Проектирование аналоговых устройств (стр. 2 из 7)

М

- коэффициент частотных искажений i-го каскада, дБ.

Суммирование в выражении (3.2) производится (n+1) раз из-за необходимости учета влияния входной цепи, образованной R

,R и С (см.рис.3.1).

Предварительно распределить искажения можно равномерно, при этом

В последующем, исходя из результатов промежуточных расчетов, возможно перераспределение искажений между каскадами.

Частотные искажения УУ в области нижних частот (НЧ) определяются следующим соотношением:

, (3.3)

где М

- результирующий коэффициент частотных искажений в области НЧ, дБ;

М

- искажения, приходящиеся на i-й элемент, дБ;

N - количество элементов, вносящих искажения на НЧ.

Количество элементов, вносящих искажения на НЧ (обычно это блокировочные в цепях эмиттеров и разделительные межкаскадные конденсаторы), становится известным после окончательного выбора топологии электрической схемы УУ, поэтому распределение искажений в области НЧ проводят на этапе расчета номиналов этих элементов. Из (3.3) следует, что при равномерном распределении низкочастотных искажений, их доля (в децибелах) на каждый из N элементов определится из соотношения:

На практике, с целью выравнивания номиналов конденсаторов, на разделительные конденсаторы распределяют больше искажений, чем на блокировочные.

Для многокаскадных ИУ результирующее время установления фронта равно:

, (3.4)

где

- время установления для входной цепи;

- время установления для i-го каскада, i=1,...,n;

n - число каскадов усилителя.

Если результирующее установление фронта импульса для ИУ напрямую не задано, то оно может быть определено из следующего соотношения:

,

где

- заданные искажения фронта входного сигнала;

- заданные искажения фронта выходного сигнала.

Результирующая неравномерность вершины прямоугольного импульса равна сумме неравномерностей, образующихся за счет разделительных и блокировочных цепей:

,

где

- неравномерность вершины за счет i-й цепи;

N - число цепей.

Искажения фронта импульса связаны с частотными искажениями в области ВЧ, а искажения вершины импульса - с частотными искажениями в области НЧ [1,2]. Поэтому все указанные выше рекомендации по распределению частотных искажений для ШУ остаются в силе и для ИУ.

В связи с возможным разбросом номиналов элементов и параметров транзисторов необходимо обеспечить запас по основным характеристикам УУ в 1,2-1,5 раза.

4 РАСЧЕТ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА

4.1 Выбор транзистора

Выбор транзистора для оконечного каскада осуществляется с учетом следующих предельных параметров:

¨ граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ

для ШУ,

для ИУ;

¨ предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер

для ШУ,

для ИУ;

¨ предельно допустимого тока коллектора (при согласованном выходе)

для ШУ,

для ИУ.

Если ИУ предназначен для усиления импульсного сигнала различной полярности (типа “меандра”) либо сигналов с малой скважностью (меньше 10), то при выборе транзистора оконечного каскада следует ориентироваться на соотношения для ШУ.

Тип проводимости транзистора может быть любой для ШУ и ИУ сигналов малой скважности. Если ИУ предназначен для усиления однополярного сигнала, то из энергетических соображений рекомендуется брать транзистор проводимости p-n-p для выходного сигнала положительной полярности, n-p-n - для отрицательной.

Обычно при U

=(1...5)В и R =(50...150)Ом для выходного каскада берутся кремниевые ВЧ и СВЧ транзисторы средней мощности типа КТ610 и т.п.

4.2 Расчет требуемого режима транзистора

Существуют графические методы расчета оконечного каскада, основанные на построении динамических характеристик (ДХ) [1,2]. Однако для построения ДХ необходимы статические характеристики транзисторов, которые в современных справочниках по транзисторам практически не приводятся.

Рассмотрим методику нахождения координат рабочей точки транзистора без использования его статических характеристик.

Типичная схема оконечного каскада приведена на рис.4.1.

Задаемся сопротивлением в цепи коллектора:

R

=(1...2) R , если требуется согласование выхода УУ с нагрузкой,

R

=(2...3)R - в остальных случаях (рекомендация только для низкоомной нагрузки, R

=(50...150)Ом).

Задаемся падением напряжения на R

(либо на R + R , если R присутствует в схеме):

.

Определяем эквивалентное сопротивление нагрузки:

. (4.1)

Определяем требуемое значение тока покоя коллектора в рабочей точке (плюс 10%-й запас с учетом возможной его термонестабильности) для ШУ и ИУ сигналов различной полярности (рис.4.2,а):

.

Для ИУ однополярных сигналов с большой скважностью (Q

10), рис.4.2,б:

.

Для ИУ однополярных сигналов с малой скважностью (Q<10), (рис.4.2.в):

.

Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке для ШУ, ИУ сигналов различной полярности и ИУ однополярных сигналов с большой скважностью (см. рис.4.2,а,б):

,

где U

- напряжение начального нелинейного участка выходных статических характеристик транзистора, U =(1...2)В.

Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке для ИУ однополярных сигналов с малой скважностью (см. рис. 4.2,в):

.