книги из ГПНТБ / Пустынский И.Н. Транзисторные видеоусилители

б) Расчет многокаскадного

усилителя

с

параллельной

коррекцией

М о ж н о рекомендовать следующий

порядок

расчета:

1.

З а д а е м с я числом каскадов

N.

2.

По г р а ф и к а м рис. 7.27

определяем

соответствую­

щее ОТНОШеНИе ПІУК/ПІК.

3. Находи м величину Пщ.

4.

П о табл . 1 приложения

2.

исходя

из

величины

для

одного каскада

на

средних

частотах

Киоі=

Киок-

6. Находи м сопротивление нагрузки:

Д „ = К„ о 1 [г в

+ Г 8 ( 1 + Ш Р О - К А Й ) .

7. Определяем постоянную времени Тцю коэффициент

относительной

инерционности

q и параметр коррекции

пч

по формулам

(4.18),

(1.14)

и

(3.4)

соответственно.

8.

Вычисляем

по

формуле

(1.7)

коэффициент

внут­

ренней

обратной связи

а э с учетом того, ЧТО і/?б = Дн.

L 4

9. Н а х о д и м величину корректирующей

индуктивности

и

граничную

частоту / в ь - і

по формула м

(3.9)

и

(3.3)

соответственно. Н а й д е н н а я

величина / П к і д о л ж н а

быть

не

меньше,

чем

f B K W / ] / y ^ 2 — 1.

Если

она

окажется

меньше

вследствие

того,

что

Д б Л ' б > 1 ,

то следует

выбрать

транзистор

с

большей

ве­

личиной П м макс

Пример 5. Выбрать тип транзистора и рассчитать усилитель г

параллельной коррекцией (определить Rn

и Ы),

который обеспечил

бы

усиление на

средних

частотах

/ ( , , о = : 1 0 0 0 при верхней гранич­

ной

частоте / „ „ 3 * 4 0 Мгц

( П * 3*40 ООО

Мгц).

Расчет

выполним в следующем порядке:

1. З а д а е м с я числом каскадов

N=4.

2.

П о

графикам

рис. 7.27 определяем соответствующее отноше­

ние

(Плгн/Пі„) « 8 0 .

( П л „ / 8 0 ) = 5 0 0 Мгц.

3.

Находим величину П і к =

4.

Выбираем по величине П „ М а н с > 2 П ы = 1000 Мгц транзистор

ГТ313А

( р 0 = і135, г б = і 3 0

ом, С „ = 2 , 5

пф,

т р =0,0722

мкеек).

5. Вычисляем коэффициент усиления по напряжению для каж­

дого каскада: /f u oi=S,56 .

ом

6.

Определяем .#н = 146

(выбираем

ближайший больший но­

минал

150

ом), Т н к = 0 , 0 5 ] мкеек,

q—1,417,

п ч = 1,67,

а э = ' 1 9 , 9 ,

L 4 =

= 2,47

мкгн, /ви І = 70,5 Мгц.

Сравнение с

величиной (/ B K W

/

V

Nyr2— 1 )=91

Мгц показыва­

ет,

что

неравенство / в к і

>

(/які

/

V

% % — 0

1 ,

е

выполняется,

ГТ313Б ( р „ = 1 3 5 ,

го =

20

ом, С„ = 2 пф,

т р =0,0496 мксск).

В

этом

случае получаем

Ті„, =

0,0408 мксек,

«7=1,214, « . ,= . 1,43,

я э

= 20,

L 4 = 4,38 мкгн, fBK

і =

91,2

Мгц.

К ак у ж е упоминалось

(см. §

1.4), уменьшение

усиле­

ния низших

частот

(спад плоской

вершины

импульса)

обусловлено

наличием

разделительных

конденсаторов

Срі и С р 2

и конденсатора

С'э

, включенного

в цепь

эмитте­

ра д л я шунтирования резистора

/?э

в диапазоне

частот

усилителя (рис. 1.4).

Поскольку наибольший интерес представляет воспро­

изведение

с заданной точностью

импульсных

сигналов,

основное внимание будет уделено вопросам

коррекции

спада плоской вершины импульса.

8.1. К О Р Р Е К Ц И Я И С К А Ж Е Н И Й П Л О С К О Й

В Е Р Ш И Н Ы

И М П У Л Ь С А К О Л Л Е К Т О Р Н Ы М Я С - Ф П Л Ь Т Р О М

Схема

усилительного

каскада

с

коллекторным RC-

фильтром

приведена

на рис. 8.1.

Коррекция

с

помощью

звена кфСф в цепи кол­

лектора применяется до­

вольно часто, та к ка к зве­

но

ЯфСф

одновременно

выполняет

роль

фильтра,

р а з в я з ы в а ю щ е г о

каскад

от

общего

источника пи­

тания .

