I.I. Техническое задание

Приведем характеристики усилителя, нагрузки, источника сигнала, которые используются в качестве исходных данных при проектировании широкополосных усилителей различного назначе­ния (пределы числовых значений этих величин указаны в скоб­ках):

- амплитуда выходного напряжения U_вых (I...30) B;

- коэффициент усиления по напряжению на средних частотах К₀ (не менее 50... 100);

- верхняя граничная частота f_В (0,1...15) МГц;

- нижняя граничная частота f_Н (20...300) Гц;

- сопротивление нагрузки R_Н (50 Ом ...470 кОм);

- емкость нагрузки С_H (5...50) пФ;

- выходное сопротивление источника сигнала R_ИС (100 Ом…100 кОм);

- коэффициент нелинейных искажений К_г (не более 10 %);

- допустимый уровень искажений на верхней граничной час­тоте М_В (1,6...1,4);

- допустимый уровень искажений на нижней граничной часто­те М_Н (1,6...1,4);

- максимальная температура окружающей среды Т_МАХ (50...120°С);

- минимальная температура окружающей среды Т_МИН (-60... 20°С).

Кроме указанных характеристик должны быть известны: вибра­ционные условия эксплуатации, тип источника питания и требо­вания к конструкции и экономичности усилителя, пределы регу­лировок усиления, частотной и переходной характеристик.

При проектировании импульсных усилителей добиваются сле­дующих требований к качеству воспроизведения импульсов на выходе усилителя:

- наибольшая допустимая длительность фронта импульса t_Ф ;

- наибольший допустимый выброс δ ;

- наибольший допустимый спад плоской вершины ∆ ;

- наибольшая амплитуда импульса на выходе усилителя, по­лярность;

- длительность импульса Т_И и частоты следования импульсов F_Н И F_В.

1.2. Распределение частотных искажений

Мерой частотных искажений является нормированное (отно­сительное усиление на границах воспроизводимого диапазона частот (рис. 2,а).

Нормированная частотная характеристика У(ω) представлена на рис. 2,б.

В расчетных формулах удобнее использовать обратную величину, называемую коэффициентом частотных искажений и обозначаемую через :

о

Нижние Средние Верхние

частоты частоты частоты

Рис.2

При распределении искажений между каскадами следует иметь ввиду, что оконечный каскад работает на высокоомную нагрузку (находится в наиболее тяжелых условиях).

Поэтому завал час­тотной характеристики ОК в области высоких частот будет сос­тавлять (20...40)% от общего завала ε_В, предусмотренного на верхней граничной частоте f_В ,

ε_В.ОК = 0.4ε_В , (1)

где

ε_В = 1-У_В (2)

Остальными звеньями усилителя вносятся значительно мень­ше искажения:

ε_В.ЭП = 0.1 ε_В ;

ε_В.ВХ.Ц = 0.15 ε_В ;

ε_В.РУ = 0.05 ε_{В ,}

где ε_В.ЭП , ε_В.ВХ.Ц , ε_В.РУ – завалы частотной характеристики в области верхних частот, вносимые соответствен­но эмиттерными повторителями, входной цепью усилителя и цепью регулировки усиления.

Частотные искажения на верхней частоте для всего усилителя рассчитываются по формуле

= У_В =(1- ε_В)≈1-( ε₁ + ε₂ + ε₃ +…+ ε_N) (3)

где ε₁ , ε₂ , ε₃ , ε_N - завалы частотной характеристики в каждом каскаде.

В области нижних частот частотные искажения распреде­ляются следующим образом.

Предварительно по схеме, составленной на основании преды­дущих расчетов, подсчитывается количество элементов ( С_Р , С_З ), создающих завал ε_N на низких частотах, включая вход­ную и выходную разделительные емкости. Далее определяют коэф­фициент частотных искажений, приходящийся на каждый элемент. При этом следует иметь ввиду, что на эмиттерные цепи целе­сообразно предусмотреть завал в 1,5...2 раза больше, чем на разделительные цепи: ε_НЭ =g ε_НР , где ε_НЭ , ε_НР – искажения в области нижних частот, вносимые эмиттерными и разделительными цепями соответственно:

g=1,5 ÷ 2.

С учетом (2)

ε_Н.Р = ε_Н / (1+g) , ε_Н =1-У_{Н .}

Искажения, приходящиеся на одну цепь, определяются выра­жениями:

где n - число разделительных конденсаторов, усилителя; m -число блокировочных конденсаторов в цепях эмиттеров.