Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Пустынский И.Н. Транзисторные видеоусилители

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
6.54 Mб
Скачать

Расчет усилителя можно произвести следующим об­

разом:

 

 

 

 

 

1.

Выбираем

тип транзистора

аналогично

тому, как

это делалось при эмиттерной

коррекции [по

формуле

(2.11)].

 

 

 

 

 

2.

Определяем

 

коэффициент

внутренней

обратной

связи

а-1 п о формуле (1.7).

 

 

 

3.

Находим величину сопротивления RK:

 

 

RK

~

Rj^Kuvth

{R6

+ гб )/ро.

 

4.

По формуле

(3.5) вычисляем постоянную вреіме-

НИ Тнк-

5.Определяем коэффициент относительной инерцион­ ности q по формуле (1.14).

6.Находим параметр коррекции, соответствующий

оптимальной

частотной

характеристике, по формуле

(3.4).

7.

Вычисляем

величину

 

необходимой

 

корректирую­

щей

индуктивности:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L 4

= n4R„xnJa3.

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.9)

8.

По формулам

(2.5) и

(2.4) определяем

эффектив­

ность коррекции и действительное значение

граничной

частоты /вк-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример

2. При эквивалентном

сопротивлении

источника

сигнала

/?,-> = 0,5 ком

и емкости

нагрузки С„ =

5

пф

усилительный

 

каскал

д о л ж е н обеспечить

К „ о « 5 при / п к ^ Ю

Мгц.

 

 

 

 

 

 

Необходимо выбрать транзистор, позволяющий получить задан­

ную площадь усиления

П = 5 0 Мгт, и определить

R„

и L 4 .

 

Расчет выполняем в следующем порядке.

 

 

 

 

 

 

1. Выбираем

тип транзистора.

Максимальная

добротность

тран­

зистора должна быть не менее величины, найденной

по

формуле

(2.11), т. е.

300

Мгц. По табл.

!

приложения

2

находим,

что этой

добротности

соответствует

транзистор

типа

П416, параметры

кото­

рого

равны

Ро =

50,

/"о =

100 ом,

Ск

= 5

пф, Т р = 0 , 2

мкеек

и

гя =

= 25

ом (при / э

« 1

ма).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Определяем

а а = 5,21;

Я к =

# п = 1 5 6

ом.

Берем ближайший

номинал 160 ом. При RK—\60

ом значение

коэффициента

усиления

равно

ЛГио =

5,1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Находим

Тцк =

0,085

мкес-к,

9 = 2,35,

«,, =

2,49,

 

1 ч =

6,5

мкгн.

Q, = 3,44 и f n K = 1 0

Мгц.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) Расчет

усилителя

по заданным

 

искажениям,

импульса

В

рассматриваемом

случае по заданным

значениям

Кио,

RG, / Н К , Си и допустимому

выбросу на переходной ха­

рактеристике

б

необходимо

вы-брать

тип

транзистора,

который обеспечил

бы

требуемую

добротность каскада,

и определить величины

Ru и L . .

 

 

М а к с и м а л ь н а я

добротность, то

которой

подбирается

транзистор, к а к и

-в предыдущем

расчете,

определяется

по формуле (2.11) с учетом

того, что П ~ Кио

(0,35//н к ).

Затем находятся величины

аэ,

R„, т г ш

и q

точно так

же, как и при расчете частотным методом.

 

 

По известным величинам выброса 6 и коэффициента

инерционности q с помощью

рис.

2.3 определяем пара ­

метр коррекции п, после чего

вычисляем

корректирую ­

щую индуктивность L = n

{RHtHJa3).

 

 

 

Определив из рис. -3.3 -коэффициент импульсной эф ­ фективности Qu, найдем действительное время нараста ­ ния ?ш< по формуле (3.8), которое должно быть не более заданного. Если она окажется больше, то 'Следует вы ­ брать ТраНЗИСТОр С Лучшей Д-ОбрОТНОСТЫО Нммакс-

ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ КОРРЕКЦИЯ С ПОМОЩЬЮ ИНДУКТИВНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ОТ КОЛЛЕКТОРА К БАЗЕ

Н а р я д у

с эмиттер ной

и параллельной

схемами кор ­

рекции в

транзисторных

видеоусилителях

применяется

высокочастотная схема коррекции помощью индуктив­ ной обратной связи от коллектора к базе [29—31].