Коэффициент

частот­

ных

искажений

дл я схе­

мы рис. 8.1 при Cg->-oo

Рис. 8.1. Усилительный

каскад

с и

Ср2->°°

в

операторной

коллекторным /?С-фильтром

форме

равен

Р ' + Р і П і

,

(8.1)

К,, о

р2 -(- P l ьх

+

60

где /С«.о=^броЛк/^г(^б + ''б)'(1 +ki)aa

— коэффициент уси­

ления каскада по напряжению

на средних

частотах,

кб = Яг\Ші,2] Ri,2=Ri\\Rz;

Рі = рт Р і

(здесь р —

оператор

Л а п л а с а — К а р с о п а ,

ТР І = СР І('І)?г +./?І, 2 вх)

— п о с т о я н н а я

времени

входной

цепи,

^1

2 вх =

^1

2 Ч ^вх>

&вх = гб

+

'

'

'

1 " Г « 1

— входное

сопротивление

каскада

на средних

частотах);

Яі —- - j

Tpl.

° i

— 1

-I

—j—i

+

«э

60

=

a xpildK

т к ;

t K =

RK

С ф ;

d K

=

R^IRK;

hu =

RJR'H

>

R" =

II -RH

>'

cr =

1 - Ь Ч Д , +

(1 +k1)(RliS

+

RB7i)

Переходная характеристика, соответствующая изоб­

ражению

(8.1), имеет вид

h (т) =

-

і -

Цсц -

а) є " а х

-

( f l l

-

Y ) е~v

T J,

(8.2)

Y — ос

где а = ( б 1 - У ^ - 4

60 )/2; Y = ( & I T 1 ^ - 4 & , ) / 2 ; r= tjxpl.

Формула

(8.2)

после .разложения экспонент в сте­

пенные ряды может быть записана

в такой

форме [46]:

h (х) =

1 -|- х [а, -

Оу+а)] -

(т2 /2!) [ f l l

(у +

а)

-

-

(у2 + а у +

а2 )] + (тЗ/З!) [а0

(у2

+

а у +

а2 )

-

_

( а

+

у) («у» +

а2 )] -

/ (т,

у> «)" =

1 +

А>

где / (т, у,

а ) ' 1

— часть

разложения,

с о д е р ж а щ а я

члены

соотношение

a

i _ ( Y + a) = 0,

(8.3)

т.

е. T K = T P I V . Здесь

v = d — {ki + hH)/(l +ki)a^

или v =

=

^вых, н7(^?ц-(-^вых, н')>

и з

ивых(х)

=

у—а

(ах

— а) е" • к т еа 7'т

— е

а

Г,

— (аі — у) е

(8.7)

іде

0 < т < Т ш

т и = 4і/трі

— относительная

длительность

импульса;

Тх

= 77тР і

— относительный

период

следова­

ния импульсов.

Т а к

как максимальные

искажения вершин

импульсов

наблюдаются

при

/Н —0,5

Т [33], этот случай

представляет

наибольший

интерес. При

/„ = 0,5

Т формулу

(8.7)

мож­

но записать в виде

#вых(т)

у — а

fa

— а)

4 - е

и

— (Oi — у)

- у

х

(8.8)

1

4 - е

П а р а м е т р ы

схемы

усилителя,

обеспечивающие

на его

выходе симметричный

по высоте

импульс (рис. 8.2)

с до­

пустимым

отклонением

^Выг.

вершины,

будем

считать

оптимальными.

З а д а ч а

определения

оптимальных

параметров

при

практических

расче­

тах

сводится

в

основном

к

нахождению

величин

емкостей

С р 1

и

Сф. Вели­

чины

сопротивлений

IRT,

Ru

Rz,

R'a,

RK

И Яф обыч­

но

известны,

однако

ве­

Рис. 8.2. Симметричные

по

вы­

личину

/?ф можно

в неко­

торых

пределах

варьиро­

соте П-импульсы со скважно­

стью

2

вать.

Первое

уравнение

д л я

определения

С р 1

и

Сф

полу­

чается

из

выражения

(8.8),

если

потребовать

обеспече­

ния

равенства

Uahlx(0)

= UBblx(tt,).

Это

уравнение

в слу-

чае а т , і < 2 , у т и < 2 и

( у 2

+ а у + а 2 ) <С 1 имеет

вид [47]

аі =

М

1

(8.9)

12 °°

д

_

A U

_

т т

р. г

^пк

и о

—

'-'макс

так как

£ / 0 = 0 , 5 .

Величину

£ / м а 1 ( С

нетрудно

найти

из

выражени я

(8.8),

если вместо

х подставить

- с м а к

с — время, соответствую­

щее максимальному отклонению вершины.

К а к

и

в

ламповых

усилителях,

без

заметной

погреш­

ности можно принять, что Тмакс=Тц/2. Тогда,

поскольку

{%1 /24)

( у — a ) 2 - C l ,

получим

А п к ^ т -

ya/\Q

или

Агш=т;;Х

X V I 6 ,

т. е. A U K = ^/16T 2 > 1 vrf K .

Таким

образом,

эффективность

коррекции

искажений

вершин

периодической

последовательности

импульсов

со

скважностью

2

составляет

JSfig

Qn * и =

8 т р 1

v

dJtK.

О на

оказывается

в

4 р а з а более

высокой,чем

в случае

коррекции

оди­

ночного

импульса.

