РАСЧЕТ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ ШИРОКОПОЛОСНЫХ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА

БИПОЛЯРНЫХ 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 биполярных транзисторах (БТ).

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 четвертого порядков, для входной и выходной корректирующих цепей. Для всех схемных решений построения усилительных каскадов на БТ приведены примеры расчета.

ВВЕДЕНИЕ

В теории усилителей нет достаточно обоснованных доказательств преимущества использования того либо иного схемного решения при разработке конкретного усилительного устройства. В этой связи проектирование широкополосных усилителей во многом основано на интуиции и опыте разработчика. При этом, разные разработчики, чаще всего, по-разному решают поставленные перед ними задачи, достигая требуемых результатов. Данная работа предназначена для начинающих разработчиков широкополосных усилителей и содержит: наиболее известные и эффективные схемные решения построения широкополосных усилительных каскадов на БТ; соотношения для их расчета по заданным требованиям; примеры расчета. Поскольку, как правило, широкополосные усилители работают в стандартном 50 либо 75-омном тракте, соотношения для расчета даны исходя из условий, что оконечные каскады усилителей работают на чисто резистивную нагрузку, а входные каскады усилителей работают от чисто резистивного сопротивления генератора.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

В соответствии с [1, 2, 3], приведенные ниже соотношения для расчета усилительных каскадов основаны на использовании эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 1.1, либо на использовании его однонаправленной модели [2, 3] приведенной на рисунке 1.2.

[pic]

Рисунок 1.1 - Эквивалентная схема Джиаколетто

[pic]

Рисунок 1.2 - Однонаправленная модель

Значения элементов схемы Джиаколетто могут быть рассчитаны по паспортным данным транзистора по следующим формулам [1]:

[pic] [pic] [pic]

[pic]

[pic]=3 - для планарных кремниевых транзисторов,
[pic]=4 - для остальных транзисторов,

[pic]; [pic]; [pic];

где [pic] - емкость коллекторного перехода; [pic] - постоянная времени цепи обратной связи; [pic] - статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером; [pic] - граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером; [pic] - ток эмиттера в рабочей точке в миллиамперах.

В справочной литературе значения [pic] и [pic] часто приводятся измеренными при различных значениях напряжения коллектор-эмиттер [pic].
Поэтому при расчетах [pic] значение [pic] следует пересчитать по формуле
[1]

[pic],

где [pic] - напряжение [pic], при котором производилось измерение [pic];
[pic] - напряжение [pic], при котором производилось измерение [pic].

Поскольку [pic] и [pic] оказываются много меньше проводимости нагрузки усилительных каскадов, в расчетах они обычно не учитываются.

Элементы схемы замещения приведенной на рисунке 1.2 могут быть рассчитаны по следующим эмпирическим формулам [4]:

[pic], [pic], [pic], [pic],

где [pic] - индуктивность вывода базы; [pic] - индуктивность вывода эмиттера; [pic] - предельное значение напряжения [pic]; [pic] - предельное значение постоянного тока коллектора.