5. Расчет характеристик каскада в области нижних частот (или больших времен)

Расчет характеристик каскада в области нижних частот (или больших времен) следует производить после расчетов всех каскадов усилителя, так как уже рассчитаны значения входного и входного сопротивлений усилительных каскадов.

Нижняя граничная частота (либо спад плоской вершины импульса) усилителя определяется влиянием разделительных и блокировочных емкостей конденсаторов.

Требуемое значение постоянной времени для разделительных и блокировочных цепей i-го каскада усилителя определяется из следующих соотношений:

(для УГС) ;

(для УИС),

где и — доля частотных искажений в области НЧ и спада плоской вершины импульса, распределенных на разделительные и блокировочные цепи; — длительность импульса.

Номинал разделительных емкостей можно определить из соотношения:

где — эквивалентное сопротивление, стоящее слева от разделительного конденсатора;

— эквивалентное сопротивление, стоящее справа от разделительного конденсатора.

При определении емкости разделительного конденсатора между выходным каскадом и нагрузкой за сопротивление следует принять выходного каскада для схемы с ОЭ,

а за сопротивление — заданное сопротивление нагрузки .

Для выбора разделительного емкости конденсатора между промежуточными каскадами следует руководствоваться тем, что за сопротивление следует принять предыдущего каскада,

а за сопротивление — входное сопротивление следующего каскада .

Если необходимо определить емкость разделительного конденсатора между входным каскадом и сопротивлением источника, то за сопротивление

следует принять сопротивление источника сигнала , данное в техническом задании,

а за сопротивление — входное сопротивление входного каскада.

Номинал блокировочных емкостей в цепях эмиттеров приближенно определяются как:

При наличии в рассчитываемых каскадах ООС следует в последних выражениях подставлять значения и c учетом влияния на них ООС.

Возможно использование фильтрующей цепи для коррекции спада плоской вершины импульса.

При этом рекомендуется брать ,

подъем вершины импульса (не более 20%) можно определить из соотношения:

.

При наличии в каскаде НЧ коррекции следует избегать применения коллекторной (коллекторно-эмиттерной) схемы термостабилизации из-за возможного снижения эффекта коррекции (вследствие влияния параллельной ООС по напряжению, действующей при этом в каскаде).

Влияние разделительных и блокировочных емкостей конденсаторов на коэффициент частотных искажений в области НЧ i-го каскада усилителя определяется отдельно,

а затем, используя принцип суперпозиции, находится общий коэффициент частотных искажений в области НЧ усилителя:

, дБ,

где N — число цепей формирующих АЧХ в области НЧ.

Связь коэффициента частотных искажений M_н и нижней граничной частотой f_н усилителя выражается как:

.

В случае применения одинаковых каскадов в n-каскадном усилителе полоса рабочих частот сужается, поэтому нижние граничные частоты каскадов необходимо корректировать путем уменьшения нижней граничной частоты каскадов до значения равного:

.

Расчет характеристик выходного каскада в области нижних частот, приведенный в данном параграфе, справедлив для других i-х каскадов.

Для расширения полосы пропускания в области верхних частот можно осуществить коррекцию, заключающуюся в подключении последовательно с сопротивлением R_к корректирующей индуктивности L_к.

При необходимости обеспечения согласования сопротивления нагрузки R_н и выходного сопротивления выходного каскада,

сопротивление в цепи коллектора каскада выбирают, равным сопротивлению нагрузки R_к=R_н.

Для согласования с коаксиальным кабелем, имеющим волновое сопротивление , коллекторное сопротивление в схеме каскада с ОЭ выбирают R_к=. В последнем случае сопротивление нагрузки будет определяться, как:

.

Для облегчения согласования нагрузки, подключаемой через коаксиальный кабель к выходу каскада, удобно применять в качестве выходного каскада схему каскада с общим коллектором (ОК), называемого еще схемой эмиттерного повторителя.

Наилучшие условия передачи сигнала по кабельным линиям достигаются при согласовании линии на обоих ее концах.

Это означает, что выходное сопротивление каскада, сопротивление нагрузки и волновое сопротивление кабеля должны быть одинаковыми

R_вых= R_н=.

Если выходное сопротивление каскада меньше волнового сопротивления кабеля, то последовательно с кабелем включают дополнительное сопротивление

R_доп= R_вых –.

При работе в режиме А разделительный конденсатор можно не применять, так как это приводит к снижению КПД каскада.

В случае возможного отключения кабеля от каскада не будет нарушения работы каскада по постоянному току. Значение сопротивления в цепи эмиттера выбирают

R_э=(20…30),

при этом сопротивление нагрузки по переменному току будет равно

R_н= R_доп +.

В случае, если длина кабеля достаточно большая (порядка несколько сотен метров), то достаточно выполнить согласование только на его дальнем конце, взяв R_н= и убрав из схемы сопротивление R_доп.

При этом сопротивление нагрузки по переменному току примет значение

R_н= .