П р и коррекции кол-

лекторным

І^С-фильтром

„ „

_

промежуточного

каскада

Рис. 8.3. Эквивалентная схема

/*"

о

о \

„

~ „ „ „ а 0

D

л-

промежуточного каскада д л я

( Р " с -

8 _ 3

)

в

с л У ч ^ е

низших

частот с коллекторным

+Аф < С^\ВЫХ .

tvi/Xp^de,

—]ЯфЩт

ЯС-фі1ЛЬТрОМ

ГДЄ

Тр=Ср /?1 ,2вх,

dB

=

условие

коррекции

вершины

при

периодиче-

ской последовательности

импульсов

с

точностью

не

ху­

ж е 3—'10%

запишется

в

виде

[47]

T H = T P V I

(здесь

т п =

= ^ н С ф ) . Отклонение

вершины

An « =

^ / 1 6 T ^ H v 1 ( l

+

*„),

скольку

они обеспечивают повышенную

термостабилиза­

цию каскада .

Эквивалентные

схемы

каскадов

рис. 8.4,а и 8.5,а для

низших

частот

(больших

времен)

приведены

соответст­

венно

на рис. 8.4,6 и 8.5,6. Здесь

Тнч—^-образная

эквива­

лентная

схема

транзистора

дл я низших частот.

В операторной

форме

выражение

дл я коэффициента

усиления

этих

каскадов

по

напряжению

при С'э ->оо,

Ср2 -»-оо,

RK<^R'a

и £i<Cl

имеет

вид

(8.1)

с учетом

того,

что дл я

схемы

рис. 8.4: ЛСІ<О =

ЯІРЯКРО/ЯІ-('/?ІГ+/'С)«Л — ко­

эффициент

усиления по напряжению

дл я средних частот;

ЬІ— ( т ф у і + т р ю і ) / а / і т ф ;

6о = я°,Трі/а/іТф;

a°fl=

1 + R*[Rm +

+ Rir(l

+ MVRf(Raa

+ Rir)

— Коэффициент

обратной

СВЯ­

ЗИ на средних

частотах

(за счет Rf);

ап=

і + (RK + R<h) X

Х ( # в х + і # і ( 1 +po)]/^f(I#DX + #I)

— к о э ф ф и ц и е н т

обратной

связи

на

нулевой

частоте; уі=

а / і | л ф = о

—

коэффициент

обратной

связи

на нулевой

частоте

при Яф=0;

Оі =

= о ^ | „ =

; г

, „

— к о э ф ф и ц и е н т

обратной

связи

при

Cpi-»-oo и Сф—О, а д л я схемы

рис. 8.5:

Kuo=RirRK^olRrX

Х('Яп + Явх);

6і=тф+т р іо - 2 /тф;

b0= а°2 тр і/тф ;

о^2

= a^|R 0

коэффициент

обратной связи

на нулевой

частоте; о г =

= a,f2 «к =«ф — к о э ф ф и ц и е н т обратной

связи

при Срі-^-оо

и С ф = 0 .

Д л я схем

рис. 8.4 и 8.5: a t = (1 + dK)трі/тф;

іїк

=

Яф/Я„;

Р і = / ? т Р і ; Трі = Срі(./?г +іЯвх 0—постоянная

времени

вход­

и в

ной цепи при /?/->-со;

тф = Сф#ф —

постоянная

времени

корректирующего звена;

Я в х ^ / в

+ ГэО

+ р 0 ) .

(8.10)

— входное

сопротивление

на средних

частотах;

•^вхі =

-^вх II

Rri

~

Rr

її R\-

Предполагается

Rnxi^Rj,

что обычно выполняется.

Воспользовавшись методикой, изложенной в предыду­

щем параграфе, получим

условия

коррекции

линейного

отклонения

вершины

одиночного

импульса и

отклоне­

т ф і =

т р 1 с У у і

(8.11)

для схемы рис. 8.4,

V

=

V ( ]

- М к — оа )

(8.12)

для схемы рис. 8.5.

При выполнении условий (8.11)

и (8.12)

коэффициен­

ты частотных искажений

схем

и нижние граничные час­

тоты определяются

формулой

(8.4) и (8.5)

со

своими

значениями коэффициентов at и Ь0.

Квадратичные

отклонения

вершины

одиночного им­

пульса при условиях

(8.11)

и

(8.12)

соответственно

равны

А і к і

=

— '?,а°і

ї і / 2 т ^ , с д г і к

Ді к 2 =

-

%а%/2 т2 р 1 (1 + d K -

о3 ).

Максимальное отклонение вершин периодической по­

следовательности

импульсов

.составляет

Дпкг=

|Лікі|/8,

где t = l , 2.

Д л я одиночного

импульса

эффективности

схем кор­

рекции рис. 8.4 и 8.5 могут быть рассчитаны

соответст­

венно по формула м

Q i t t

t i

=

2x^ap.djt„cfiflyi

и

Qi tfi г =

2 t p i (1 + dK — a2)lt„ a°2 ,