 |
Расчет каскада с параллельной отрицательной обратной связью
|
|
|
|
Для исключения потерь в усилении, обусловленных использованием входной корректирующей цепи (см. раздел 5.2), в качестве входного каскада может быть использован каскад с параллельной ООС. Принципиальная схема каскада приведена на рис. 5.3,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 5.3,б.
а) б)
Рис. 5.3
Особенностью схемы является то, что при большом значении входной емкости нагружающего каскада и глубокой ООС (
мало) в схеме, даже при условии 
= 0, появляется выброс на АЧХ в области верхних частот. Поэтому расчет каскада следует начинать при условии: 
= 0. В этом случае коэффициент передачи каскада в области верхних частот описывается выражением:
, (5.7)
где 
; (5.8)
;
;
;
– 
входное сопротивление и емкость нагружающего каскада.
При заданном значении 
, 
каскада равна:
, (5.9)
где 
.
Формулой (5.9) можно пользоваться в случае, если 
. В случае 
схема имеет выброс на АЧХ и следует увеличить . Если окажется, что при 
меньше требуемого значения, следует ввести 
. В этом случае коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением:
, (5.10)
где 
; (5.11)
;
;
;
.
Оптимальная по Брауде АЧХ достигается при условии:
. (5.12)
При заданном значении , каскада может быть найдена после нахождения действительного корня 
уравнения:
, (5.13)
где 
.
При известном значении 
, каскада определяется из условия:
|
|
|
. (5.14)
Пример 5.3. Рассчитать , , 
каскада с параллельной ООС, схема которого приведена на рис. 5.3, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: 
= 50 Ом, 
= 0,9, 
= 1,5, нагружающего каскада – из примера 4.2 (
= 44 пФ, 
= 3590 Ом).
Решение. По известным 
и из (5.11) определим =75 Ом. Рассчитывая 
и 
формулы (5.7) найдем, что . Поэтому следует увеличить значение . Выберем = 6. В этом случае из (5.11) определим: = 150 Ом. Для данного значения 
. По формуле (5.9) получим: 
= 76 МГц. Для расширения полосы пропускания рассчитаем 
по (5.12): 
=57 нГн. Теперь найдем действительный корень уравнения (5.13): 
, и по (5.14) определим: 
= 122 МГц.
6. СОГЛАСОВАННЫЕ КАСКАДЫ С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ
РАСЧЕТ КАСКАДА С КОМБИНИРОВАННОЙ ООС
Принципиальная схема каскада с комбинированной ООС приведена на рис. 6.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 6.1,б.
а) б)
Рис.6.1
Совместное использование параллельной ООС по напряжению и последовательной ООС по току позволяет стабилизировать коэффициент усиления каскада, его входное и выходное сопротивления. При условии 
>> 
и выполнении равенств:
(6.1)
схема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие 
³ 0,7. Поэтому взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании отсутствует [8].
При выполнении условий (6.1), коэффициент передачи каскада от генератора в нагрузку в области верхних частот описывается выражением:
, (6.2)
где 
; (6.3)
;
;
;
.
Задаваясь значением 
, из (6.1) и (6.3) получим:
|
|
|
. (6.4)
При заданном значении 
, каскада равна:
, (6.5)
где 
.
В [9] показано, что при выполнении условий (6.1) ощущаемое сопротивление нагрузки транзистора каскада с комбинированной ООС равно 
, а максимальная амплитуда сигнала, отдаваемого каскадом в нагрузку, составляет величину:
, (6.6)
где 
- максимальное значение выходного напряжения отдаваемого транзистором.
Пример 6.1. Рассчитать , 
, 
каскада приведенного на рис. 6.1, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: 
= 50 Ом; 
=0,9; =3.
Решение. По известным 
и 
из (6.4) получим: 
=200 Ом. Подставляя в (6.1) найдем: =12,5 Ом. Рассчитывая коэффициенты 
, 
формулы (6.2) и подставляя в (6.5) определим: 
=95 МГц. Теперь по (6.6) можно найти величину потерь выходного сигнала, обусловленных использованием ООС: 
.
РАСЧЕТ КАСКАДОВ С ПЕРЕКРЕСТНЫМИ ООС
Принципиальная схема каскадов с перекрестными ООС приведена на рис. 6.2,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 6.2,б.
а) б)
Рис. 6.2
По идеологии построения рассматриваемая схема похожа на усилитель, в котором использованы каскады с комбинированной ООС. Однако при заданном коэффициенте усиления схема обладает большей полосой пропускания, которая практически не сокращается при увеличении числа каскадов, что объясняется комплексным характером обратной связи на высоких частотах.
Усилитель с перекрестными ООС, также как и каскад с комбинированной ООС, при выполнении равенств (6.1) оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 [8, 9]. Коэффициент передачи двухтранзисторного варианта усилителя, изображенного на рис. 6.2, выполненного на однотипных транзисторах и при пренебрежении величинами второго порядка малости, описывается выражением:
, (6.7)
где 
; (6.8)
= 2;
;
;
При заданном значении , 
каскада равна:
, (6.9)
где 
.
Величина потерь выходного сигнала, обусловленных использованием ООС, определяется соотношением (6.6).
При увеличении числа каскадов, верхняя граничная частота всего усилителя 
практически не меняется и может быть рассчитана по эмпирической зависимости:
|
|
|
,
где 
- общее число каскадов;
- верхняя частота полосы пропускания двухтранзисторного варианта усилителя, рассчитываемая по формуле (6.9).
Коэффициент усиления n-каскадного усилителя рассчитывается по формуле (6.8).
Пример 6.2. Рассчитать 
, , двухтранзисторного варианта усилителя приведенного на рис. 6.2, при использовании транзистора КТ610А (данные транзистора приведены в примере 2.1) и условий: 
=50 Ом; 
=0,81; =10.
Решение. Подставляя в (6.8) заданные значения и 
найдем: 
= 160 Ом. Подставляя в (6.1) получим: 
=15,5 Ом. Теперь по (6.9) определим: 
=101 МГц.
|
|
|
