступенчатые регуляторы и цепи ООС.
8.2 Расчет результирующих характеристик
Согласно выражениям (3.1)(3.5) по известным характеристикам каскадов рассчитываются результирующие характеристики усилителя. Характеристики каскадов определяются исходя из следующих выражений:
, (8.1)
, (8.2)
Если в каскадах присутствует ООС, то следует учесть ее влияние на и . При расчете результирующих характеристик следует учитывать влияние входной цепи. Используя выражения (8.1), (8.2) для ШУ, строят АЧХ.
8.3 Оформление пояснительной записки
Оформление пояснительной записки (ПЗ) представляет собой важный и трудоемкий этап проектирования. Структура ПЗ и правила ее оформления изложены в действующем стандарте предприятия. Приветствуется оформление ПЗ с помощью современных программных средств ПЭВМ (Word, AutoCAD и др.). При написании ПЗ следует ориентироваться на структуру и оформление данное пособия, прошедшее нормоконтроль на соответствие стандарту предприятия. Необходимо напомнить, что расчетные соотношения записываются в следующей последовательности: формула (символьное выражение) численное выражение результат. С примерами оформления курсовых проектов можно ознакомиться в кабинете курсового и дипломного проектирования кафедры.
9 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Описанная методика расчета позволяет проводить эскизный расчет ШУ диапазона ВЧ и ИУ с временем установления фронта импульса порядка десятков наносекунд, работающих в низкоомном тракте передачи и выполненных на биполярных транзисторах. Полученные в результате расчета результирующие характеристики могут быть уточнены путем машинного моделирования с помощью одного из схемотехнических пакетов (Electronics Workbench [9], PSpice и др.).
Список использованных источников
1 Мамонкин И.Г. Усилительные устройства.-М.: Связь, 1977.-360 с. : ил.
2 Шарыгина Л.И. Усилительные устройства -Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та,1976. - 413с.: ил.
3 Полупроводниковые приборы: Транзисторы./В.Л.Аронов и др.; под общ. ред. Н. Н. Горюнова.-М.: Энергоатомиздат, 1985.-904с., ил.
4 Колесов И.А. Стабилизация режима биполярных транзисторов: Методические указания для студентов специальностей 200700, 201600. - Томск: ТУСУР, 1999. -30с. .: ил.
5 Жаркой А.Г. Расчет нелинейных искажений гармонических сигналов в транзисторных усилителях: Методические указания для студентов специальностей 200700, 201600. - Томск: ТИАСУР, 1987. - 54с. .: ил.
6 Зелингер Дж. Основы матричного анализа и синтеза. - М.: Советское радио, 1970. - 240 с. : ил.
7 Панин Н.М. Переменные аттенюаторы и их применение. - М.: Энергия, 1971. - 40 с. : ил.
8 Игнатов А.Н. Микроэлектронные устройства связи и радиовещания. - Томск: Радио и связь, Томское отделение, 1990. - 400 с. : ил.
9 Шарыгина Л.И. Аналоговые и электронные устройства: Руководство к лабораторным работам для студентов специальностей 200700, 201600. - Томск: ТУСУР,1998. - 48 с.: ил.
Страницы: 1, 2, 3, 4
