, (3.3.4)
где , причём , и – справочные данные.
Крутизна транзистора:
, (3.3.5)
где , , .
Выходное сопротивление:
. (3.3.6)
Выходная ёмкость:
. (3.3.7)
В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы:
нГн;
пФ;
Ом
Ом;
А/В;
Ом;
пФ.
3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации
Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная.
3.3.4.1 Пассивная коллекторная термостабилизация
Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.4) используется на малых мощностях и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу через базовый делитель.
Рисунок 3.4
Расчёт, подробно описанный в [3], заключается в следующем: выбираем напряжение (в данном случае В) и ток делителя (в данном случае , где – ток базы), затем находим элементы схемы по формулам:
; (3.3.8)
, (3.3.9)
где – напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В;
. (3.3.10)
Получим следующие значения:
Ом;
Ом;
Ом.
3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация
Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.5. Её описание и расчёт можно найти в [2].
Рисунок 3.5
В качестве VT1 возьмём КТ315А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть В), затем производим следующий расчёт:
; (3.3.11)
; (3.3.12)
; (3.3.13)
; (3.3.14)
, (3.3.15)
где – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ315А;
; (3.3.16)
; (3.3.17)
. (3.3.18)
Получаем следующие значения:
Ом;
мА;
В;
кОм;
А;
А;
кОм;
кОм.
Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 по переменному току был заземлён.
3.3.4.3 Эмиттерная термостабилизация
Для выходного каскада выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.6. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [3].
Рисунок 3.6
Расчёт производится по следующей схеме:
1.Выбираются напряжение эмиттера и ток делителя (см. рис. 3.4), а также напряжение питания ;
2. Затем рассчитываются .
3. Производится поверка – будет ли схема термостабильна при выбранных значениях и . Если нет, то вновь осуществляется подбор и .
В данной работе схема является термостабильной при В и мА. Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле В. Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:
; (3.3.19)
; (3.3.20)
. (3.3.21)
Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной производится расчёт приведённых ниже величин.
Тепловое сопротивление переход – окружающая среда:
, (3.3.22)
где , – справочные данные;
К – нормальная температура.
Температура перехода:
, (3.3.23)
где К – температура окружающей среды (в данном случае взята максимальная рабочая температура усилителя);
– мощность, рассеиваемая на коллекторе.
Неуправляемый ток коллекторного перехода:
, (3.3.24)
где – отклонение температуры транзистора от нормальной;
лежит в пределах А;
– коэффициент, равный 0.063–0.091 для германия и 0.083–0.120 для кремния.
Параметры транзистора с учётом изменения температуры:
, (3.3.25)
где равно 2.2(мВ/градус Цельсия) для германия и
3(мВ/градус Цельсия) для кремния.
, (3.3.26)
где (1/ градус Цельсия).
Определим полный постоянный ток коллектора при изменении температуры:
, (3.3.27)
где
. (3.3.28)
Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия:
,
где . (3.3.29)
Рассчитывая по приведённым выше формулам, получим следующие значения:
Ом;
Ом;
Ом;
Ом;
К;
К;
А;
Ом;
;
Ом;
А;
А.
Как видно из расчётов условие термостабильности выполняется.
3.4 Расчёт входного каскада по постоянному току
3.4.1 Выбор рабочей точки
При расчёте требуемого режима транзистора промежуточных и входного каскадов по постоянному току следует ориентироваться на соотношения, приведённые в пункте 3.3.1 с учётом того, что заменяется на входное сопротивление последующего каскада. Но, при малосигнальном режиме, за основу можно брать типовой режим транзистора (обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов мА и В). Поэтому координаты рабочей точки выберем следующие мА, В. Мощность, рассеиваемая на коллекторе мВт.
3.4.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ371А. Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
1. граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ГГц;
2. Постоянная времени цепи обратной связи нс;
3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;
4. Ёмкость коллекторного перехода при В пФ;
5. Индуктивность вывода базы нГн;
6. Индуктивность вывода эмиттера нГн.
Предельные эксплуатационные данные:
1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;
2. Постоянный ток коллектора мА;
3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт;
4. Температура перехода К.
3.4.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора
Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.3. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.
нГн;
пФ;
Ом
Ом;
А/В;
Ом;
пФ.
3.4.4 Расчёт цепи термостабилизации
Для входного каскада также выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.7.
Рисунок 3.7
Метод расчёта схемы идентичен приведённому в пункте 3.3.4.3 с той лишь особенностью что присутствует, как видно из рисунка, сопротивление в цепи коллектора . Это сопротивление является частью корректирующей цепи и расчёт описан в пункте 3.5.2.
Эта схема термостабильна при В и мА. Напряжение питания рассчитывается по формуле В.
Рассчитывая по формулам 3.3.19–3.3.29 получим:
кОм;
кОм;
кОм;
кОм;
К;
К;
А;
кОм;
;
Ом;
мА;
мА.
Условие термостабильности выполняется.
3.4 Расчёт корректирующих цепей
3.4.1 Выходная корректирующая цепь
Расчёт всех КЦ производится в соответствии с методикой описанной в [4]. Схема выходной корректирующей цепи представлена на рисунке 3.8. Найдём – выходное сопротивление транзистора нормированное относительно и .
(3.5.1)
.
Рисунок 3.8
Теперь по таблице приведённой в [4] найдём ближайшее к рассчитанному значение и выберем соответствующие ему нормированные величины элементов КЦ и , а также –коэффициент, определяющий величину ощущаемого сопротивления нагрузки и модуль коэффициента отражения .
Найдём истинные значения элементов по формулам:
; (3.5.2)
; (3.5.3)
. (3.5.4)
нГн;
пФ;
Ом.
Рассчитаем частотные искажения в области ВЧ, вносимые выходной цепью:
, (3.5.5)
,
или дБ.
3.5.2 Расчёт межкаскадной КЦ
