Радиоэлектроника

Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на полевых транзисторах


     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].

                       2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ

    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  её
основе однонаправленной модели, приведенной на рисунке 2.1,б.

|[pic]                                 |[pic]                               |
|а)                                    |б)                                  |


                                 Рисунок 2.1
Здесь СЗИ – емкость затвор-исход, СЗС – емкость затвор-сток, ССИ  –  емкость
сток-исток, RВЫХ – сопротивление сток-исток, S  –  крутизна  ПТ,  СВХ  =.CЗИ
+СЗС(1+SRЭ), RЭ=RВЫХRН/(RВЫХ+RН), RН –  сопротивление  нагрузки  каскада  на
ПТ, CВЫХ=ССИ+СЗС.

            3 РАСЧЕТ НЕКОРРЕКТИРОВАННОГО КАСКАДА С ОБЩИМ ИСТОКОМ

                            3.1 ОКОНЕЧНЫЙ КАСКАД

    Принципиальная схема некорректированного усилительного каскада
приведена на рисунке 3.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на
рисунке 3.1,б.
|[pic]                                |                                     |
|                                     |                                     |
|                                     |                                     |
|                                     |[pic]                                |
|а)                                   |б)                                   |


                                 Рисунок 3.1
    В соответствии с [6], коэффициент усиления каскада  в  области  верхних
частот можно описать выражением:
                      [pic],      (3.1)
где                                   [pic]; (3.2)
                      [pic];      (3.3)
                      [pic];      (3.4)
                      [pic];      (3.5)
                       [pic]; [pic] - текущая круговая частота.
    При заданном уровне частотных искажений
                      [pic] (3.6)
верхняя частота fВ полосы пропускания каскада равна:
                      [pic],      (3.7)
где                                [pic].
    Входное  сопротивление  каскада  на  ПТ,  без  учета  цепей   смещения,
определяется входной емкостью:
                       [pic].     (3.8)
    Пример 3.1. Рассчитать fB, RC, CВХ  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: RН=50 Ом; YB=0,9; K0=4.
    Решение. По известным K0 и S из (3.2) найдем: RЭ=20 Ом. Зная RВЫХ, RН и
RЭ, из (3.3) определим: RС = 43 Ом. По (3.4) и (3.5) рассчитаем:  С0=17  пФ;
[pic]=[pic]. Подставляя известные [pic] и YВ в (3.7), получим:  fB=227  МГц.
По формуле (3.8) найдем: СВХ=45 пФ.

                          3.2 ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КАСКАД

    Принципиальная схема каскада приведена на рисунке 3.2,а,  эквивалентная
схема по переменному току - на рисунке 3.2,б.
|[pic]                                             |                        |
|                                                  |                        |
|                                                  |                        |
|                                                  |[pic]                   |
|а)                                                |б)                      |


                                 Рисунок 3.2
    Коэффициент усиления  каскада  в  области  верхних  частот  описывается
выражением (3.1), в котором значения RЭ и С0 рассчитываются по формулам:
                           [pic];  (3.9)
                           [pic],  (3.10)
где СВХ – входная емкость нагружающего каскада.
    Значения fB и СВХ каскада рассчитываются по соотношениям (3.7) и (3.8).
    Пример 3.2. Рассчитать fB, RC, CВХ  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.
    Решение. По известным K0 и S из (3.2) найдем: RЭ=20 Ом. Зная RЭ и RВЫХ,
из (3.9) определим: RC=23  Ом.  По  (3.10)  и  (3.4)  рассчитаем  С0=62  пФ;
[pic]=[pic]. Подставляя известные [pic] и YB в (3.7),  получим:  fB=62  МГц.
По формуле (3.8) найдем: СВХ=45 пФ.

