- напругою шуму, що зумовлена тепловими шумами, в опорі
вхідного кола, мкВ:

де R - опір в колі затвора транзистора, кОм

_F -смуга робочих частот пристрою, кГц; .

-напругою шуму, що зумовлена тепловими шумами в уніполярному транзисторі,мкВ:

де - шумовий опір струмопровідного каналу

Загальна напруга шума буде дорівнювати

Розрахована U_вх повинна забезпечити необхідне

(сигнал / шум).

1.8. Розподіл частотних і нелінійних спотворень по каскадах

Розподіл частотних спотворень по каскадах виконується окремо для області високих і низьких частот.

Частотні спотворення в області високих частот зумовлені декіль­
кома складовими:

1.8.1. Частотні спотворення М_в.т, що визначаються впливом транзистора:

- для каскаду з спільним емітером

- для каскаду з спільною базою

- для каскаду з спільним коллектором

де Fв - верхня частота робочого діапазону пристрою;

- гранична частота транзистора по крутості в схемі з спіль­ним емітером;

- гранична частота транзистора по крутості в схемі з спільним колектором.

При застосуванні уніполярних транзисторів частотні спотворен­
ня від впливу транзисторів не розраховують.

1.8.2. Частотні спотворення Мв.сх , що вносяться елементами
схеми каскаду:

- для резистивного каскаду з спільним емітером:

Мв.сх = 0,2...0,ЗдБ,

-для емітерного повторювача

Мв.сх = 0,1...0,15дБ,

- для фазоінверсного каскаду з розділеним навантаженням

Мв.сх = 0,1...0,15дБ

- для трансформаторного каскаду

Мв.сх = 0,4...0,9 дБ

Загальні частотні спотворення в області високих частот визна­чаються як сума

М_{в (дБ)} = М_{в.Т (ДБ)} + М _{В.СХ (дБ)}

Якщо відомі кількість і тип каскадів, то можна визначити вели­чину частотних спотворень всього пристрою:

М_{в (дБ)} = М_{в1 (дБ)} + М_{В2 (дБ)} +...+ М_вn(дБ) + М_{ВкКП(дБ)}

Частотні спотворення на низьких частотах М_н зумовленні наяв­ністю в каскаді кіл, що впливають на коефіцієнт підсилення в області низьких частот, і орієнтовно можуть бути визначені для кожного каскаду з табл. 2.

Таблиця2

Частотні спотворення пристрою М_н дорівнюють сумі

М_{Н (дБ)} = М_{Н1 (дБ)} + М_{Н2 (дБ)} +...+ МН _{n (дБ)} + М_{Н ККП (дБ)}.

Для визначеної кількості каскадів необхідно виконання умов:

Якщо значення частотних спотворень перевищує задані в техніч­ному завданні (ТЗ), то в пристрої потрібно застосовувати від'ємний зворотний зв'язок (ВЗЗ), охопивши ним таку кількість каскадів, щоб загальне значення частотних спотворень, з урахуванням каскадів охоплених ВЗЗ, було меньше або дорівнювало М_т.з (див. розділ 1.2). Основну частину нелінійних спотворень вносить ККП, на усі попередні каскади виділяється приблизно 0,1 ...0,2%.

При підвищених вимогах до нелінійних спотворень в пристрої
необхідно вводити від'ємний зворотний зв'язок, охоплюючи ВЗЗ ККП
(див. розділ 1.2).

1.9. Розробка структури пристрою на ІМС

Після розробки структурної схеми пристрою на дискретних еле­ментах, необхідно проаналізувати можливість виконання пристрою на інтегральних мікросхемах (ІМС). З цією метою необхідно співставити параметри окремих каскадів або їх сукупності з пара­метрами рекомендованими, до застосування в пристроях даного призначення, ІМС.

Вибір конкретних типів ІМС доцільно здійснювати починаючи з вихідного каскаду, звертаючи увагу на можливість забезпечення необхідної вихідної потужності на заданому опорі навантаження, забезпечення необхідного рівня нелінійних та частотних спотворень.

Якщо підібрана ІМС забезпечує вказані параметри, в електрич­ному розрахунку необхідно здійснити розрахунок необхідних еле­ментів, виходячи з попередньо отриманих вимог до цього каскаду. При застосуванні типової схеми ввімкнення ІМС робиться перевіроч­ний розрахунок.

В вихідних потужних каскадах рекомендується застосовувати мікросхеми серії К174, які здатні забезпечити широкий діапазон потужності, при достатній якості відтворення сигналу.

В каскадах попереднього підсилення можуть бути застосовані спеціалізовані ІМС [6] або операційні підсилювачі загального корис­тування, наприклад, КР140УД20А,Б, К157УД1, К157УД2, КР544УД1А,Б,В, К1401УД1, К1401УД2, 1407УД1 та інші [4] .

