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 С_ф R_ф ?

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.

Задача 1

Определите площадь усиления резисторного каскада на биполярном транзисторе, если коэффициент усиления усилителя

Кср = 100, верхняя граничная частота усиления равна f_гр.в.= 14 кГц.

Решение: Площадь усиления каскада равна

П = Кср· f_гр.в,

П = 100 · 14· 10³ = 1400· 10³.

Задача 2

Рассчитаем данные широкополосного каскада (рисунок 1.74) с

низкочастотной корректирующей цепочкой R_фС_ф, работающего на высокоомную нагрузку (R_г >R<R_н) и имеющего R = 1000 Ом, R_Н=10⁶ Ом, допустимое падение

напряже­ния на Rф, равное U_ф=6 В, и постоянную составляющую тока выходной цепи I_о=3 мА. Относительное усиление каскада У_н на низшей частоте f_н = 20 Гц должно быть равно 1,12 (подъем в 1 дБ).

Решение:

1 Определим R_ф и необходимый коэффициент низкочастотной коррекции b:

R_ф = U_ф / I_о,

R_ф = 6 /3 10^-3 = 2000 Ом,

b = R / R_ф,

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 Y_н=1,12 имеет место при Х=2,1, откуда найдем необходимые значения С и С_ф:

С = Х / 6,28· f· R_н,

С = 2,1 / 6,28 ·20· 10⁶ = 0,0167·10^-6 Ф = 0,0167 мкФ≈0,02 мкФ;

С_ф = m·С·R_н / R = m ·Х / 6,28· f_н ·R,

С_ф = 0,9· 2,1 / 6,28· 20· 1000 = 0,015 ·10^-3 = 15 мкФ

Резистор R_ф, 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 R_H (или резистора утечки сетки R_g в случае работы на входную цепь следующей лампы). Увеличивая R_н, можно увеличить подъем частотной харак­теристики каскада на низшей частоте, а уменьшая R_н уменьшить его.

Если же каскад предназначен для усиления импульсных сигналов с наибольшей длительностью τ_и.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% (y_макс=1,03); из рисунка видим, что она соответствует m=0,8. По этой кривой находим х=0,82, соответствующее уменьшению амплитуды на 3% (y_т=0,97), и определяем необходимые значения С и Сф:

С = τ_и.макс /х· R_н,

С = 10^-3 / 0,82 10⁶ = 1,22 10^-9 Ф,

С_ф = m ·τ_и.макс /х· R_н,

С_ф = 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 С_фR_ф

Задача 3

Рассчитаем данные широкополосного транзисторного каскада с параллельной высокочастотной коррекцией индуктивностью (рисунок 1.73), имеющего

частот­ную характеристику с наибольшим подъемом У_макс = 1,1 на частоте

f_B=5-10⁶ Гц и амплитуду выходного сигнала U_{вых m} = ±25 В; каскад работает на модулятор кинескопа, имеющего С_н = 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= С_вых+ С_м+С_н = 4 + 6 + 4 = 14 пФ.

2 По графикам рисунок 1.82, а найдем, что характеристика, имеющая Y_макс = 1,1, соответствует а = 0,6; по этой характеристике находим, что Y_макс = 1,1 имеет место при Х=0,8, тогда необходимое значение

R = Х / 6.28· f_в·C_о,

R = 0,8 / 6,28 5 10⁶ 14 10^-12 = 1800 Ом,

3 Для получения на таком сопротивлении U_{m макс} =±25 В необходимая амплитуда тока сигнала в выходной (коллекторной) цепи

I _вых._m = U_mмакс / 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 h_{21э мин} =20, h_{21э макс} =80; I₀к_макс = 75 мА; U_{кэ макс} = 100 В; Р _кмакс = 0,85 Вт; f_Т=150 МГц; С_к=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 U_ост = 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= U_ост + U_{вых m} + U'_ост,

U₀ = 10+25+5=40 В.

8 Так как мощ­ность, выделяемая в транзисторе,

Р_т = U₀ ·I _ко,

Р_т = 40 16 10^-3 = 0,64 Вт

Радиатор для транзисто­ра не обязателен.

9 Необходимое напряжение питания каскада при падении на­пряжения на резисторе эмиттерной стабилизации U_э = 5 В будет

E = U₀+U_э+ I_ок 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 U_выхm=25 В при времени установления τ_y=2·10^-8 с и критиче­ском выбросе (б_кр=1%), то для расчета каскада воспользуемся рисунок 1.82,в. В на­чале по кривым этого рисунка для δ=1% находим х_у= 1,31 и а=0,35, затем рассчитываем элементы схемы каскада:

R = τ_y / х_у ·С_о,

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 х_у, Y_макс, δ от а

Рисунок 1.82 - Параллельная высокочастотная коррекция индуктивностью

Дата добавления: 2014-01-04