                3.3 РАСЧЕТ ИСКАЖЕНИЙ, ВНОСИМЫХ ВХОДНОЙ ЦЕПЬЮ

    Принципиальная схема входной цепи каскада приведена на  рисунке  3.3,а,
эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 3.3,б.
|[pic]                                   |                                  |
|                                        |                                  |
|                                        |[pic]                             |
|а)                                      |б)                                |


                                 Рисунок 3.3
    Коэффициент передачи входной цепи в области верхних частот  описывается
выражением [6]:
                      [pic],
    где                           [pic];     (3.11)
                      [pic];      (3.12)
                      [pic];
    СВХ – входная емкость каскада на ПТ.
    Значение fB входной цепи рассчитывается по формуле (3.7).
    Пример 3.3. Рассчитать K0 и fB входной  цепи,  приведенной  на  рисунке
3.3, при условиях : RГ=50 Ом; RЗ=1 МОм; YB=0,9; CВХ – из примера 3.1.
    Решение. По (3.11) найдем:  K0=1,  по  (3.12)  определим:  [pic]=[pic].
Подставляя [pic] и YB в (3.7), получим: fB=34,3 МГц.

          4 РАСЧЕТ КАСКАДА С ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ИНДУКТИВНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ

    Принципиальная схема каскада с высокочастотной  индуктивной  коррекцией
приведена на рисунке 4.1,а, эквивалентная схема по  переменному  току  -  на
рисунке 4.1,б.
|                                        |                                  |
|[pic]                                   |                                  |
|                                        |                                  |
|                                        |[pic]                             |
|а)                                      |б)                                |


                                 Рисунок 4.1
    Коэффициент усиления каскада в области  верхних  частот  можно  описать
выражением [6]:
                [pic],
где                       K0=SRЭ; (4.1)
                [pic];
                [pic];
                [pic];
                [pic];
                [pic];
                [pic].
    Значение  [pic],  соответствующее  оптимальной  по  Брауде  амплитудно-
частотной характеристике (АЧХ) [6], рассчитывается по формуле:
                [pic]. (4.2)
    При заданном значении YB верхняя  частота  полосы  пропускания  каскада
равна:
                    [pic].   (4.3)
    Входная емкость каскада определяется соотношением (3.8).
    При работе каскада в качестве  предоконечного  все  перечисленные  выше
соотношения справедливы. Однако RЭ, R0 и С0 принимаются равными:
                    [pic],   (4.4)
где СВХ – входная емкость оконечного каскада.
    Пример 4.1. Рассчитать fB, LC, RC, CВХ 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.
    Решение. По известным K0 и S из (4.1) найдем: RЭ=20 Ом. Далее по  (4.4)
получим: RC=23 Ом; R0= 150 Ом; C0=62 пФ; [pic]=[pic]. Подставляя C0, RC,  R0
в (4.2), определим: LCопт=16,3 нГн.  Теперь  по  формуле  (4.3)  рассчитаем:
fB=126 МГц. Из (3.8) найдем: CВХ=45 пФ.


                   5 РАСЧЕТ КАСКАДА С ИСТОКОВОЙ КОРРЕКЦИЕЙ


    Принципиальная  схема  каскада  с  истоковой  коррекцией  приведена  на
рисунке 5.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 5.1,б.
|[pic]                                  |                                   |
|                                       |                                   |
|                                       |                                   |
|                                       |                                   |
|                                       |                                   |
|                                       |[pic]                              |
|а)                                     |б)                                 |


                                 Рисунок 5.1
    Коэффициент усиления каскада в области  верхних  частот  можно  описать
выражением [6]:
                 [pic],
где                         K0=SRЭ/F;   (5.1)
                 [pic];      (5.2)
                 [pic];
                 [pic];
                 [pic];
                 [pic].
    Значение   С1опт,   соответствующее   оптимальной   по   Брауде    АЧХ,
рассчитывается по формуле:
                [pic]. (5.3)
    При заданном значении YB верхняя  частота  полосы  пропускания  каскада
равна:
                   [pic].    (5.4)
    Входная емкость каскада определяется соотношением:
                   [pic].    (5.5)
    При работе каскада в качестве  предоконечного  все  перечисленные  выше
соотношения справедливы. Однако RЭ и С0 принимаются равными:
                   [pic],    (5.6)
где СВХ – входная емкость оконечного каскада.
    Пример 5.1. 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.
    Решение. По известным K0,  S,  RЭ  из  (5.1),  (5.2)  найдем:  F=7,5  ;
R1=32,5 Ом.  Далее  получим:  С0=62  пФ;  [pic]=[pic].  Из  (5.3)  определим
С1опт=288 пФ. Теперь по формуле (5.4)  рассчитаем:  fB=64,3  МГц.  Из  (5.5)
найдем: СВХ=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.
|[pic]                                        |                             |
|                                             |                             |
|                                             |[pic]                        |
|а)                                           |б)                           |


