Проектирование аналоговых устройств (стр. 5 из 7)

При наличии в каскаде ООС следует в последнем выражении брать

вместо .

4.6 Особенности расчета выходного фазоинверсного каскада

Схема одного из наиболее часто используемых фазоинверсных каскадов приведена на рис.4.4.

Выбор транзистора, расчет координат рабочей точки и цепей питания проводится для каждой половины каскада аналогично каскаду с ОЭ. При расчете цепей питания следует учесть, что через

будет протекать удвоенный ток покоя транзисторов VT1 и VT2 и, следовательно, номинал резистора в схеме фазоинверсного каскада уменьшается вдвое по сравнению с расчетом каскада с ОЭ.

При рассмотрении, например, левой половины фазоинверсного каскада видно, что в цепь эмиттера транзистора VT1 включено

и параллельно ему входное сопротивление транзистора VT2, включенного с ОБ, .

Обычно

, поэтому можно подставить вместо в выражении (4.5) :

Следовательно, можно считать, что в фазоинверсном каскаде присутствует последовательная ООС по току с глубиной, равной двум. Поэтому все дальнейшие расчеты следует проводить аналогично разделу 4.4 в

предположении, что глубина ООС равна двум. Если необходимо ввести ООС большей глубины, то следует включить резистор

(см. рис.3.3) и расчет вести аналогично разделу 4.5, не забывая о существовании ООС с глубиной, равной двум.

4.7 Оценка нелинейных искажений

Обычно для оценки нелинейных искажений (НИ) используются графические методы [1,2]. Однако для случая малых нелинейностей (

) существуют и аналитические методы расчета уровня НИ (обычно коэффициента гармоник ) [5].

Суммарный коэффициент гармоник равен

,

где

и соответственно коэффициенты гармоник по второй и третьей гармоническим составляющим (составляющими более высокого порядка в большинстве случаев можно пренебречь ввиду их малости).

Коэффициенты гармоник

и определяются из следующих выражений:

где

- входное напряжение сигнала;

- температурный потенциал, =25,6×10 В;

В - фактор связи (петлевое усиление).

Фактор связи рассчитывается следующим образом:

Если в каскаде отсутствует ООС, то в последнем выражении следует положить

5 РАСЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ

5.1 Расчет промежуточных каскадов

Исходными данными для проектирования промежуточного каскада являются:

¨ требуемый коэффициент усиления

;

¨ максимально допустимый коэффициент частотных искажений

;

¨ максимальное выходное напряжение сигнала

;

¨ величина и характер нагрузки.

При выборе типа транзистора предварительных каскадов следует использовать рекомендации, приведенные в подразделе 4.1.

Оценим значение

:

где

- максимальное выходное напряжение следующего каскада;

- коэффициент усиления следующего каскада.

Нагрузкой промежуточных каскадов являются входное сопротивление

и входная динамическая емкость следующего каскада.

В большинстве случаев требуемые предельные значения

и , определенные по соотношениям, приведенным в подразделе 4.1, оказываются значительно меньше аналогичных справочных значений для маломощных транзисторов, что указывает на малосигнальный режим работы каскада. В этом случае основным критерием выбора транзистора являются

и тип проводимости. Схема промежуточного каскада с ОЭ приведена на рисунке 5.1.

При расчете требуемого режима транзисторов промежуточных каскадов по постоянному току следует ориентироваться на соотношения, приведенные в подразделе 4.2. Однако при малосигнальном режиме следует ориентироваться на тот режим транзистора, при котором приводятся его основные справочные данные (обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов

и ).

Расчет цепей питания и термостабилизации проводится по соотношениям, приведенным в подразделе 4.4. Обычно напряжение источника питания

для промежуточных каскадов, рассчитанное по соотношению (4.2), получается меньше, чем для оконечного каскада. Чтобы питать все каскады усилителя от одного источника питания, промежуточные каскады следует подключать к нему через фильтрующую цепь , служащую кроме того для устранения паразитной ОС через источник питания.

При параллельном включении фильтрующей цепи ее номиналы определяются из следующих соотношений:

где

напряжение источника питания оконечного каскада, для ИУ , - длительность импульса. Здесь предполагается, что с целью улучшения развязки по питанию цепь базового делителя включена после фильтрующей цепи.

Требуемое значение номинала

можно определить через значение эквивалентного сопротивления , которое в свою очередь можно определить из соотношения (4.5).

Расчет промежуточных каскадов в области ВЧ (МВ) в принципе не отличается от расчета оконечного каскада, включая и критерии выбора цепи ООС. При использовании соотношений, приведенных в подразделе 4.5, следует заменять

и соответственно на и следующего каскада.

В ситуации, когда

последующего каскада относительно велика (сотни пикофарад - единицы нанофарад), с целью уменьшения ее влияния на рассчитываемого каскада возможно применение каскада с ОК. Вариант схемы предоконечного каскада с ОК и непосредственной межкаскадной связью приведен на рис.5.2.

Резистор

рассчитывается из условия обеспечения режима транзистора VT2 аналогично резистору базового делителя (см. подраздел 4.4) с учетом того, что роль тока делителя здесь играет ток покоя транзистора VT1. При оценке термонестабильности VT2 следует учесть то обстоятельство, что уход тока коллектора (и тока эмиттера) транзистора VT1 будет в раз усилен транзистором VT2, поэтому термостабилизация предоконечного каскада должна быть достаточно жесткой. При расчете коэффициентов термостабилизации для оконечного каскада (см. подраздел 4.4) следует полагать , т.е. сопротивление транзистора VT1 со стороны эмиттера.