 |
Расчет предварительных каскадов
|
|
|
|
5.1 Расчет промежуточных каскадов
Исходными данными для проектирования промежуточного каскада являются:
¨ требуемый коэффициент усиления 
;
¨ максимально допустимый коэффициент частотных искажений 
;
¨ максимальное выходное напряжение сигнала 
;
¨ величина и характер нагрузки.
При выборе типа транзистора предварительных каскадов следует использовать рекомендации, приведенные в подразделе 4.1.
Оценим значение 
:
где 
- максимальное выходное напряжение следующего каскада;
- коэффициент усиления следующего каскада.
Нагрузкой промежуточных каскадов являются входное сопротивление 
и входная динамическая емкость 
следующего каскада.
В большинстве случаев требуемые предельные значения 
и 
, определенные по соотношениям, приведенным в подразделе 4.1, оказываются значительно меньше аналогичных справочных значений для маломощных транзисторов, что указывает на малосигнальный режим работы каскада. В этом случае основным критерием выбора транзистора являются 
 |
и тип проводимости. Схема промежуточного каскада с ОЭ приведена на рисунке 5.1.
При расчете требуемого режима транзисторов промежуточных каскадов по постоянному току следует ориентироваться на соотношения, приведенные в подразделе 4.2. Однако при малосигнальном режиме следует ориентироваться на тот режим транзистора, при котором приводятся его основные справочные данные (обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов 
и 
).
Расчет цепей питания и термостабилизации проводится по соотношениям, приведенным в подразделе 4.4. Обычно напряжение источника питания 
для промежуточных каскадов, рассчитанное по соотношению (4.2), получается меньше, чем для оконечного каскада. Чтобы питать все каскады усилителя от одного источника питания, промежуточные каскады следует подключать к нему через фильтрующую цепь 
, служащую кроме того для устранения паразитной ОС через источник питания.
|
|
|
При параллельном включении фильтрующей цепи ее номиналы определяются из следующих соотношений:
где 
напряжение источника питания оконечного каскада, для ИУ 
, 
- длительность импульса. Здесь предполагается, что с целью улучшения развязки по питанию цепь базового делителя включена после фильтрующей цепи.
Требуемое значение номинала 
можно определить через значение эквивалентного сопротивления 
, которое в свою очередь можно определить из соотношения (4.5).
Расчет промежуточных каскадов в области ВЧ (МВ) в принципе не отличается от расчета оконечного каскада, включая и критерии выбора цепи ООС. При использовании соотношений, приведенных в подразделе 4.5, следует заменять 
и 
соответственно на 
и 
следующего каскада.
В ситуации, когда последующего каскада относительно велика (сотни пикофарад - единицы нанофарад), с целью уменьшения ее влияния на 
рассчитываемого каскада возможно применение каскада с ОК. Вариант схемы предоконечного каскада с ОК и непосредственной межкаскадной связью приведен на рис.5.2.
Резистор 
рассчитывается из условия обеспечения режима транзистора VT2 аналогично резистору базового делителя 
(см. подраздел 4.4) с учетом того, что роль тока делителя здесь играет ток покоя транзистора VT1. При оценке термонестабильности VT2 следует учесть то обстоятельство, что уход тока коллектора (и тока эмиттера) транзистора VT1 будет в 
раз усилен транзистором VT2, поэтому термостабилизация предоконечного каскада должна быть достаточно жесткой. При расчете коэффициентов термостабилизации для оконечного каскада (см. подраздел 4.4) следует полагать 
, т.е. сопротивление транзистора VT1 со стороны эмиттера.
|
|
|
Расчет каскада с ОК рекомендуется вести в следующей последовательности:
¨ определяем эквивалентное сопротивление нагрузки
 |
где 
- входное сопротивление оконечного каскада, в отсутствие базового делителя у этого каскада 
(см. выражение 4.6);
¨ рассчитываем глубину последовательной ООС по напряжению
;
¨ проводим расчет каскада в области ВЧ (МВ) по методике подраздела 4.4 (аналогично каскаду с ОЭ);
¨ определяем параметры каскада с ОК
В некоторых случаях комбинация каскадов (каскод) ОК-ОЭ может быть эффективнее каскода ОЭ-ОЭ.
Поскольку выходное сопротивление каскада с ОК носит индуктивный характер, то с целью устранения возможной неравномерности АЧХ необходимо, чтобы резонанс параллельного контура, образованного 
и 
оконечного каскада, лежал вне полосы рабочих частот. Частота резонанса определяется по формуле Томпсона, а - по соотношению
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].
|
|
|