                                 Рисунок 6.1
    Коэффициент передачи  входной  цепи  в  области  верхних  частот  можно
описать выражением:
                  [pic],
где                           [pic];    (6.1)
                  [pic];
                  [pic];
                  [pic];
                  [pic];
СВХ – входная емкость каскада на ПТ.
    Значение   L3опт,   соответствующее   оптимальной   по   Брауде    АЧХ,
рассчитывается по формуле:
                  [pic].     (6.2)
    При заданном значении YB и  расчете  LЗопт  по  (6.2)  верхняя  частота
полосы пропускания входной цепи равна:
                  [pic].     (6.3)
    Пример 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.
    Решение. Из условия  допустимого  уменьшения  К0  и  соотношения  (6.1)
найдем: RЗ=50 Ом. Подставляя известные  СВХ,  RГ  и  RЗ  в  (6.2),  получим:
LЗопт=37,5  нГн.  Далее  определим:  [pic]=[pic];  [pic]=[pic].   Подставляя
найденные величины в (6.3), рассчитаем: fB=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.
|[pic]                                  |                                   |
|                                       |[pic]                              |
|а)                                     |б)                                 |


                                 Рисунок 7.1
    При работе  выходного  каскада  без  выходной  КЦ  модуль  коэффициента
отражения [pic] ощущаемого  сопротивления  нагрузки  внутреннего  генератора
транзистора равен [9]:
                    [pic].   (7.1)
    Уменьшение  выходной  мощности  относительно  максимального   значения,
обусловленное наличием CВЫХ, составляет величину:
                    [pic],    (7.2)
где [pic]– максимальное значение выходной  мощности  на  частоте  [pic]  при
условии  равенства  нулю  СВЫХ;  [pic]  –  максимальное  значение   выходной
мощности на частоте [pic] 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  CВЫХ  и   fB,
значение максимальной величины модуля коэффициента отражения [pic] в  полосе
частот от нуля до fB.
    В таблице 7.1 приведены нормированные значения элементов L1, C1,  CВЫХ,
рассчитанные по методике  Фано,  а  также  коэффициент  [pic],  определяющий
величину  ощущаемого  сопротивления  нагрузки  RОЩ,  относительно   которого
вычисляется [pic] [9].

Таблица 7.1

|[pic]       |[pic]       |[pic]       |[pic]       |[pic]       |
|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:
                       [pic]      (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:
                       [pic].     (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  RН=50  Ом,
fB=200 МГц. Определить RОЩ, уменьшение выходной мощности  на  частоте  fB  и
уровень частотных искажений, вносимых выходной цепью при использовании КЦ  и
без нее.
    Решение. Найдем  нормированное  значение  СВЫХ:  [pic]=  =[pic]=  1,07.
Ближайшее значение коэффициента [pic]  в  таблице  7.1  равно  1,056.  Этому
значению   [pic]   соответствуют:   [pic]=1,5;   [pic]=0,882;   [pic]=0,215;
[pic]=1,382. После денормирования по формулам (7.3) имеем:  [pic]=35,1  нГн;
[pic]=24 пФ; RОЩ=36,2 Ом. Используя соотношения (7.1),  (7.2),  найдем,  что
при отсутствии выходной КЦ  уменьшение  выходной  мощности  на  частоте  fB,
обусловленное наличием СВЫХ, 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 [pic]=[pic]. Подставляя в (3.7) известные [pic] и  fB,  получим:
YB=[pic]=0,795. При наличии выходной КЦ из (7.4) найдем: YB = 0,977.

