Задача 3
Задача 2
Задача 1
Примеры задач до темы лекции 11
Вопросы для самопроверки
1. Какие методы применяют для расширения полосы
усиливаемых каскадом частот?
2. Нарисуйте схему каскодную и поясните принцип её работы.
3. Нарисуйте принципиальную схему каскада с низкочастотной коррекцией и поясните принцип её действия.
4. Нарисуйте принципиальную схему широкополосного каскада с параллельной высокочастотной коррекцией индуктивностью и поясните
принцип её действия.
5. Нарисуйте принципиальную схему низкочастотной коррекции обратной связи и поясните принцип её действия.
6. Нарисуйте принципиальную схему транзисторного широкополосного каскада с эмиттерной коррекцией и поясните принцип её действия.
7. Зависит ли площадь усиления широкополосного
транзисторного каскада от сопротивления коллекторной нагрузки и почему?
8. Приведите способы уменьшения эффекта Миллера?
9 Какой вид имеет семейство нормированных частотных характеристик в
области низших частот для каскада с низкочастотной коррекцией и при
каком условии схема имеет наилучшую частотную характеристику?
10 Какой вид имеет семейство нормированных переходных характеристик в
области больших времен каскада с коррекцией цепочкой Сф Rф ?
Напишите условие, при котором начало переходной характеристики в
области больших времен параллельно горизонтальной оси.
11 При каком условии каскад с параллельной высокочастотной коррекцией
индуктивностью имеет наилучшую частотную характеристику без
подъема и при каких условиях переходная характеристика в области
малых времен не имеет выброса?
12 Что называют критическим выбросом и чему он равен для схемы
параллельной высокочастотной коррекцией индуктивностью?
13 Какие достоинства и недостатки имеет схема с параллельно – последова-
тельной (сложной) высокочастотной коррекцией индуктивностью? При
каких условиях эта схема дает наибольший эффект?
14 Нарисуйте каскодную схему с транзисторами и назовите ее основные
достоинства и область применения.
Определите площадь усиления резисторного каскада на биполярном транзисторе, если коэффициент усиления усилителя
Кср = 100, верхняя граничная частота усиления равна fгр.в.= 14 кГц.
Решение: Площадь усиления каскада равна
П = Кср· fгр.в,
П = 100 · 14· 103 = 1400· 103.
Рассчитаем данные широкополосного каскада (рисунок 1.74) с
низкочастотной корректирующей цепочкой RфСф, работающего на высокоомную нагрузку (Rг >R<Rн) и имеющего R = 1000 Ом, RН=106 Ом, допустимое падение
напряжения на Rф, равное Uф=6 В, и постоянную составляющую тока выходной цепи Iо=3 мА. Относительное усиление каскада Ун на низшей частоте fн = 20 Гц должно быть равно 1,12 (подъем в 1 дБ).
Решение:
1 Определим Rф и необходимый коэффициент низкочастотной коррекции b:
Rф = Uф / Iо,
Rф = 6 /3 10-3 = 2000 Ом,
b = R / Rф,
b = 1000 /2000 = 0,5
Если каскад предназначен для усиления гармонических сигналов, то
воспользуемся при его расчете семейством нормированных частотных характеристик для b = 0,5, приведенных на рисунок 1.81,а. Для того чтобы получить наилучшую результирующую характеристику, выберем на этом семействе характеристику с максимальным подъёмом в 1,2—1,5 раза больше заданного; такая характеристика соответствует m=0,9. По этой характеристике определим, что Yн=1,12 имеет место при Х=2,1, откуда найдем необходимые значения С и Сф:
С = Х / 6,28· f· Rн,
С = 2,1 / 6,28 ·20· 106 = 0,0167·10-6 Ф = 0,0167 мкФ≈0,02 мкФ;
Сф = m·С·Rн / R = m ·Х / 6,28· fн ·R,
Сф = 0,9· 2,1 / 6,28· 20· 1000 = 0,015 ·10-3 = 15 мкФ
Резистор Rф, через который протекает ток 3 мА, должен быть взят на мощность 0,12 Вт, а рассчитанные конденсаторы — на рабочее напряжение не менее напряжения питания каскада Е. Вследствие округления рассчитанных значений емкостей и резисторов до стандартных частотная характеристика каскада на нижних частотах несколько изменится. Но так как выбранная характеристика для m = 0,9 имеет подъем больше заданного в условии задачи, при наладке каскада характеристику легко привести к заданной небольшим изменением резистора RH (или резистора утечки сетки Rg в случае работы на входную цепь следующей лампы). Увеличивая Rн, можно увеличить подъем частотной характеристики каскада на низшей частоте, а уменьшая Rн уменьшить его.
Если же каскад предназначен для усиления импульсных сигналов с наибольшей длительностью τи.макс=10-8 с при изменении амплитуды вершины ±3%, то для расчета следует воспользоваться семейством нормированных
переходных характеристик, изображенных на рисунок 1.81,б. Вначале надо выбрать кривую, при которой получается подъем 3% (yмакс=1,03); из рисунка видим, что она соответствует m=0,8. По этой кривой находим х=0,82, соответствующее уменьшению амплитуды на 3% (yт=0,97), и определяем необходимые значения С и Сф:
С = τи.макс /х· Rн,
С = 10-3 / 0,82 106 = 1,22 10-9 Ф,
Сф = m ·τи.макс /х· Rн,
Сф = 0,8· 10-3 / 0,82· 103 = 1· 10-6 Ф.
