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.
|
|
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.
|
|
а)
|
б)
|
Рисунок
3.1
В соответствии с
[6], коэффициент усиления каскада в области верхних частот можно описать выражением:
, (3.1)
где
; (3.2)
; (3.3)
; (3.4)
; (3.5)
; - текущая круговая частота.
При заданном
уровне частотных искажений
(3.6)
верхняя частота fВ полосы пропускания каскада равна:
, (3.7)
где .
Входное
сопротивление каскада на ПТ, без учета цепей смещения, определяется входной
емкостью:
. (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; =. Подставляя известные 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.
|
|
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:
; (3.9)
, (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; =. Подставляя известные 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.
|
|
а)
|
б)
|
Рисунок 3.3
Коэффициент
передачи входной цепи в области верхних частот описывается выражением [6]:
,
где ; (3.11)
; (3.12)
;
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: =. Подставляя 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.
|
|
а)
|
б)
|
Рисунок 4.1
Коэффициент
усиления каскада в области верхних частот можно описать выражением [6]:
,
где K0=SRЭ; (4.1)
;
;
;
;
;
.
Значение , соответствующее оптимальной по Брауде амплитудно-частотной
характеристике (АЧХ) [6], рассчитывается по формуле:
. (4.2)
При заданном
значении YB верхняя частота полосы
пропускания каскада равна:
. (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:
, (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; =. 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.
|
|
а)
|
б)
|
Рисунок 5.1
Коэффициент
усиления каскада в области верхних частот можно описать выражением [6]:
,
где K0=SRЭ/F; (5.1)
; (5.2)
;
;
;
.
Значение С1опт,
соответствующее оптимальной по Брауде АЧХ, рассчитывается по формуле:
. (5.3)
При заданном
значении YB верхняя частота полосы
пропускания каскада равна:
. (5.4)
Входная емкость
каскада определяется соотношением:
. (5.5)
При работе
каскада в качестве предоконечного все перечисленные выше соотношения
справедливы. Однако RЭ и С0 принимаются равными:
, (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; =. 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.
|
|
а)
|
б)
|
Рисунок 6.1
Коэффициент
передачи входной цепи в области верхних частот можно описать выражением:
,
где ; (6.1)
;
;
;
;
СВХ – входная емкость
каскада на ПТ.
Значение L3опт, соответствующее оптимальной по
Брауде АЧХ, рассчитывается по формуле:
. (6.2)
При заданном
значении YB и расчете LЗопт по (6.2) верхняя частота полосы
пропускания входной цепи равна:
. (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: =; =. 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.
|
|
а)
|
б)
|
Рисунок 7.1
При работе выходного
каскада без выходной КЦ модуль коэффициента отражения ощущаемого сопротивления нагрузки
внутреннего генератора транзистора равен [9]:
. (7.1)
Уменьшение
выходной мощности относительно максимального значения, обусловленное наличием CВЫХ, составляет величину:
,
(7.2)
где – максимальное значение выходной мощности на
частоте при
условии равенства нулю СВЫХ; – максимальное значение выходной мощности на
частоте 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 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 , определяющий величину
ощущаемого сопротивления нагрузки RОЩ, относительно которого вычисляется [9].
Таблица 7.1
|
|
|
|
|
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:
(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:
. (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: = == 1,07. Ближайшее значение коэффициента в таблице 7.1 равно 1,056.
Этому значению соответствуют:
=1,5; =0,882; =0,215; =1,382. После денормирования по формулам
(7.3) имеем: =35,1
нГн; =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 =. Подставляя в (3.7) известные и fB, получим: YB==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].
|
а)
|
|
б)
|
Рисунок 8.1
Коэффициент
усиления каскада на транзисторе T1 в области верхних частот можно описать выражением [11, 12]:
, (8.1)
где K0=SRЭ; (8.2)
;
;
;
;
–
сопротивление сток-исток транзистора T1; ;
; ; ; – нормированные относительно и значения элементов , , , , ; =; ; – нормированная частота; – текущая круговая частота; – высшая круговая частота
полосы пропускания разрабатываемого усилителя; – входная емкость транзистора Т2; – выходная емкость транзистора
T1.
В таблице 8.1
приведены нормированные значения элементов , , , вычисленные для ряда нормированных значений , при двух значениях
допустимой неравномерности АЧХ .
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
|
дБ
|
дБ
|
|
|
|
|
|
|
|
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
|
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 , , , , расчет межкаскадной КЦ состоит из следующих
этапов. Вычисление .
Нормирование значения по
формуле: . Нахождение
по таблице 8.1 ближайшего к вычисленному табличного значения . Определение по таблице
8.1 соответствующих значений , , и их денормирование по формулам: ; ; . Вычисление значения : .
При использовании
рассматриваемой КЦ в качестве входной принимается равной нулю, принимается равным , а коэффициент передачи
входной цепи на средних частотах рассчитывается по формуле (3.11).
В случае
необходимости построения нормированной частотной характеристики проектируемого
усилительного каскада значения , , , следует подставить в (8.1) и найти модуль . Реальная частотная
характеристика может быть найдена после денормирования коэффициентов , , по формулам: ; ; .
Пример 8.1. Рассчитать межкаскадную КЦ
усилительного каскада, приведенного на рисунке 8.1, его и 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 - дБ, =1 кОм.
Решение. По известным , и найдем: = ==3,67. Из таблицы 8.1 для неравномерности АЧХ дБ и для ближайшего
табличного значения нормированной величины , равного 3,5, имеем: =2,025, =0,785, =0,577. Денормируя , и , получим: =24,8 пФ; L2=162 нГн; R3=75 Ом. Теперь по (8.2)
рассчитаем: K0=9,5. Вычитая из величину , 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.
|
а)
|
|
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]:
, (9.1)
где ; (9.2)
;
;
;
;
;
;
RВЫХ1 – сопротивление сток-исток
транзистора T1; СВХ2 – входная емкость
транзистора T2; , , , , – нормированные относительно и 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; ; – нормированная частота; – текущая круговая частота; – 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 дБ, при допустимом значении равном дБ и 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 АЧХ, дБ
|
= дБ
|
= дБ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-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]:
(9.3)
где СВЫХ1Н,
СВХ2Н – нормированные относительно RВЫХ1 и значния
СВЫХ1 и СВХ2.
При известных
значениях , RВЫХ1, СВЫХ1, СВХ2,
расчет межкаскадной КЦ состоит из следующих этапов. Вычисление нормированных
значений СВЫХ1 и СВХ2 по формуле: СН=. Определение табличных
значений элементов ,
, , , 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:
. (9.4)
В случае
необходимости построения нормированной частотной характеристики проектируемого
усилительного каскада значения , , , , следует подставить в (9.1) и найти модуль KU. Реальная частотная характеристика
может быть рассчитана после денормирования коэффициентов , , , , по формулам: ; ; ; ; .
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 - дБ; наклон АЧХ - 0 дБ.
Решение. Из таблицы 9.1 для
неравномерности АЧХ + 0,5 дБ и наклона АЧХ, равного 0 дБ, имеем: =2,22; =1,11; =5,23; =3,69; =0,291. Нормированные значения СВЫХ1
и СВХ2 равны: СВЫХ1Н= ==1,6; СВХ2Н==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==530 нГн; R2==167
Ом; С3==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 МГц
// Приборы и техника эксперимента. – 1972. - №3. - С.134-135.