Зная  ток и напряжение в рабочей  точке, потенциал базы относительно земли находится так:

                           Uб = Uбэ+(0.1¸0.3)Еп                            (19)

Uб = 6+0,3*12=9,6 В

     Базовый делитель рассчитывается из условия: Iд = 10Iбо, а величины Rб1 и Rб2 определяются из выражения (14). Сопротивления в цепи базы не должны заметно шунтировать вход транзистора для усиливаемых сигналов. Поэтому:

                                  , 

где Rвх - входное сопротивление биполярного транзистора.

                  (20)

     Данное  условие не выполняется, поэтому  значения R_Б1 и R_Б2 выберем самостоятельно. Пусть R_Б1=915 кОм и R_Б2=110 кОм.

     Далее необходимо определить сопротивление  в цепи коллектора. Величину этого  сопротивления можно найти, зная требуемый коэффициент усиления по напряжению для данного каскада. Эта величина определяется на предыдущих этапах расчета ПУ.

                             Kv =h21э Rк/Rвх                                      (21)

Kv =75∙2,5∙10³/30,76∙10³=0,61

     Тогда относительный коэффициент усиления каскада на максимальной частоте  рабочего диапазона ПУ находится  из выражения:

                                                     (22) 

     Здесь (К/Ко)i - относительный коэффициент передачи по напряжению на максимальной частоте рабочего диапазона ПУ для рассчитываемого каскада.

     Эквивалентное сопротивление (Rэкв) представляет собой  параллельное включение сопротивлений:

              Rэкв = Ri // Rк // Rд сл. // Rвх сл.                 (24)

     Здесь Ri -выходное сопротивление усилительного каскада на биполярном транзисторе. Это сопротивление, как правило, значительно больше Rк. Поэтому:         Rэкв. @ Rк // Rусл // Rвх.сл., где Rвх.сл. - входное сопротивление транзистора следующего каскада, а Rусл = Rб1//Rб2=98,19 кОм -сопротивление базового делителя того же транзистора.

Rэкв. @2,26 кОм

Величина  динамической емкости Со определяется следующим образом:

             (23)

     Величины, входящие в выражение (23) имеют следующий  смысл: fГ - граничная частота рабочего диапазона транзистора, рисунок 6; Ск, Кv -емкость коллекторного перехода и коэффициент усиления по напряжению следующего каскада.

      Выражение (22) будет определять частотные искажения, вносимые усилительным каскадом на максимальной частоте, т.е. относительный коэффициент  усиления не должен быть меньше заданного. В противном случае не будут выдержаны  требования по частотным искажениям, вносимым  ПУ в целом.

      Так как ПУ работает в широком диапазоне  частот, то для обеспечения допустимой неравномерности коэффициента усиления вводится эмиттерная коррекция (рисунок 5, элементы Rэ, Сэ). Расчет элементов коррекции проводится следующим образом.

            Определяется требуемая верхняя  частота среза, при заданной  неравномерности частотной характеристики:

                                                              (25)    

МГц

     Затем определяется необходимая глубина  обратной связи для расширения полосы частот до необходимой величины:

                                 , ,                        

                                              

     Здесь коэффициент    ξ    учитывает  влияние динамической емкости, которая  определяется из выражения (23).

                                              

 кГц

кГц

Корректирующее  сопротивление в цепи эмиттера определяется так:

                                        (26)  

Здесь R_г = R_{к пред} // R_{д пред} // R_{вых пред}, при расчетах можно полагать, что это сопротивление близко к выходному сопротивлению предыдущего каскада.

R_Г=2,5 кОм

 Ом

      Величина  корректирующей емкости находится  из выражения:           

                                                                          (27)

пФ

4.3 Расчет входного  каскада предварительного усилителя

 

      В ПУ первый каскад выполняется на полевом  транзисторе. Это позволяет получить малый уровень собственных шумов  и высокое входное сопротивление, которое включается параллельно  Rн передающей трубки. Выше указывалось, что входная емкость ПУ должна быть по возможности минимальной. При включении полевого транзистора по схеме с общим истоком его входная емкость будет:

                                                              (29)

     Здесь Сзи - емкость перехода затвор-исток; Спр - проходная емкость (затвор-сток); Кv- коэффициент усиления каскада по напряжению.

