Материал: Sb000508

Свых≈Ск[1+(rб+Rб)g21],

где Rб – общее резистивное сопротивление цепи, включенное между базовым выводом транзистора и точкой нулевого потенциала. При наличии этого сопротивления выходная емкость каскада ОБ имеет повышенное значение, в связи с этим сопротивление Rб шунтируют блокирующей емкостью. При этом

Свых≈Ск(1+rбg21).

(43в)

В состав выражений (43) не включены данные о выходной емкости схемы ОК , так как при этом включении транзистора активная составляющая gвыхок его выходной проводимости настолько большая, что паразитная емкость не может оказать на сигнальные цепи какого-либо заметного шунтирующего влияния. По аналогичным соображениям в (43) не включены данные о входной емкости схемы ОБ, у которой входная проводимость такая же, как как выходная проводимость у схемы ОК.

Обычно анализ передаточных свойств многокаскадных трактов осуществляют в последовательности: от выходного каскада к входному. При этом предполагается, что источник входного напряжения в каждом каскаде непосредственно подключен к его входу. Источник напряжения является цепью с нулевым выходным сопротивлением (Rc=0). По указанным причинам вычисление значений входящих в (41) емкостей Свых должно осуществляться в условиях, соответствующих накоротко замкнутым входным зажимам (Rc=0) рассматриваемого N-го каскада.

При рассмотрении влияния паразитных емкостей на свойства каскадов следует учитывать, что оно во многом зависит от значения проводимостей gэкв которые они шунтируют. Так, например, в трехкаскадном усилительном тракте со структурой ОЭ-ОК-ОЭ и схемным построением рис.5 и рис.19 только емкости Свх, Сп1 и Cп3 могут оказать заметное влияние на спад НАЧХ (здесь и в дальнейшем числовой индекс у емкости Сп указывает на номер каскада, к которому она относится). Паразитная же емкость Cп2 в этой схеме подключена к низкоомному выходу каскада ОК. Поэтому ее влиянием на ход НАЧХ можно не пренебречь. В схемах рис.6 и рис.20 заметное влияние на ход НАЧХ могут оказать емкости Cвх и Сп2, а в схемах рис.7 и рис.21 – Cвх, Сп2 и Сп3.

Рекомендуемый порядок выполнения этапа VII

Основный критерием приемлемости сопротивлений нагрузки является тот факт, что общий спад εΣ НАЧХ на граничной частоте fв0,7, определенной в соответствии с (29), удовлетворяет условию εΣ≤0,3, где согласно (36) εΣ=εΣS+εΣн. Расчеты по этапу VII рекомендуется выполнять в следующей последовательности.

1.Определить для заданного tн требуемое значение граничной частоты fв0,7

спомощью (29).

2.Вычислить значение граничных частот fS и fSf в соответствии c (37) и (38). При вычислениях необходимо учесть, что в целях обеспечения стабильности и определенности параметров транзистора рекомендовано в каскадах ОЭ ввести ООС глубиной Fоэ=2, где Fоэ=1+g21Rf .

3.Определить значение спадов εS, возникающих в каскадах ОЭ и ОB на частоте fв0,7. Вычисления осуществить в соответствии с (33), используя при этом найденные в предыдущем пункте значения fSf для каскадов ОЭ при Fоэ=2 и fS для каскадов ОБ.

36

4.Оценить в соответствии с (31) общий спад εSΣ, возникающий в тракте вследствие инерционных свойств транзисторов.

5.Определить каскады и звенья усилительного тракта, в которых паразитные емкости Cn оказывают заметное шунтирующее влияние. Вычислить значения паразитных емкостей в этих каскадах. Вычисления осуществить в соответствии с соотношением (41) с подстановкой в него найденных с помощью

(43)значений емкостей Свх и Свых. При вычислениях в первом приближении считать, чтс СМ≈1...3 пФ, Kоэ≈5...10, Kок≈0,95...0,98, Fоэ=2, Rf=(Fоэ-1)/g21.

6.Оценить значение спада εвх НАЧХ входной цепи на частоте fв0,7. Оценку

осуществить с помощью (40). В случае, если найденное значение εвх>0,1...0,15, необходимо в состав усилительного тракта (на его входе) ввести дополнительный каскад ОК. Включение на входе тракта каскада ОК снизит его входную емкость, что обусловит уменьшение спада εвх до приемлемых значений.

