Дифференциальный каскад. Дифференциальный усилитель с каскодной схемой. Предлагаемая схема предоконечного каскада, страница 5

В качестве ГСТ будем использовать зеркало тока (РИС.11.). Сопротивление транзистора VT2 со стороны коллектора составляет сотни килоом, а падение напряжения на транзисторе – несколько вольт. Поэтому этот каскад часто используется в качестве ГСТ.

5. Расчет количества каскадов.

В данной работе необходимо реализовать усиление по напряжению К = 1200. Реализовать это усиление в одном каскаде невозможно, приходится прибегать к многокаскадной схеме. Такое усиление можно получить в схеме с двумя дифференциальными каскадами, отведя на каждый каскад усиление в 35 раз. При этом первый дифференциальный каскад будет играть роль входного, а второй – предоконечного каскада. Коэффициент передачи эмиттерного повторителя меньше  единицы, поэтому эмиттерный повторитель не считаем усилительным каскадом. Таким образом в проектируемом усилителе три каскада: эмиттерный повторитель и два дифференциальных каскада.

6. Распределение искажений в усилителе.

На высоких частотах усиление будет падать, т.е. возникают искажения. Они обусловлены влиянием паразитной емкости транзисторов. Задана верхняя частота f_В = 10,5 МГц и искажения на ней M_В = 3 дБ. Считаем, что эмиттерный повторитель не вносит искажений (из-за наличия внутренней отрицательной обратной связи). Таким образом необходимо распределить искажения между двумя дифференциальными каскадами. Проще всего искажения распределить поровну.

Распределяем искажения следующим образом:

Предоконечный каскад     –   1,5 дБ

Входной каскад                  –   1,5 дБ

На низких частотах искажения обусловлены влиянием разделительного конденсатора С_Р. Варьируя его значения можно изменять нижнюю граничную частоту. Для заданной нижней частоты (f_Н = 50 Гц) и заданных искажений (М_Н = 3 дБ), величину разделительного конденсатора вычисляют по формуле (при условии, что С_Р стоит на входе усилителя):

где f_Н – нижняя граничная частота;

M_Н – искажения на нижней частоте;

R_Г – сопротивление источника сигнала;

R_ВХ – входное сопротивление входного каскада.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАСКАДОВ И РЕГУЛЯТОРОВ

1. Расчет выходного каскада (эмиттерный повторитель).

Схема эмиттерного повторителя представлена на рис.12.

Определяем максимальный ток коллектора, который надо получить:

 =  = 3 мА

Определяем постоянный ток:

I₀ = 1.2 = 1.2 ∙ 3∙10^-3 = 3.6 мА

Выбираем транзистор VT1. Необходимо, что бы частота единичного усиления (f_T) транзистора была больше в 20-50 раз, чем верхняя частота (f_В). Подходящим является транзистор КТ363А c параметрами: f_T=1200 МГц; максимальная мощность рассеиваемая на коллекторе Р_К = 150 мВт; максимальный ток коллектора I_km = 30 мА;  емкость коллектора С_К = 2 пФ; постоянная времени цепи обратной связи r’_бС_К = 50 пс; коэффициент усиления тока h_21Э = 20…120.

Вычислим сопротивление базы:

=  =  = 25 Ом

Из-за большого разброса параметра h_21Э, определяем среднегеометрическое:

h_21Э =

Определяем сопротивление эмиттерного перехода:

Ом

где  - тепловой потенциал.

Вычислим сквозную крутизну:

=

Здесь  - пересчитанное во входную цепь сопротивление базы и выходное сопротивление предоконечного каскада.

= 3 кОм – выходное сопротивление предоконечного каскада, предварительный расчет показал, что оно примерно 3 кОм.

Теперь можем посчитать коэффициент передачи эмиттерного повторителя:

Как мы видим K_ЭП меньше единицы.

Входное сопротивление складывается из сопротивления базы и пересчитанных с коэффициентом 1+h_21Э сопротивления r_Э и ρ:

 Ом.

Входная емкость складывается из емкости коллектора и диффузионной емкости:

 Ф

Основные параметры эмиттерного повторителя:

Постоянный ток коллектора        I₀ = 3.6 мА

Коэффициент передачи                 K_ЭП = 0.813

Входное сопротивление                 R_ВХ = 15.386 кОм

Входная емкость                            С_ВХ = 2.434 пФ

2. Расчет предоконечного каскада.

РИС.13.

Схема предоконечного каскада вместе с эмиттерным повторителем приведена на рис.13.