Принципиальная схема такого каскада приведена -на рис. 4.1, а его эквивалентная схема д л я высших частот —

на рис. 4.2. Здесь L ; — корректирующая

индуктивность;

Сб — блокировочный

конденсатор, который

может

быть

использован д л я коррекции

низкочастотных

искажений;

Ur=UrZo/Zr

— н а п р я ж е н и е ,

эквивалентного

источника

сигнала;

Zc = Z r ||^i||/? 2 его

внутреннее

сопротивление;

RH

— сопротивление

эквивалентной нагрузки . Коррекция

в

схеме осуществляется за счет ослабления

отрицатель­

ной обратной связи с повышением частоты из-за

увели­

чения сопротивления

индуктивности.

 

 

 

 

Воспользовавшись методикой,

изложенной в гл.

1,ори

Za = Rb п

Сц = 0 получим в ы р а ж е н и е для

коэффициента

усиления

по 'напряжению д л я

схемы

рис. 4.2

в ви­

де

[20,29]

 

 

 

 

 

 

\

а,

 

 

 

 

 

 

(4.1)

где

Кио=

Ро/?н/(#б + П>) (1 + ^ і ) а 3 /

коэффициент

усиле-

 

 

 

 

ПК Сі

 

 

 

 

г

 

 

 

 

С ? Хеш

 

 

 

 

 

6

 

"Вы

Рис. 4.1. Усилительный каскад с

Рис. 4.2. Эквивалентная схема

индуктивной противосвязыо

каскада с индуктивной

противо­

 

связыо для высших

частот

ния схемы

по н а п р я ж е н и ю

для

средних частот;

Q =

= сотк р/аэ / — относительная

угловая

частота;

и/ =

= Lja3f/RjTKp

— п а р а м е т р коррекции;

 

 

 

Rf

1 + 7

У-

(4.2)

 

 

 

Of « 1 + •

Я н Я б П +

М

 

(4.3)

— коэффициент

внешней обратной связи каскада на сред­

них частотах за

счет Rr.

 

аэ / = a3ctf

я=: 1

1 + Ро

 

(R& 4 -"в) П 4 - І

коэффициент общей (внутренней и внешней) обрат-

ной овяаи каскада на средних частотах за счет сопротив­ лений Гд И Rf\

 

 

 

 

 

R66

=

r6R6l(r6

+

R6).

 

 

 

 

 

(4.4)

 

4.1. П А Р А М Е Т Р К О Р Р Е К Ц И И , О Б Е С П Е Ч И В А Ю Щ И Й

 

 

О П Т И М А Л Ь Н У Ю

ЧАСТОТНУЮ Х А Р А К Т Е Р И С Т И К У

 

М о д у ль коэффициента

частотных

искажений равен

Ь I

= /

( J

+ Й 2

пь I (1+Q2[('++^)2-

 

 

 

^

+-

 

 

 

 

 

 

 

 

+

Q4

 

 

 

 

 

 

 

(4.5)

П а р а м е т р коррекции, обеспечивающий

оптимальную

частотную

характеристику,

равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л= _ ( 1 + 1 ± ^

+

 

 

 

 

 

 

+

1

+

( 1

+ и , ) 2

- 2 1 + * /

 

1

 

 

(4.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В случае а ; - ^ 5 ,

что

часто выполняется,

формула

(4.6)

может быть заметно

'упрощена:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пы

~

-

1 +

) /

1

+ (1

+

х/)2 .

 

 

 

(4.7)

При

этом

величина

n!4j

найденная

по

формуле

(4.7),

по­

лучается заниженной не более чем на

15%.

 

 

 

 

По п а р а м е т р у коррекции

п/ч

определим величину

кор­

ректирующей

индуктивности,

при

которой

в

каскаде

обеспечивается

оптимальная

частотная

характеристика,

Из (4.5) найдем, что граничная

частота

усилитель

ното каскада при

щ = щч

 

р а в н а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fвк =

йэ/(Зч /2ЛТк е ,

 

 

 

 

 

(4.9)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<3ч

 

 

1

 

 

 

 

 

 

і

+

 

 

 

( 4 . 1 0 )

 

 

 

 

 

|

/

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

V2

1

 

+

 

 

 

 

•эффективность схемы коррекции.

