Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на полевых транзисторах
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 | 2,02 | 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
Перельман Б.Л. Новые транзисторы: Справочник. – М.: Солон, 1996.
Петухов В.М. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности и их зарубежные аналоги: Справочник. – М.: КУБК-а, 1997.
Полевые транзисторы: Справочник. – Faber. STM. Publications, 1997.
Шварц Н.З. Усилители СВЧ на полевых транзисторах. – М.: Радио и связь, 1987.
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.
Мамонкин И.Г. Усилительные устройства: Учебное пособие для вузов. – М.: Связь, 1977.
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.
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.
Широкополосные радиопередающие устройства / Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А. / Под ред. О.В. Алексеева. – М.: Связь, 1978.
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.
Шварц Н.З. Линейные транзисторные усилители СВЧ. – М.: Сов. радио, 1980.
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.
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.
Титов А.А. Расчет диссипативной межкаскадной корректирующей цепи широкополосного усилителя мощности // Радиотехника. - 1989. - №2. - С.88-90.
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.