      При этом емкость Сп может быть значительной. Кроме того, возможно самовозбуждение  каскада, из-за обратной связи через  проходную емкость. При включении полевого транзистора по схеме с общим стоком, входная емкость будет небольшой, но возрастает значение шумового сопротивления Rш. Отмеченные недостатки устраняются в каскадной схеме, рисунок 7.

     Здесь нагрузкой полевого транзистора  является входное сопротивление  каскада на биполярном транзисторе, включенного по схеме с общей  базой. Это сопротивление весьма мало и составляет единицы Ом.

      Поэтому величина коэффициента усиления по напряжению полевого транзистора будет ничтожно малой:

      S_ПТ=10 мА/В.

                                           

 Ом

     Следовательно, входная емкость каскада (29) будет  определяться так: Сп@Сзи+Спр.

     Из-за малого сопротивления нагрузки полевого транзистора на его стоке переменное напряжение будет на несколько порядков меньше, чем в обычной схеме, что  снижает опасность самовозбуждения  через проходную емкость. С другой стороны, ток коллектора второго  транзистора будет почти равен  току эмиттера:

                                  Iк = Iэ h21э/(1+h21э)

Iк = 6∙10^-3∙ 75/(1+75)=5,92 мА

Следовательно, коэффициент усиления по напряжению каскадной схемы будет равен 

                                       Кк.с. = Sп.тRк                              (30)

                                       Кк.с. = 10∙10^-3∙2,5∙10³=25                             

     При расчете следует, как и прежде, выбрать рабочую точку полевого и биполярного транзисторов. В  данном случае величина входного сигнала  очень маленькая, поэтому нелинейность входного сигнала и выходных характеристик  транзисторов большой роли не играет. Следует выбирать I_Ко = I_Со = (2-4)(мА); Uкэ = Uси  ≥  (2-5)(В) (возьмем I_Ко = I_Со = 4 мА, Uкэ = Uси=10 В);  , а напряжение питания распределяется между транзисторами поровну. По входным характеристикам полевого транзистора выбирают I_Со, Uзи0 , а по выходным Uси0.

I_Со=4 мА, Uзи0=-0,8 В, Uси0=10 В.

     В нашем случае UЗИо < 0, значит следует подать отрицательное смещение на затвор. Если подать на исток некоторый положительный потенциал, то затвор окажется под отрицательным напряжением (относительно истока). Это можно сделать, поставив в цепь истока сопротивление

 Rи  ≠ 0.

                                Rи = U_ЗИ0 / I_СИ0                              (31)

Rи = 0,8 / 4∙10^-3=200 Ом

     Сопротивление истока (Rи) следует зашунтировать емкостью Си, чтобы не было частотно-зависимой обратной связи

                                             

С_И=318,47 мкФ

     Для заданных частотных искажений в  каскодной схеме из выражения (31) определяется величина нагрузочного сопротивления  в цепи коллектора Rк.

     Из  входных и выходных характеристик  биполярного транзистора находим  рабочую точку, т.е. I_Б0=0,2 мА ,Uбэ=0,6 В ,I_К0=50 мА,Uкэ=0,15 В. Тогда потенциал базы транзистора относительно земли будет выражаться так:

Uб = Uбэ + En /2 = Uбэ + Еси =0,6+10/2=5,6 В

Сопротивления делителя базы транзистора находятся  из следующих выражений:

                                                    (32)

где  ε = (4-5). Сопротивление шунтируется  емкостью С1, величина которой определяется так:

Практически эта емкость равна (10-20) пФ. С₁=20 пФ.

 4.4 Коррекция частотных искажений входной цепи

 

      Существует  несколько способов коррекции частотных  искажений входной цепи предварительного усилителя. Наиболее часто это осуществляется с помощью частотно - зависимого делителя, рисунок 8. Для низких частот сопротивление емкостей  С1 и С2 велико, коэффициент передачи делителя определяется соотношением сопротивлений:

                                       R2/(R1+R2)

     На  высоких частотах коэффициент передачи будет определяться соотношением емкостей и при условии, что С1 = С2 равен -0.5 .

      Условием  коррекции искажений нагрузочной  цепи ПТ является равенство RнСн = R1С1, тогда соотношение сопротивлений делителя находится из выражения :

                                               (33)                                                                       

при условии, что С1 = С2 .

R1=50∙10³∙21∙10^-12/20∙10^-12=52,5 кОм

Следует учесть, что величина емкости С2 обычно выбирается равной динамической входной  емкости биполярного транзистора  следующего каскада.