   8 РАСЧЕТ ДИССИПАТИВНОЙ МЕЖКАСКАДНОЙ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ ВТОРОГО ПОРЯДКА

    Принципиальная  схема  усилителя  с  межкаскадной  КЦ  второго  порядка
приведена на рисунке 8.1,а, эквивалентная схема по  переменному  току  -  на
рисунке 8.1,б. [10].
|[pic]                                                                      |
|а)                                                                         |
|[pic]                                                                      |
|б)                                                                         |


                                 Рисунок 8.1
    Коэффициент усиления каскада на транзисторе T1 в области верхних частот
можно описать выражением [11, 12]:
                  [pic],     (8.1)
где                           K0=SRЭ;   (8.2)
                  [pic];
                  [pic];
                  [pic];
                  [pic];
      [pic] – сопротивление сток-исток транзистора T1; [pic]; [pic];  [pic];
   [pic];  [pic]  –  нормированные  относительно  [pic]  и  [pic]  значения
   элементов [pic], [pic], [pic], [pic], [pic]; [pic]=[pic]; [pic]; [pic] –
   нормированная частота; [pic] – текущая круговая частота; [pic] –  высшая
   круговая частота полосы пропускания разрабатываемого усилителя; [pic]  –
   входная емкость транзистора Т2; [pic] – выходная емкость транзистора T1.
    В таблице 8.1 приведены нормированные значения элементов [pic],  [pic],
[pic],  вычисленные  для  ряда  нормированных  значений  [pic],   при   двух
значениях допустимой неравномерности АЧХ [pic].
    Таблица 8.1 получена  с  помощью  методики  проектирования  согласующе-
выравнивающих цепей транзисторных усилителей, предполагающей  составление  и
решение системы компонентных уравнений [13], и  методики  синтеза  прототипа
передаточной  характеристики,   обеспечивающего   максимальный   коэффициент
усиления каскада при заданной  допустимой  неравномерности  АЧХ  в  заданной
полосе частот [14].

Таблица 8.1

|[pic] |[pic]дБ                     |[pic]дБ                     |
|      |[pic]   |[pic]   |[pic]   |[pic]    |[pic]   |[pic]   |
|0,01  |1,597   |88,206  |160,3   |2,02     |101     |202,3   |
|0,05  |1,597   |18,08   |32,061  |2,02     |20,64   |40,47   |
|0,1   |1,597   |9,315   |16,03   |2,02     |10,57   |20,23   |
|0,15  |1,597   |6,393   |10,69   |2,02     |7,21    |13,5    |
|0,2   |1,596   |4,932   |8,019   |2,02     |5,5     |10,1    |
|0,3   |1,596   |3,471   |5,347   |2,02     |3,856   |6,746   |
|0,4   |1,595   |2,741   |4,012   |2,02     |3,017   |5,06    |
|0,6   |1,594   |2,011   |2,677   |2,02     |2,177   |3,373   |
|0,8   |1,521   |1,647   |2,011   |2,02     |1,758   |2,53    |
|1     |1,588   |1,429   |1,613   |2,02     |1,506   |2,025   |
|1,2   |1,58    |1,285   |1,351   |2,02     |1,338   |1,688   |
|1,5   |1,467   |1,178   |1,173   |2,02     |1,17    |1,352   |
|1,7   |1,738   |1,017   |0,871   |2,015    |1,092   |1,194   |
|2     |1,627   |0,977   |0,787   |2,00     |1,007   |1,023   |
|2,5   |1,613   |0,894   |0,635   |2,03     |0,899   |0,807   |
|3     |1,61    |0,837   |0,53    |2,026    |0,833   |0,673   |
|3,5   |1,608   |0,796   |0,455   |2,025    |0,785   |0,577   |
|4,5   |1,606   |0,741   |0,354   |2,025    |0,721   |0,449   |
|6     |1,605   |0,692   |0,266   |2,024    |0,666   |0,337   |
|8     |1,604   |0,656   |0,199   |2,024    |0,624   |0,253   |
|10    |1,604   |0,634   |0,160   |2,024    |0,598   |0,202   |


