Главная страница  Схемотехнология полевых транзисторов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46

жения. При согласовании выходной линии с обеих сторон удвоения выходного напряжения не происходит. Таким образом, амплитуда выходного напряжения

г Ь вых

Следовательно, коэффициент усиления такого УРУ

A:y=%S=(1...0,5) L££

Длительность фронта переходной характеристики УРУ зависит от числа используемых звеньев фильтров в передающих линиях. При этом каждая волна тока, доходящая до конца выходной линии, проходит через звеньев. Поэтому

ф=1.13/л-Ы АЛвыхСв

Добротность УРУ

l,13/n+l(ZB, + /?r) Важными параметрами передающих линий являются критическая частота фильтра (частота среза), выше которой сигнал через линию не проходит:

/кр вх -

я 1 вхСвх и фазовая постоянная

/кр вых -

я УВЫхСв

Рвх = 2я/У 1зС ; Рвых = 2яГ у выхСвых.

Так как для нормальной работы УРУ необходимо, чтобы задержки сигналов в каждом звене входной н выходной линии были одинаковы, то одинаковыми должны быть и их граничные частоты. В случае однородных передающих линий ее элементы L, С основных звеньев определяются по известному волновому сопротивлению и критической частоте фильтра

Если линия выполняется только на собственных входных или выходных емкостях ПТ, то соответствующая С должна равняться соответственно вход-ион или выходной емкости прибора (с учетом емкости монтажа). В противном Случае необходимо определить емкость дополнительного конденсатора, подключаемого к основным звеньям передающих линий, ДС = С-Свх(вых).

В табл. 6.4 даны значении последоаательиых иидуктивностей и параллельных емкостей, обеспечивающих равенство времен задержек сигналов в таких линиях, рассчитанных на волновое сопротивление Z = 50...1000 Ом в диапазоне частот 50 ... 1000 МГц.

В качестве транзисторных ячеек могут использоваться различные каскады. Хорошие результаты дает использование каскодных схем. На рис. 6.24 приведена принципиальная схема импульсного усилителя с распределенным усилением [118]. Усилитель содержит шесть усилительных секций (на рис. 6.24 показаны три секции, остальные три - аналогичные). Входные и выходные передающие линии выполнены на фильтрах нижних частот типа К с частотой среза кр = 300 МГц и низкочастотным характеристическим сопротивлением Z=75 Ом. Расчет фильтров выполнен в соответствии с методикой, предложенной в [116 .

Напряжение питания t/n = 24 В подается в выходную линию через дроссель L\. Резистор R\\ служит для согласования входной передающей линии, а резистор R\ является балластной нагрузкой выходной передающей линии. Резисторы R2, /?3, R5, R&, R8, R9, R12, R13 обеспечивают рабочие

Таблица 6.4. Значения последовательных иидуктивностей и параллельных

емкостей

Z, Ом

1000

127,3 пФ 318,3 нГн

63,7 пФ 637 нГн

31,8 пФ 1,27 мкГн

21,2 пФ

1,9 мкГн

21,2 пФ 3,17 мкГн

6,36 пФ 6,36 мкГн

63,7 пФ 159,3 нГн

31,8 пФ 318 нГн

15,9 пФ 636 нГн

10,6 пФ 0,95 нГн

6,37 пФ 1,59 нГн

3,18 пФ 3,18 нГн

31,8 пФ 79,5 нГн

15,9 пФ 159 нГн

7,95 пФ 318 нГн

5,3 пФ 0,48 мкГн

3,18 пФ 0,79 мкГн

1,59 пФ 1,59 мкГн

21.2 пФ 53 нГн

10,6 пФ 106 нГн

5,3 пФ 212 нГн

3,5 пФ 0,315 мкГн

2,12 пФ 0,53 мкГи

1,06 пФ 1,06 мкГн

12.7 пФ

31.8 нГн

6,36 пФ 63,6 нГн

3,18 пФ 127 нГн

2,12 пФ 0,19 мкГн

1,27 пФ 0,318 мкГн

0,64 пФ 0,64 мкГн

1000

6,36 пФ 15,9 нГн

3,18 пФ 31.8 нГн

1,59 пФ 63,6 нГн

1,06 пФ 95,4 мкГн

0,64 пФ 0,16 мкГн

0,32 пФ 0,32 мкГн

режимы усилительных секций. Паралельные РС-пепн Л4С1; R7C2; RIQC3 в истоках МДП-транзнсторов служат для компенсации искажений фронта импульса, обусловленных влиянием входных паразитных емкостей. Индуктив-


o.jjrr>--rv-v>--

±U1

Рис 6 24 Принципиальная схема усилителя с распределенным усилением с использованием каскодных ячеек на биполярных и МДП-траизисторах и фильтров нижних частот типа К

ности и емкости передающих линий выполнены в виде печатных дорожек н площадок Конструктивный расчет печатных иидуктивностей приведен в [117].