З а в и с и м о с ть

Q4=f(al)!

подсчитанная

по формуле

(4.10), изображена « а рис. 4.3. Величина

я / ч д л я (4.10)

находилась по

формуле

(4.6).

 

Рис. 4.3. Зависимость эф­ фективности схемы коррек­ ции индуктивной противосвязыо от коэффициента об­ ратной связи

ГІЗ

Графиков ріИС. 4.3 ВИДНО, ЧТО СЗч-Фч макс = 1,72

при

а / » 1

и

когда п/ч->-'і/чміш = 0,414. Усиление по

на­

пряжению на средних частотах при замкнутой цепи об­

ратной связи уменьшается в а,

р а з

по сравнению со

слу­

чаем, когда она разомкнута .

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, предельная эффективность рассмат ­

риваемой

схемы

коррекции т а к а я

ж е ,

как у

эмиттерной

коррекции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Существенным

недостатком

 

усилителей

с

индуктив­

ной обратной связь ю являются малые величины

входно­

го и выходного сопротивлений,

 

которые обычно

н е

пре­

в ы ш а ю т нескольких

 

десятков

ом,

вследствие

чего

RC-тявъ

с

источникам

сигнала

затрудняет

воспроизве­

дение усилителем низших частот.

 

 

 

 

 

 

Входное

и

выходное

сопротивления

к а с к а д а

рис. 4.2

д л я средних частот соответственно

равны

 

 

 

 

Явых / » [ г б

+

гэ

(1

+

р0 )] (Я/ +

RB)l[Rf

+

RH (1

+

p.)],

 

Я В Ы х ! «

{[гб

+

гъ

(1 +

р,)] (R6 +

Rf)

+ R<RfWa

+

 

Де)

X

 

 

 

 

 

 

 

X ( l - r B o ) .

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.11)

Если учесть паразитну ю емкость CL, параллельную корректирующей индуктивности Lj, то коэффициент час-

тотных искажении запишется в виде

Ки

 

 

l +

/ Q n f + (/Q)»n/a

 

Кн 0

і +

/ о

[1 + х, + (/1,/а,)] + (/ Q)* л, (1 + о)

+

 

 

 

+

(/

n f о

 

где a = CLRta3j/xK&.

 

.

 

 

 

П р и р а в н и в ая

в

|/<u/-Kuo|

коэффициенты при

Q2 и Q4 ,

получим условия обеспечения оптимальной частотной ха­

рактеристики.

При

этом п а р а м е т р коррекции

п

о к а з ы ­

вается точно таким

ж е ,

к а к

в

(4.6),

а п а р а м е т р

о равен

 

о =

ач

= 0,5ягч

/

1 +

х/ — nfJl

 

 

Отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сы

=

0,Ы,Ж

+

щ

- п

і 1 -

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

\

«э/

 

 

Так

к а к

обычно

х/ = 0 - М ,

Сьч иа

практике

можно оп­

ределить по

.формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C L , , - ( 0 , 7 - 0 , 9 ) 1 ^ .

 

 

(4.12)

Если

величина

паразитной

емкости

CL>CL4,

 

ТО на

частотной характеристике появляется подъем и одновре­ менно уменьшается граничная частота к а с к а д а . Послед­ нее связано со значительным увеличением коэффициента обратной связи иа высоких частотах за счет шунтиро­ вания емкостью CL корректирующей индуктивности.

Формула (4.12) может служить

критерием

д л я опре­

деления максимально допустимой

паразитной

емкости

К Opp 6KT Ир уЮЩ ЄЙ ИНДУ'КТИ ВІНО'СТИ.

Если

CL<.CL4,

особого

смысла специально

подклю ­

чать

емкость

п а р а л л е л ь н о

индуктивности

Lf нет,

так к а к

при

CL

C L 4

.граничная частота реального

к а с к а д а обыч­

но увеличивается не более чем н а 10% по сравнению со случаем отсутствия этой емкости.