7.Определить допустимое значение спада εнΣ на основании (33) и (36), считая, что εΣ=0,3: εнΣ=0,3-εSΣ-εвх, где εSΣ, εвх – значения спадов, определенных в п.4 и п.6 соответственно.

8.Распределить общие допустимые искажения εнΣ между звеньями, влияющими на ход НАЧХ. При этом целесообразно большую (в полтора-два раза) часть из допустимых искажений выделить на оконечные звенья (на звенья,

вкоторых сигнальные напряжения достигают амплитуды Uм).

9.Определить в соответствии с выделенными в предыдущем пункте допустимыми искажениями, приходящимися на каждое фильтрующее звено,

предельно допустимые значения проводимостей gэкв коллекторных цепей в этих звеньях. Решение осуществить с помощью соотношения (39) для частоты f=fв0,7, найденной в ходе вычислений по п.1.

10.Вычислить предельно допустимые значения сопротивлений R*к, стоящих в коллекторных цепях рассматриваемых каскадов и выступающих в

роли основных элементов общей проводимости gэкв. Вычисления для каждого (N-гo) каскада осуществить в соответствии с вытекающей из (42) формулой

1/R*к=gэкв-gвыхN-gвх(N+1).

Обычно значение сопротивления R*к оказывается меньше, чем сопротивление Rк, требуемое из условия обеспечения режима работы последующего каскада на постоянном токе. В этом случае сопротивление Rк реализуют с помощью двух последовательно включенных сопротивлений R*к и R*к2, удовлетворяющих условию R*к+R*к2=Rк. При этом для того, чтобы в роли нагрузки выступал только резистор R*к, в состав схемы вводят дополнительный блокирующий конденсатор Сб, как показано на рис.23.

10*. Оценить значения амплитуд сигнальных токов, наблю-даемых в коллекторно-эмиттерных цепях эмиттерно связанных транзисторов, для схем рис.6 и рис.20 в случаях их использования в оконечных звеньях тракта. Оценку осуществить по формуле

IM=UMgэкв.

Сопоставить найденное значение IM с ранее выбранным на этапе III током Iк0. Учесть, что работа указанных схем основана на перераспределении под действием входного

37

сигнала токов Iк01 и Iк02. В связи с этим при организации схем необходимо выполнить условие Iк01=Iк02≥IM. Если указанное соотношение не выполняется, следует увеличить начальное значение тока Iк0 путем уменьшения сопротивления резистора Rэ.

Организация конфигурации схемы для обеспечения ее работы на переменном токе (этап VIII)

Разрабатываемый усилительный тракт относится к таким, у которых основная часть выполнена по схеме с непосредственными межкаскадными связами. При этом типе межкаскадных связей входной зажим последующего каскада эквипотенциален с выходным предшествующего, как на постоянном, так и на переменном токе. Схемы рис.5...7 и рис.19...21 являются примерами таких построений.

К достоинствам непосредственных межкаскадных связей следует отнести простоту их реализации, а также возможность стабилизации режимов работы на постоянном токе усилительного тракта в целом за счет охвата этого тракта общей петлей отрицательной обратной связи. Но при этом построение сквозного тракта как УПТ связано с трудно преодолимым противоречием между необходимостью обеспечения высокого усиления, с одной стороны, и – малого влияния факторов, вызывающих отклонения режимов работы от номинальных, – с другой. Это противоречие довольно просто преодолимо при построении тракта как усилителя переменных сигналов.

Под переменными сигналами понимаются такие, которые имеют относительно большие скорости изменения или малое время существования и не содержат постоянных составляющих. Усилители переменных сигналов, в отличие от усилителей постоянного тока, не способны воспроизводить сколь угодно медленно изменяющиеся сигналы, например импульсы большой длительности. В усилителях таких сигналов допустимо использование на пути распространения сигнальных токов и напряжений разделительных конденсаторов Ср. Кроме того, в них могут применяться блокировочные конденсаторы Cб, исключающие влияние на распределение сигнальных потенциалов участков цепи, эашунтированных этими конденсаторами. Таким образом, под усилителями переменных сигналов понимаются такие, в схемах которых применены разделительные и блокировочные конденсаторы. При составлении эквивалентных схем для переменного тока эти конденсаторы заменяются короткими замыканиями.