    При известных  значениях  [pic],  [pic],  [pic],  [pic],  [pic]  расчет
межкаскадной КЦ состоит из следующих этапов. Вычисление [pic].  Нормирование
значения [pic] по формуле: [pic]. Нахождение по  таблице  8.1  ближайшего  к
вычисленному  табличного  значения  [pic].  Определение   по   таблице   8.1
соответствующих  значений  [pic],  [pic],  [pic]  и  их  денормирование   по
формулам: [pic]; [pic]; [pic]. Вычисление значения [pic]: [pic].
    При  использовании  рассматриваемой  КЦ  в   качестве   входной   [pic]
принимается равной нулю,  [pic]  принимается  равным  [pic],  а  коэффициент
передачи входной цепи на средних частотах рассчитывается по формуле (3.11).
    В   случае    необходимости    построения    нормированной    частотной
характеристики проектируемого усилительного каскада значения  [pic],  [pic],
[pic], [pic] следует подставить в  (8.1)  и  найти  модуль  [pic].  Реальная
частотная   характеристика   может   быть   найдена   после   денормирования
коэффициентов [pic], [pic], [pic] по формулам: [pic]; [pic]; [pic].
    Пример  8.1.  Рассчитать   межкаскадную   КЦ   усилительного   каскада,
приведенного  на  рисунке  8.1,  его  [pic]  и   [pic]   при   использовании
транзисторов КП907Б (данные транзистора - в примере 3.1) и  условий:  fB=100
МГц; входная емкость нагружающего  каскада  -  из  примера  3.1;  допустимая
неравномерность АЧХ - [pic]дБ, [pic]=1 кОм.
    Решение. По известным [pic], [pic] и [pic] найдем: [pic]=  =[pic]=3,67.
Из таблицы 8.1 для неравномерности АЧХ [pic]дБ и для  ближайшего  табличного
значения нормированной величины  [pic],  равного  3,5,  имеем:  [pic]=2,025,
[pic]=0,785,  [pic]=0,577.  Денормируя  [pic],  [pic]  и   [pic],   получим:
[pic]=24,8 пФ; L2=162 нГн; R3=75 Ом. Теперь  по  (8.2)  рассчитаем:  K0=9,5.
Вычитая из [pic] величину [pic], определим: С1= =7,8 пФ.  Из  (3.8)  найдем:
СВХ=72,5 пФ.

     10 РАСЧЕТ ДИССИПАТИВНОЙ МЕЖКАСКАДНОЙ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ ЧЕТВЕРТОГО
                                   ПОРЯДКА

    Принципиальная схема  усилителя  с  межкаскадной  корректирующей  цепью
четвертого порядка [15] приведена на рисунке 9.1,а, эквивалентная  схема  по
переменному току - на рисунке 9.1,б.
|[pic]                                                                      |
|а)                                                                         |
|[pic]                                                                      |
|б)                                                                         |