4.2. П А Р А М Е Т Р

К О Р Р Е К Ц И И , О Б Е С П Е Ч И В А Ю Щ И Й

 

О П Т И М А Л Ь Н У Ю П Е Р Е Х О Д Н У Ю Х А Р А К Т Е Р И С Т И К У

Нормированное

изображение переходной

характери ­

стики схемы рис. 4.2 описывается формулой

(2.6) .с уче­

том

того, что здесь

 

 

gi = Vnh di =

+ щ +

Д л я критического

р е ж и м а

( d i = 2 )

параметр

коррек­

ции равен [32]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

(4.13)

 

 

 

У

а,

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

а/^> 1 + %;, то

 

 

 

 

 

 

 

л / к

р = 0,25(1

 

 

 

(4.14)

В

случае

Д / ^ 5 и

к / ^ 1 величина

П/К р,

вычисленная

по формуле

(4.13),

получается

заниженной

по

сравне­

нию с найденной по формуле (4.14) не более чем

на 20%.

Выброс при критическом р е ж и м е равен

 

 

 

б = (Vп1кр

1)ехр'}/п77р/ (]Р — О-

 

 

Он имеет место л и ш ь при

/ г / к р > 1

 

или согласно

(4.14)

при

х / > 1 .

В случае

апериодического

режима выброс

может

бЫТЬ ЛИШЬ При llj>%f и

%s>\.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку в р е а л ь н ы х

схемах

обычно

х / < 1 ,

то

на

апериодическом р е ж и м е останавливаться не будем.

 

Выброс

« а

переходной

характеристике

при

колеба­

тельном режиме

равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arctg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б = ] / щ %, ехр •

 

 

 

 

 

VI-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

V l

-

i -

n

 

 

 

 

 

 

 

 

где £ =

4/zf

j {l

-f-Xf +

a,"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и н и м а я во внимание,

 

что

 

ч а щ е

всего

(njjaf)<^.\,

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

- У

Т ^

 

ехр

a

r c

t

g f

d

+

^

/ d

- ^

j n

- l -

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ 1 -

І

 

 

 

 

 

и Б = 4 / г , / ( 1 + х / ) а .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д л я

ускорения

расчетов

 

зависимость

8=f(tij)

 

при

и/ = const и

tif<ccif

 

и з о б р а ж е н а н а

рис . 4.4.

Здесь

ж е

от­

мечены

величины

 

выбросов

при

оптимальной

частотной

(tif=rif4)

и

оптимальной

фазовой

(щ=П]ф)

характерис ­

тиках.

Условие

обеспечения

 

оптимальной

фазовой

ха­

рактеристики при

 

tij^uj

 

имеет в и д

(см. формулу

(П.8)

приложения

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ Ф + З Л / Ф ( 1 + К / ) - ( 1 + ^ ) 3 = 0.

С

достаточной д л я практики

точностью

п а р а м е т р п/ф

можно определить

по формуле

 

 

 

 

 

 

 

Я/Ф — ("гч +

"fo)/2,

 

 

 

где

iijo

— параметр коррекции,

соответствующий

грани-

 

 

12

/

/

 

 

25 ,

 

 

 

 

5

О,

 

"1,75J

 

 

 

 

 

1 0,2

 

 

 

 

 

 

 

а

1

і

 

 

 

 

 

 

 

і*

//

 

 

/

 

/7^ 4

 

 

 

о /к

\

 

>/

 

n f p

 

 

 

0,it

0,8

 

1,2

1,6

1,8 nf

 

Рис. 4.4. Зависимость выброса на переходной характеристике

от па­

раметра

коррекции

для каскада

с

индуктивной

противосвязыо:

 

 

 

п , = п / ч ;

 

 

пгп.

 

L

/

,5°;

. .

О

0,2

0,if

0,6

0,8

x f

Рис. 4.5. Зависимость импульсной эффективности схемы коррекции индуктивной противосвязыо

це появления выброса (6 = 0), равный

„ ( 0 , 2 5 ( 1 п р и ч т і ,

( щ

при х/ > 1.

Время нарастани я фронта импульса в усилителе с рассматриваемой коррекцией равно

' - " в 2 , 2 ^ Г -

( 4 Л 6 )

где Q n — импульсная эффективность схемы коррекции. Зависимость Qu='f(xf) при различных выбросах на переходной характеристике приведена на рис. 4.5. Она имеет такой ж е характер, как и зависимость Qn=f(mn)

при эмнттерной коррекции (см. рис. 2.3).