Особливу увагу слід звернути на доказ можливості забезпечення необхідних параметрів, отриманих з розрахунку структурної схеми. Для цього повинні бути використанні графіки, таблиці, вирази, які дають можливість переконатися в доцільності зробленого вибору. Без використання вказаних матеріалів вибір не є обгрунтований.

2. ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНКУ СТРУКТУРНОЇ
СХЕМИ В1ДЕОПІДСИЛЮВАЧІВ

В розрахунку структури відеопідсилювачів необхідно врахову­вати ряд особливостей, характерних для цього типу пристроїв: широ­ку смугу робочих частот, що досягає десятків...сотень мегагерц, широке застосування схем корекції частотної характеристики, різно­манітність типу навантажень.

Нижче будуть розглянуті особливості розрахунку деяких пара­метрів відеопідсилювачів. Інші параметри таких пристроїв можуть бути розраховані по матеріалах розділу 1.

2.1. Вибір навантаження, визначення вихідної напруги або потужності

2.1.1. Для відеопідсилювача каналу вертикального відхилення
аналогового осцилографа необхідна напруга на виходах підсилювача

дорівнює:

де D - діаметр трубки осцилографа, мм;

h - чутливість пластин вертикального відхилення, мм /В.

2.1.2. Для відеопідсилювача телевізійної передавальної камери,
коли кінцевий каскад навантажений на кабель з хвильовим опором ,
вибирається спочатку тип кабеля і за відомою величиною амплітуди
вихідної напруги U_вих визначається амплітуда вихідного струму:

2.1.3. Для підсилювача відеосигналу телевізійного зображення,
за вибраним типом кінескопа, з відомою величиною напруги модуля­
тора Е_м, визначається вихідна напруга підсилювача:

2.2. Вибір типу транзисторів ККП

2.2.1. Для відеопідсилювача каналу вертикального відхилення осцилографа кінцевий каскад повинен забезпечити рівні і протифазні напруги, які подаються на пластини ЕЛТ. Враховуючи високоомне навантаження (струми пластин дуже малі), перевагу слід віддати парафазному каскаду, що має високий вихідний опір по обох плечах. Транзистори ККП в такому випадку вибираються з умов:

2.2.2. У відеопідсилювачах телевізійної передавальної камери, в якості кінцевого каскаду, з метою узгодження вихідного опору підси­лювача з низьким хвильовим опором кабеля, практично завжди застосовується емітерний повторювач, І_вих = U_вих / номінальний робочий струм транзистора визначається з умови:

І_о≥(2...3)І_вих,

крім того, для біполярного транзистора повинна виконуватись умова

2.2.3. Для підсилювача відеосигналу телевізійного зображення, де кінцевий каскад звичайно працює в режимі класу А, тип транзис­тора кінцевого каскаду вибирают з тих же умов, що і в підсилювачі вертикального відхилення осцилографа. Додатковою умовою є забез­печення максимально можливого струму робочої точки транзистора

де

2.3. Визначення загального коефіцієнта підсилення

потужності або напруги

Для відеопідсилювачів на біполярних транзисторах загальний
коефіцієнт підсилення по потужності дорівнює ,

(2.1)

Для відеопідсилювачів на уніполярних транзисторах загальний
коефіцієнт підсилення визначається за напругою

(2.2)

де U_вх - вхідна напруга відеопідсилювача;

- вихідна потужність джерела сигналу (визначається

за відомою величиною вихідного опору джерела сигналу )

Для відеопідсилювача телевізійної передавальної камери джере­лом вхідного сигналу, як правило, є відикон, що має вихідну напругу 10.20 мВ при вихідному опорі 100...300 кОм.

Для підсилювача відеосигналів телевізійного радіоприймача джерелом сигналу є відеодетектор, з вихідною напругою 100...300 мВ і вихідним опором 5… 10 кОм.

В інших типах відеопідсилювачів параметри вхідного опору і чутливість за напругою звичайно задаються в ТЗ.

При застосуванні парафазного каскаду, який має глибину зворот­ного зв'язку А=2, а також при використанні емітерної (витокової) високочастотної корекції (коефіцієнт зворотного зв'язку А=1,5...4), у виразах (2.1) і (2.2) необхідно застосувати відповідні поправочні коефіцієнти (див. п.1.5).

2.4. Визначення кількості і типу транзисторів каскадів

попереднього підсилення

Розрахункове значення коефіцієнта підсилення по потужності, відеопідсилювача на біполярних транзисторах, знаходиться з вико­ристанням розрахункових виразів, наведених у розділі 1. Розрахунко­ва величина К_{Р. заг (дБ) розр.} = К_р1 +К_р2 +...+ К_рn повинна бути в межах ± 20% відхилення від значення К_{р.заг(дБ)} .