Синтез схемы каскада переменного сигнала осуществляется в несколько этапов. В ходе выполнения первых иэ них проводится выбор его структуры и номиналов элементов с точки зрения обеспечения заданного режима работы на постоянном токе (этапы II...V). При этом, независимо от предполагаемой схемы включения транзистора по переменному току, за основу принимается схема рис.4. На следующем (рассматриваемом) этапе VIII в схему вводятся разделительные и блокировочные конденсаторы, с помощью которых формируется требуемая схема включения транзистора на переменном токе. Способы подключения блокировочных конденсаторов при организации схем ОЭ, ОК и ОБ иллюстрирует рис.24. При этом, в ряде случаев для повышения стабильности и определенности свойств каскада ОЭ на переменном токе в эмиттерную цепь его транзистора включают дополнительное сопротивление Rf (на рис.24, а сопротивление Rf нанесено пунктирной линией).

38

На низких частотах выполнить условие пренебрежимо малого значения сопротивлений конденсаторов Ср и Сб не удается, в результате чего в каскаде возникают низкочастотные искажения, а при прохождении прямоугольного импульса большой длительности происходит спад вершины импульса, возникающий вследствие того, что каскад не способен передавать постоянные напряжения. Для снижения этих искажений требуется увеличение емкостей конденсаторов Ср и Сб, что не всегда выполнимо по конструктивным и экономическим соображениям. Поэтому номиналы емкостей этих конденсаторов выбирают исходя из предельно допустимых частотных или переходных искажений.

Определение значений емкостей разделительных и блокировочных конденсаторов (этап IX)

Рассмотрим основные соотношения, с помощью которых осуществляют выбор значения емкостей конденсаторов Ср и Сб. В основу этих соотношений положена взаимозависимость между спадами εр и εб переходной характеристики разделительной и блокировочной цепи со значениями емкости конденсатора Ср и Сб соответственно.

Конденсатор Ср объединяет на переменном токе два зажима многополюсной цепи, разделяя их на постоянном (делает вэаимонезависимыми постоянные потенциалы этих полюсов). Эквивалентная схема сигнальной цепи, содержащей разделительный конденсатор, приведена на рис.25. При этом рис.25,а соответствует случаю, когда сигнальные изменения представлены с помощью генератора тока, а рис.25,б – с помощью генератора напряжения. Оба представления взаимно эквивалентны.

Рассмотрение передаточных свойств этой цепи рис.25 на участке 1-2 в частотной области показывает, что нормированная амплитудно-частотная характеристика этой разделительной цепи определяется соотношением:

39

где τр=Ср(R1+R2) – постоянная времени разделительной цепи. На основании (44) можно сформулировать требование к значению емкости конденсатора Ср, при которой на нижней граничной частоте fн спад нормированной амплитудночастотной характеристики (НАЧХ) не превосходил бы εн, где εн=1-Mр:

Конденсаторы Cб в области низких частот не могут оказать достаточного блокирующего действия, в результате чего цепь заземления общего провода транзистора не имеет нулевого сопротивления и схемы ОЭ, ОК и ОБ выступают в роли схем рис.12, т.е. каскадов ОЭf, OKf и ОБf. В них Zf =jωCб||Rf = Rf(1+jωτб), где Rf – резистивное сопротивление внешней по отношению к транзистору цепи, шунтируемой конденсатором Cб; τб=CбRf – постоянная времени блокирующей цепи. Для схемы ОЭf (рис.12,a) Rf=Rэ, для OKf (рис. 12,б) Rf=Rк. Для OБf (рис. 12,в) Rf=Rдел, где Rдел=R1||R2.

Вследствие ненулевого значения сопротивления Zf в области низких частот коэффициенты усиления каскадов (cм рис.24) меньше номинальных (К0), и НАЧХ M(f) имеет дополнительный спад

вследствие чего наиболее заметно рассматриваемые процессы проявляются в схеме ОЭ, в меньшей степени в – схеме ОБ и практически незаметны при включении ОК. Поэтому выбор номиналов блокирующих конденсаторов на основании допустимых значений ее осуществляют только при построении схем ОЭ и ОБ. Соотношения для выбора значения емкости конденсатора Сб по допустимым частотным искажениям на частоте f, оцениваемым параметром εб, вытекают из (46). При этом для включений ОЭ

для включения ОБ

40