4.3.РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАОКАДА

СВЫСОКОЧАСТОТНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ С ПОМОЩЬЮ ИНДУКТИВНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

 

Расчет

усилителя

м о ж е т

проводиться

из

условия

обеспечения

оптимальной

частотной

характеристики

или

необходимой переходной характеристики.

 

 

 

 

 

 

 

а)

Расчет

усилителя

 

частотным

методом

 

 

 

Как и в предыдущих случаях, исходными

данными

чаще всего

являются

Ки о, fm< и RG.

 

 

 

 

 

 

З а д а ч а

сводится к выбору типа транзистора,

который

може т

обеспечить

 

необходимую

п л о щ а д ь

усиления

П = Kuofвк,

 

определению

сопротивления

эквивалентной

нагрузки

^ п

(или

сопротивления Як,

если

известно

зна­

чение Я'И ) и элементов цепи

обратной связи

Rf

и

Lf4.

Расчет

усилителя

можно выполнить в 'следующем

по­

рядке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Выбираем тина

транзистора,

к а к

в

предыдущих

случаях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. З а д а е м с я коэффициентом внешней обратной

связи

Я / = 4 — 8 .

Величина

а / < 4

нежелательна,

т а к

к а к

 

при

этом получается малый коэффициент эффективности

схе­

мы

Q4.

П р и

а / > 8

 

может

потребоваться

слишком

боль­

шое

сопротивление

нагрузки

(Яш>2

ком),

а

величина

ф ч п р и

этом возрастет незначительно.

 

 

 

 

 

3.

Определяем

коэффициент

внутренней обратной

связи аа по формуле

(1.7) * ) .

 

 

 

 

4.

Вычисляем

общий

коэффициент

обратной

связи

5.

Находим величину сопротивления

нагрузки:

 

 

 

£ u

= /C„ . a s f (/? 6 +

r6 )/p0 .

 

(4.17)

6.

Определяем

сопротивление

обратной связи:

 

 

 

Rf

 

= a,Ku0Rcl(af-l)a0.

 

 

 

(4.18)

Формула

(4.18)

получена путем

совместного

реше­

ния формул

(4.17)

и

(4.3).

 

 

 

 

7.

Вычисляем постоянную времени

Тш<:

 

 

 

 

т„ к =

Я „ С к ( 1 + р в ) .

 

 

(4.19)

8.Находим эквивалентную постоянную передачи то­ ка базы по формуле (1.8).

9.По формуле (1.14) определяем коэффициент отно­ сительной инерционности q.

10.'Вычисляем величину сопротивления і?бс и коэф­

фициент щ п о

формулам

(4.3)

и (4.2)

соответственно.

11. Определяем параметр коррекции п/ч, при котором

обеспечивается

оптимальная частотная

характеристика,

по упрощени-юй

формуле (4.7), т а к как ч а щ е всего

В случае

а / < 5

во и з б е ж а н и е

заметной

погрешности

(больше

15%)

желательно

пользоваться

более точной

формулой

(4.6).

 

 

 

 

12.Находим величину корректирующей индуктивно­ сти Lf ч по формуле (4.8).

13.По формулам (4.10) и (4.9) вычисляем коэффи ­

циент эффективности Q 4 и действительное значение верх­

ней граничной частоты fmil которое должно быть не ме­ нее заданной. В противном случае следует выбрать тран­ зистор С большей веЛИЧИНОЙ Пммако-

Пример 3. Прій эквивалентном сопротивлении источника сигнала

Ro=0,5

ком

усилительный каскад

д о л ж е н

обеспечить

 

усиление по

напряжению

на

средних частотах

Кио — 5

при

верхней

граничной

частоте / с к 5 = Ю

Мгц.

Необходимо

выбрать

транзистор,

позволяющий

получить

заданную

площадь усилителя П = 50

Мещ,

и

определить

Ra, Rf II

Lj4.

 

 

 

 

 

 

 

 

*) При практических расчетах здесь также часто

можно пола­

гать, что

£ i = t f B U +

Ro)// - K<l .

 

 

 

 

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