Данный усилитель может использоваться для усиления как гармонических сигналов, так и импульсов положительной и отрицательной полярности. Коэффициент усиления этого УРУ Ки=13 в полосе частот до 200 МГц. Время нарастания фронта выходного импульса 1ф=1,7 ис. Максимальная амплитуда выходного импульса иа нагрузке 75 Ом равна 16 В. Выброс переходной характеристики 5%. Коэффициент стоячей волны напряжения входа и выхода равен соответствеиио 1,6 и 1,5.

Для получения больших значений [кр при заданных схемных элементах фильтров, а также для меньших искажений фронтов усиливаемых сигналов и повышения импульсной добротности УРУ необходимо использовать фильтры типа М в качестве передающих линий. При этом предпочтение следует отдать передающим линиям из Т-образных фильтров типа М с т>1 (/Иопт = 1,27), которые обладают равномерностью характеристики времени задержки и линейностью ЧФХ. Для согласования передающих линий с оконечными сопротивлениями необходимо использовать согласующие полусекции с т0,6, которые имеют постоянное волновое сопротивление в полосе прозрачности передающих линий.

Основные параметры УРУ с фильтрами типа М определяются из следующих выражений [115]:

nSZ,

К (...0,5)

выхпг

(6.11)

ф=1,28 У

Q=(l ...0,5)-

nSZ y m

1,28Свых /п+Т (Zbx + Rr)

Zbk- ]/ Свх у (

вых

Параметры основных звеньев фильтров типа М. передающих линий рассчитываются по формулам [116]

(w2-i-l)Z т

2тл/кр яг/кр

(m-1)Z

2тл/кр

а naraveiiu согласующих полузвеиьев-по формулам

2л/,

{\-m)Z 2тл/кр

2лZ/;

Фильтры нижних частот типа М с т>1 обладают отрицательной взаи-монидуктивностью в последовательной ветви. Конструктивно такие индуктивные элементы выполняются в виде однослойных катушек с отводом посредине.

На рис. 6.25 представлена схема УРУ, выполненная на мощных МДП-траизисторах КП905 и фильтрах тнпа М с т=1,27 [119]. Для обеспечения согласования передающих линий с нагрузочными сопротивлениями применены согласующие полузвенья с тс=0,6. Сопротивления резисторов R\ и R2 выбираются равными волновым сопротивлениям передающих линий. Конструктивный расчет входной и выходной передающих линий выполнен по методике, рассмотренной в [117].

Для снижения влияния поверхностных эффектов и межвитковых емкостей, а также для уменьшения потерь в передающих линиях применены однослойные катушки индуктивности. Оии изготовлены из посеребренного медного провода диаметром d = 0,5 мм с шагом иамотки x=2d. Для устранения

SOB К2 at иг

75 J VTt

is -1-



L7 L8


Рис. 6.25. Принципиальная схема усилителя Рис. 6.26. Осциллограммы вход-с распределенным усилением с фильтрами кого (луч /) и выходного нижних частот типа М (луч 2) сигналов УРУ

tj = 0,8 ис. На рис. 6.26 приведены осциллограммы входного и выходного сигналов УРУ.

На рис. 6.27 приведена принципиальная схема УРУ иа шести каскод-иых секциях, выполненных иа МДП-тразисторах, соединенных по схеме общий исток-общий затвор [118]. Усилитель предназначен для работы на


Рис. 6 27. Принципиальная схема усилителя с распределенным усилением с использованием каскодиых ячеек иа МДП-транзисторах и фильтров нижних частот типа М

отклоняющую систему скоростной запоминающей электроиио-лучевой трубки 2ТЗС-8, волновое сопротивление которой равно 75 Ом. Входная и выходная передающие линии выполнены в виде фильтров типа М с =1,27. Волновое сопротивление входной и выходной передающих линий соответственно

п?и%с=зо=пяТа- -Ф* ? аакт=

данного усилителя Ку=Ъ а время установления переходной характеристики



равно 75 и 150 Ом. На концах лнннй установлены согласующие полузвенья с соответствующими волновыми сопротивлениями.

Согласование выходной передающей линии с нагрузкой производится двумя секциями фильтров нижних частот L13, L14, СЗ и L16, L\7, СА, волновые сопротивления которых равны соответственно 112 и 87 Ом. Такое согласование прн небольщих потерях обеспечивает небольщое значение коэффициента стоячей волны.

Резисторы Rb и R7 служат для устранения самовозбуждения усилительных секций, а /?С-цепи, установленные в истоках МДП-транзисторов,- для компенсации искажений фронта импульсов. С помощью резисторов R2, R3, R4, R6 и R9-R\l обеспечивается рабочий режим усилительных секций. Усилитель предназначен для усиления импульсов положительной полярности амплитудой до 7 В. В усилительных секциях использован режим В с токами покоя 20 мА.