                                 Рисунок 9.1
    Несмотря  на  то,  что  КЦ  содержит  пять  корректирующих   элементов,
конструктивно ее выполнение может  оказаться  проще  выполнения  КЦ  второго
порядка.
    Коэффициент усиления каскада на транзисторе T1 в области верхних частот
можно описать выражением [14]:
             [pic],    (9.1)
где                    [pic];     (9.2)
              [pic];
              [pic];
              [pic];
              [pic];
              [pic];
              [pic];
      RВЫХ1 –  сопротивление  сток-исток  транзистора  T1;  СВХ2  –  входная
   емкость  транзистора  T2;  [pic],   [pic],   [pic],   [pic],   [pic]   –
   нормированные относительно [pic] и [pic] значения элементов L1, R2,  C3,
   C4, L5, соответствующие преобразованной схеме  КЦ,  в  которой  значение
   CВЫХ1 равно нулю, а значение СВХ2 равно бесконечности; СВЫХ1 –  выходная
   емкость транзистора T1; [pic]; [pic] – нормированная  частота;  [pic]  –
   текущая  круговая  частота;  [pic]  –  высшая  круговая  частота  полосы
   пропускания разрабатываемого усилителя.
    В таблице 9.1 приведены нормированные значения элементов  L1,  R2,  C3,
C4, L5, вычисленные для случая реализации усилительного каскада с  различным
наклоном АЧХ, лежащим в пределах [pic] дБ,  при  допустимом  значении  [pic]
равном [pic] дБ и [pic] дБ, и при условии равенства нулю  значения  СВЫХ1  и
бесконечности - значения СВХ2.
    Таблица 9.1 получена  с  помощью  методики  проектирования  согласующе-
выравнивающих цепей транзисторных усилителей, предполагающей  составление  и
решение систем компонентных уравнений [13],  и  методики  синтеза  прототипа
передаточной  характеристики,   обеспечивающего   максимальный   коэффициент
усиления каскада при заданной  допустимой  неравномерности  АЧХ  в  заданной
полосе частот [14].

Таблица 9.1

|Наклон   |[pic]=[pic] дБ                  |[pic]=[pic] дБ                  |
|АЧХ, дБ  |                                |                                |
|         |[pic]|[pic]|[pic]|[pic]|[pic]|[pic]|[pic]|[pic]|[pic]|[pic]|
|-6       |2,40 |1,58 |5,85 |2,34 |0,451|2,43 |1,21 |6,75 |2,81 |0,427|
|-5       |2,47 |1,63 |5,53 |2,39 |0,426|2,43 |1,22 |6,49 |2,90 |0,401|
|-4       |2,49 |1,65 |5,23 |2,48 |0,399|2,41 |1,20 |6,24 |3,03 |0,374|
|-3       |2,48 |1,64 |4,97 |2,60 |0,374|2,36 |1,18 |6,02 |3,20 |0,348|
|-2       |2,42 |1,59 |4,75 |2,74 |0,351|2,32 |1,16 |5,77 |3,36 |0,327|
|-1       |2,29 |1,51 |4,59 |2,93 |0,327|2,30 |1,15 |5,47 |3,50 |0,309|
|0        |2,09 |1,38 |4,49 |3,18 |0,303|2,22 |1,11 |5,23 |3,69 |0,291|
|+1       |1,84 |1,21 |4,49 |3,52 |0,277|2,08 |1,04 |5,08 |3,93 |0,273|
|+2       |1,60 |1,05 |4,52 |3,91 |0,252|1,88 |0,94 |5,02 |4,26 |0,253|
|+3       |1,33 |0,876|4,69 |4,47 |0,225|1,68 |0,842|4,99 |4,62 |0,234|
|+4       |2,69 |1,35 |3,34 |3,29 |0,281|1,51 |0,757|4,97 |5,02 |0,217|
|+5       |2,23 |1,11 |3,43 |3,67 |0,257|1,32 |0,662|5,05 |5,54 |0,198|
|+6       |1,76 |0,879|3,65 |4,27 |0,228|1,10 |0,552|5,29 |6,31 |0,176|


    Для расчета нормированных  значений  элементов  L1,  R2,  C3,  C4,  L5,
обеспечивающих заданную форму АЧХ с учетом реальных  нормированных  значений
СВЫХ1 и СВХ2, следует воспользоваться формулами пересчета [14]:

                  [pic]      (9.3)