Розрахункове значення коефіцієнта підсилення за напругою відеопідсилювача на уніполярних транзисторах визначається з таких міркувань:

-коефіцієнт підсилення каскадів з спільним витоком, з ураху­-
ванням розширення смуги пропускання, повинен бути не більше
5...15;

-коефіцієнт передачі витокових повторювачів, що застосо­вуються в схемах відеопідсилювачів, не більше 0,4...0,6.

К_{U. заг. розр} = К_U1 х К_U2 х...х К_Un ≈ (0,9...1,1) К_{U заг}

Усі активні елементи, що застосовуються у відеопідсилювачах, повинні бути вибрані з урахуванням забезпечення необхідного спів­відношення доступної і потрібної площі підсилення

П_розр  П

де Прозр = К_U х F_B - потрібна площа підсилення;

-доступна площа підсилення;

С_о - ємність каскаду, що складається з вхідної ємності каскаду, ємності монтажу 10. .20 пФ і вихідної ємності (для схеми з спільним

емітером С_вих = С_{к h21Е} )

Значення К_U для схем з спільним емітером, при розрахунку потрібної площі підсилення повинні бути не більше 15..20. Ообливу увагу необхідно звертати на правильний вибір типу першого каскаду підсилення з метою забезпечення узгодження вихідного опору дже­рела сигналу з вхідним опором підсилювача.

Біполярні транзистори повинні забезпечувати виконання умови

3. ОСОБЛИВОСТІ РОЗРАХУНОК СТРУКТУРНОЇ

СХЕМИ ІМПУЛЬСНОГО ПІДСИЛЮВАЧА

З ТЗ для розрахунку імпульсного підсилювача задаються дані про джерело сигналу (форма і полярність імпульсів, амплітуда, тривалість і частота, внутрішній опір) і навантаження (опір, ємність, полярність і амплітуда вихідного імпульсу). Розрахунок структурнї схеми імпульсного підсилювача має деякі особливості.

3.1. Вибір типу ККП та його активного елемента

В залежності від опору навантаження в ККП імпульсного підсилювача можуть застосовуватись різні схеми ввімкнення транзисторів. При R_н ≥ 1... 1,5 кОм - схема з спільним емітером (витоком),

при Rн  0,01... 1,0 кОм, або роботі на кабель з хвильовим опором  - схема з спільним колектором (стоком).

Транзистор ККП повинен забезпечити необхідно вихідну амплітуду імпульсу U_вих, струм транзистора, в такому випадку, буде дорівнювати

Максимально допустимий струм транзистора І_max , при однополярному імпульсі, повинен забезпечуватись співвідношенням:

а при двополярному імпульсі

Максимальна допустима напруга на колекторі (стоці) повинна задовольняти умову

-при однополярному імпульсі;

- при двополярному імпульсі;

Біполярний транзистор слід додатково перевіряй за частотними властивостями,

де - тривалість фронту вихідного імпульсу

3.2. Визначення загального коефіцієнта підсилення

і кількості каскадів імпульсного підсилювача

Розрахунок коефіцієнта підсилення імпульсного підсилювача зручно вести за напругою, при відомій величині вхідної напруги

(3.1.)

Кількість каскадів підсилювача повинна бути визначена виходячи з коефіцієнта передачі емітерного повторювана за напругою не білбше 0,5...0,8, витокового повторювача - 0,3...0,5, каскаду з спільною базою(затвором)- 8...18

Розрахункова величина коефіціента підсилення підсилювача повина лежати в межах 20% (3.1.)

При виборі типу каскадів попереднього підсилення необхідно врахувати їх кількість, щоб забезпечити необхідну полярність вихідних імпульсів

При однополярних вихідному і вхідному імпульсах кількість каскадів повинна бути парною, при виборі типу вхідного каскаду для забезпечення необхідного узгодження його вхідного опору з вихідним опором джерела сигналу

3.3. Вибір типу транзисторів каскадів

попереднього підсилення

Каскади попереднього підсилення реалізуються, як правило, на малопотужних активних елементах, однак при виборі транзистора, слід пам’ятати що:

- при застосуванні в якості кінцевого каскаду повторювачів, з ве-личиною коефіцієнта передачі за напругою К_U , транзистор передкінцевого

каскаду повинен бути перевірений за максимальною напругою на колекторі (стоці) аналогічно кінцевому каскаду, з урахуванням того, що він повинен забезпечити вихідну напругу, що дорівнює U_вих /К_U;

- при застосуванні біполярних транзисторів предкінцевий каскад повинен мати максимальне значення колекторного струму, в 2...3 раза більший за максимальний базовий струм кінцевого каскаду.