При отклонении спада или подъема.плоской вершины от расчетных значений вследствие неточностей расчета и допусков на детали их можно подогнать под расчетные небольшим изменением Rm.
Рисунок 1.81 - Семейство нормированных частотных (а) и переходных (б) характеристик каскада с низкочастотной коррекцией цепочкой СфRф
Рассчитаем данные широкополосного транзисторного каскада с параллельной высокочастотной коррекцией индуктивностью (рисунок 1.73), имеющего
частотную характеристику с наибольшим подъемом Умакс = 1,1 на частоте
fB=5-106 Гц и амплитуду выходного сигнала Uвых m = ±25 В; каскад работает на модулятор кинескопа, имеющего Сн = 4 пФ.
Решение:
1 Если входную емкость высокочастотного транзистора, который будет
использован в каскаде, ориентировочно принять равной 4 пФ, а емкость монтажа
6 пФ, то емкость, нагружающая каскад, окажется равной сумме:
С0= Свых+ См+Сн = 4 + 6 + 4 = 14 пФ.
2 По графикам рисунок 1.82, а найдем, что характеристика, имеющая Yмакс = 1,1, соответствует а = 0,6; по этой характеристике находим, что Yмакс = 1,1 имеет место при Х=0,8, тогда необходимое значение
R = Х / 6.28· fв·Cо,
R = 0,8 / 6,28 5 106 14 10-12 = 1800 Ом,
3 Для получения на таком сопротивлении Um макс =±25 В необходимая амплитуда тока сигнала в выходной (коллекторной) цепи
I вых.m = Umмакс / R,
I вых.m = 25/1800=13,9 • 10-3 А.
4 Тогда ток покоя цепи коллектора потребуется порядка
I ко ≈ 1,1 I вых. m,
I ко ≈ 1.1 13,9 10-3 ≈ 0,016 А.
5 Выбираем для рассчитываемого каскада высокочастотный транзистор,
который обеспечит и такой ток покоя, и заданную амплитуду выходного
напряжения. Этим требованиям удовлетворяет транзистор типа КТ602А, имеющий h21э мин =20, h21э макс =80; I0кмакс = 75 мА; Uкэ макс = 100 В; Р кмакс = 0,85 Вт; fТ=150 МГц; Ск=4 пФ.
6 По выходным характеристикам транзистора для максимального значения тока
I кмакс = I ок + I вых. m,
I кмакс = 16 ·10 -3 + 13,9· 10-3 = 30 ·10 -3 А.
Определяем остаточное напряжение Uост = 10 В и, взяв запас по напряжению U'ост =5 В,
7 Найдем напряжение покоя между выходными электродами транзистора, обеспечивающее заданное напряжение выходного сигнала:
U0= Uост + Uвых m + U'ост,
U0 = 10+25+5=40 В.
8 Так как мощность, выделяемая в транзисторе,
Рт = U0 ·I ко,
Рт = 40 16 10-3 = 0,64 Вт
Радиатор для транзистора не обязателен.
9 Необходимое напряжение питания каскада при падении напряжения на резисторе эмиттерной стабилизации Uэ = 5 В будет
E = U0+Uэ+ Iок R,
Е = 40+16 ·10-3+5 ≈ 74 В.
10 Требуемая индуктивность корректирующего дросселя определится выражением
L= a· C0 ·R2
L =0,6·14· 10-12 ·18002 =27 мкГн.
Так как емкость монтажа известна лишь приближенно, для подгонки
частотной характеристики каскада к расчетной дроссель следует снабдить
подстроечным сердечником,, позволяющим изменять его, индуктивность на ±10… 15%.
Если же каскад предназначен для усиления импульсных сигналов обеих полярностей с Uвыхm=25 В при времени установления τy=2·10-8 с и критическом выбросе (бкр=1%), то для расчета каскада воспользуемся рисунок 1.82,в. В начале по кривым этого рисунка для δ=1% находим ху= 1,31 и а=0,35, затем рассчитываем элементы схемы каскада:
R = τy / ху ·Со,
R = 2 10-8 / 1,31 14 10-12≈ 1100 Ом,
L = а· Со ·R2,
L = 0,35· 14 ·10-12 ·11002 =5,9 10-6 Гн.
174
а - семейство нормированных частотных характеристик;
б - семейство нормированных переходных характеристик;
в – зависимость ху, Yмакс, δ от а
Рисунок 1.82 - Параллельная высокочастотная коррекция индуктивностью
1 Рассчитаем данные широкополосного каскада (рисунок 1.74) с
низкочастотной корректирующей цепочкой RфСф, работающего на высокоомную нагрузку (Rг >R<Rн) и имеющего R = 2000 Ом, RН=106 Ом, допустимое падение
напряжения на Rф, равное Uф=10 В, и постоянную составляющую тока выходной цепи Iо=5мА. Относительное усиление каскада Ун на низшей частоте fн = 15 Гц должно быть равно 1,15 (подъем в 2 дБ).
2 Рассчитаем данные широкополосного транзисторного каскада с параллельной высокочастотной коррекцией индуктивностью (рисунок 1.73), имеющего
частотную характеристику с наибольшим подъемом Умакс = 1,3 на частоте
fB=8-106 Гц и амплитуду выходного сигнала Uвых m = ±20 В; каскад работает на модулятор кинескопа, имеющего Сн = 6 пФ.
3 Определите площадь усиления резисторного каскада на биполярном транзисторе, если коэффициент усиления усилителя Кср = 100, верхняя граничная частота усиления равна fгр.в.= 14 кГ