Данные иидуктивностей входной и выходной передающей линий приведены в табл. 6.5. Все индуктивности изготовлены из посеребренного медного провода диаметром d=0,5 мм на фторопластовых каркасах.

Таблица 6.5. Значение индуктивности и конструктивные параметры звеньев передающих линий

Позиционное обозначение

Значение нн-дуктивпостн, иГн

Число витков

Диаметр каркаса, мм

Шаг намоткн,

1.75

L2, из, L20

1.75

и, L\b, Ш

Z.5, L7, Z,9, Z.11

1164

1.75

Z.6, L8, L10, L12

Z.13, L14

7.52

1.75

L16, L17

7,07

1,75

Рассмотренный усилитель обладает следующими параметрами: коэффициент усиления Д(/=15 в диапазоне частот 0,6... 180 МГц, время нарастания фронта выходного импульса <ф=2 не, максимальная амплитуда выходного импульса на нагрузке 75 Ом около 42 В, выброс переходной характеристики 5%, нелинейность амплитудной характеристики порядка 7%.

Как видно из выражения (6.11), для увеличения Ки необходимо увеличивать число транзисторов в УРУ. Однако для получения больших Ки приходится использовать значительное число транзисторов, так как их коэффициенты усиления не умножаются, а складываются. Одновременно начинают складываться потерн в передающих линиях. Поэтому целесообразно применять каскадирование УРУ. В этом случае общий коэффициент усиления

К= П K.= [(l ... 0,5) nSZ] ,

где выражение в квадратных скобках является коэффициентом усиления каскада; b - число каскадов усилителя.

Расширение полосы пропускания УРУ связано с уменьшением волновых сопротивлений передающих линий. Прн высокой граничной частоте УРУ эти сопротивления уменьшаются настолько, что индуктивность звеньев становится соизмеримой с паразитной индуктивностью выводов ПТ, а это затрудняет проектирование УРУ. Поэтому в сверхширокополосных УРУ целесообразно в качестве передающих линий использовать микрополосковые линии задержки (МПЛЗ). Схема УРУ с МПЛЗ приведена иа рнс. 6.28 [120].

Принцип действия такого УРУ не отличается от ранее рассмотренного УРУ с фильтрами нижних частот. Сопротивление резистора RI выбирается равным волновому сопротивлению входной МПЛЗ, а сопротивление резн;.-


мплз

Рнс. 6.28. Принципиальная схема Рис, 6.29. Конструкции симметричных усилителя с распределенным усиле- (а) и несимметричных (б) полоско-ннем с микрополосковыми линиями вых линий

задержки

тора R2 равно волновому сопротивлению выходной МПЛЗ. Если такой УРУ предназначен для усиления разнополярных или отрицательных импульсов, то через R\ подается начальное смещение на затворы ПТ. При усилении только положительных импульсов резистор R\ заземляется, а разделительный конденсатор Cl отсутствует.

Коэффициент усиления такого УРУ при /?г- -0 определяется нз выражения K=nSZRri(Zt4x-\-RB). При Zh=oo коэффициент усиления будет максимален и равен

Длительность фронта переходной характеристики УРУ при Лн=2вых

<ф 1.12вы1 (CcB-f Сзс ) У == 1,1 Z.uiCo Уп,

тде Сси и Сзс - выходная и проходная емкости МДП-транзистора. При работе на емкостную нагрузку и при /? = оо

Ф=2,2гвых УНсТТсТ .

В таких УРУ в качестве МПЛЗ можно использовать симметричные и несимметричные полосковые линии (рнс. 6.29). Конструктивно более удобны несимметричные МПЛЗ. В этом случае входная и выходная МПЛЗ изготавливаются на диэлектрическом материале с двухсторонним фольгировакием в виде печатных проводников на одной стороне платы. Металлическая фольга на другой стороне платы используется как бесконечно широкая заземленная полоска несимметричной МПЛЗ. Выводы затворов и стоков ПТ непосредственно присоединяются к печатным проводникам, а выводы истоков - к заземленной полоске через отверстия в печатной плате.

Конструктивные параметры МПЛЗ находятся из выражений, определяющих нх волновое сопротивление и время задержки распространения сиг-яала на единицу длины;

Z= УГ7С = 87/У8п-f-1,41 In (5,9А/(0,81ГЛ-d)\; 30 = /ГС= 3.39 У0.47еп-1-0,67,

Где L и С-погонные индуктивности н емкости МПЛЗ; вп - относительная диэлектрическая проницаемость подложки; d, W -толщина и ширина металлической полоски печатных проводников соответственно; h - толщина диэлектрика подложки.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46

© 2000 - 2022 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.