где СВЫХ1Н, СВХ2Н – нормированные относительно RВЫХ1 и [pic]  значния  СВЫХ1
   и СВХ2.
    При известных значениях [pic], RВЫХ1, СВЫХ1, СВХ2, расчет  межкаскадной
КЦ состоит из следующих этапов. Вычисление нормированных  значений  СВЫХ1  и
СВХ2 по формуле: СН=[pic]. Определение табличных значений  элементов  [pic],
[pic], [pic], [pic], [pic] по заданному наклону и требуемой  неравномерности
АЧХ.  Расчет  L1,  R2,  C3,  C4,  L5  по  формулам  пересчета  (9.3)  и   их
денормирование.
    При  использовании  рассматриваемой  КЦ  в   качестве   входной   СВЫХ1
принимается  равной  нулю,  RВЫХ1  принимается  равным  RГ,  а   коэффициент
передачи входной цепи на средних частотах рассчитывается по формуле:
         [pic].   (9.4)
    В   случае    необходимости    построения    нормированной    частотной
характеристики проектируемого усилительного каскада значения  [pic],  [pic],
[pic], [pic], [pic] следует подставить в (9.1) и найти модуль  KU.  Реальная
частотная  характеристика  может  быть   рассчитана   после   денормирования
коэффициентов [pic], [pic], [pic], [pic], [pic] по формулам:  [pic];  [pic];
[pic]; [pic]; [pic].
    Пример 9.1.  Рассчитать  межкаскадную  КЦ  усилителя,  приведенного  на
рисунке 9.1, его K0 и  СВХ  при  использовании  транзистора  КП907Б  (данные
транзистора -  в  примере  3.1)  и  условий:  fB=100  МГц;  входная  емкость
нагружающего каскада  -  из  примера  3.1;  допустимая  неравномерность  АЧХ
-[pic] дБ; наклон АЧХ - 0 дБ.
    Решение. Из таблицы 9.1 для неравномерности АЧХ + 0,5 дБ и наклона АЧХ,
равного  0  дБ,  имеем:  [pic]=2,22;  [pic]=1,11;  [pic]=5,23;   [pic]=3,69;
[pic]=0,291. Нормированные значения СВЫХ1 и СВХ2 равны: СВЫХ1Н=  =[pic]=1,6;
СВХ2Н=[pic]=4,24. Подставляя найденные величины в (9.3), получим:  L1H=2,22;
R2Н=1,11; С3Н=14,6; С4Н=0,587; L5Н=0,786.  Денормируя  полученные  значения,
определим: L1=[pic]=530 нГн; R2=[pic]=167 Ом; С3=[pic]=154  пФ;  С4=6,2  пФ;
L5=187 нГн. Теперь по (9.2) рассчитаем: K0=11,86. Из (3.8) найдем:  СВХ=84,3
пФ.


                                 ЛИТЕРАТУРА

    1. Перельман Б.Л. Новые транзисторы: Справочник. – М.: Солон, 1996.
    2. Петухов В.М. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней
       и большой мощности и их зарубежные аналоги: Справочник. – М.: КУБК-а,
       1997.
    3. Полевые транзисторы: Справочник. – Faber. STM. Publications, 1997.
    4.  Шварц Н.З. Усилители СВЧ на полевых  транзисторах.  –  М.:  Радио  и
       связь, 1987.
    5.  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.
    6. Мамонкин И.Г. Усилительные устройства: Учебное пособие для  вузов.  –
       М.: Связь, 1977.
    7. 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.
    8. 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.
    9. Широкополосные радиопередающие устройства / Алексеев  О.В.,  Головков
       А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А. / Под ред. О.В.  Алексеева.  –  М.:
       Связь, 1978.
   10.  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.
   11. Шварц Н.З. Линейные транзисторные усилители СВЧ. –  М.:  Сов.  радио,
       1980.
   12. 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.
   13.   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.
   14. Титов А.А.  Расчет  диссипативной  межкаскадной  корректирующей  цепи
       широкополосного усилителя мощности // Радиотехника. - 1989. -  №2.  -
       С.88-90.
   15. Жаворонков В.И., Изгагин Л.Н., Шварц Н.З. Транзисторный усилитель СВЧ
       с полосой пропускания [pic] МГц // Приборы и техника эксперимента.  –
       1972. - №3. - С.134-135.


смотреть на рефераты похожие на "Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на полевых транзисторах "