где индекс “доп” означает максимально допустимое значение,
Iк – ток коллектора,
Uкэ – напряжение между коллектором и эмиттером,
Pк – мощность, рассеиваемая на коллекторе,
fв – верхняя частота.
Подставим численные значения:
Iк.доп >0,132 А
Uкэ.доп >8,4 В
Pк.доп >0,924 Вт
fт»600¼2000 МГц
Исходя из этих требований, выберем в качестве выходного транзистора транзистор КТ939А. Электрические параметры транзистора КТ939А [1]:
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ (типовое значение):
b=113
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ при Uкэ=12В, Iк=200мА:
fТ=3060МГц
Ёмкость коллекторного перехода при Uкб=12В:
СUкэ=3,9пФ
Постоянная времени цепи ОС на ВЧ при Uк=10В, Iэ=50мА, f=30МГц:
tс=4,6пФ
Предельные эксплуатационные данные транзистора КТ939:
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора
Рк=4Вт
Рабочая точка:
Iк0=0,11 А
Uкэ0=7 В
Eп=7 В
2.3.3. Расчёт эквивалентных схем транзистора
В данном пункте рассчитываются эквивалентные схемы транзистора, низкочастотная - схема Джиаколетто и высокочастотная – однонаправленная модель.
1). Схема Джиаколетто [2]
а). Сначала найдём Сu кэ , чтобы найти Rб.
Так как в справочнике Сu кэ найдена при напряжении 12 В, а нам необходима при 10 В, то используем такую формулу:
, (2.8)
где СUкк1 – ёмкость коллектор-эмиттерного перехода, рассчитанная при Uкэ1,
Uкэ2 – напряжение, при котором необходимо найти СUкк2.
Подставим численные значения в формулу (2.8):
Ф.
Теперь найдём Rб по формуле:
(2.9)
Подставим численные значения:
Ом.
б). Сопротивление эмиттера
Ом. (2.10)
Здесь Iэ – в мили Амперах.
в). Проводимость база-эмиттер
Ом -1. (2.11)
г). Ёмкость эмиттерного перехода
Ф. (2.12)
д). Крутизна
(2.13)
(2.14)
е).
Ом. (2.15)
ж). В соответствии с формулой (2.8):
Ф.
Элементы схемы Джиаколетто:
gб=0,934 Ом-1
gбэ=16,8×10-3 Ом-1
gi=13,3×10-3 Ом-1
Cэ=100 пФ
Ск=5,1 пФ
Рисунок 2.5 - Эквивалентная схема Джиаколетто
2). Однонаправленная модель [3]
Lвх=Lэ+Lб=0,2+1=1,2 нГн
Rвх=rб=1,07 Ом
Rвых=Ri=gi –1=75,2
Свых=Ск=5,1 пФ
G12ном=(fmax/fтек)2=(3060/200)2=15,32=234,09
Рисунок 2.6 - Однонаправленная модель
2.3.4. Расчет цепей питания и термостабилизации
1). Эмиттерная термостабилизация [4]
Найдём мощность, рассеиваемую на Rэ:
Рабочая точка: Iк0=0,11 А
Uкэ0=7 В
Для эффективной термостабилизации падение напряжения на Rэ должно быть порядка 3-5В. Возьмём Uэ=3В. Тогда мощность, рассеиваемая на Rэ определяемая выражением (2.16), равна:
PRэ=Iк0×Uэ=0,11×3=0,33 Вт. (2.16)
Рисунок 2.7 - Схема оконечного каскада с эмиттерной термостабилизацией
Найдём необходимое Еп для данной схемы:
Еп=URэ+ Uкэ0+ URк=3+7+0=10 В. (2.17)
Рассчитаем Rэ, Rб1, Rб2:
Ом, (2.18)
мА, (2.19)
ток базового делителя:
Iд=10×Iб=9,73 мА, (2.20)
Ом, (2.21)
Ом. (2.22)
Найдём Lк, исходя из условий, что на нижней частоте полосы пропускания её сопротивление много больше сопротивления нагрузки. В нашем случае:
мкГн. (2.23)
2). Активная коллекторная термостабилизация [4]
Рисунок 2.8 – Схема активной коллекторной стабилизации
Напряжение UR4 выбирается из условия: В.
Возьмём UR4=1,5 В.
Рассчитаем мощность, рассеиваемую на R4:
PR4=UR4×IК02=1,5×0,11=0,165 Вт. (2.24)
Найдём ЕП:
ЕП=Uкэ 02+UR4=7+1,5=8,5 В, (2.25)
где Uкэ 02 – напряжение в рабочей точке второго транзистора.
Ом (2.26)
Первый транзистор выбирается исходя из условия, что статический коэффициент передачи тока базы b01=50¸100.
Примем b01=75.
Ток базы второго транзистора находится по формуле (2.19):
мА.
В. (2.27)
кОм. (2.28)
В соответствии с формулой (2.19):
А.
Ток базового делителя первого транзистора рассчитывается поформуле (2.20):
Iд1=10×Iб1=10×19,5×10-6=0,195 мА.
кОм. (2.29)
кОм. (2.30)
Так как усилитель маломощный, то возьмём эмиттерную термостабилизацию.
2.3.5. Расчёт выходной корректирующей цепи
Рисунок 2.9 - Выходная корректирующая цепь
Нормировка элементов производится по формулам (2.31):
, (2.31)
где Rнор и wнор – сопротивление и частота, относительно которых производится нормировка,
L, C, R – значения нормируемых элементов
Lн, Cн, Rн – нормированные значения.
Нормируем Свых (относительно Rн и wв) в соответствии с (2.31)
СвыхН=Свых×Rн×wв=5,1×10-12×50×2p×200×106=0,32
В таблице 7.1 [4] находим нормированные значения L1 и С1, соответствующие найденному СвыхН. Ближайшее значение СвыхН=0,285, ему соответствуют:
С1Н=0,3
L1Н=0,547
n=1,002.
Денормирование элементов производится по следующим формулам:
(2.32)
По (2.32) разнормируем С1Н и L1Н :
нГн,
пФ.
Найдём ощущаемое сопротивление транзистора:
Rощ=Rн/n=50/1,002=49,9 Ом (2.33)
2.3.6. Расчёт межкаскадной корректирующей цепи
Чтобы обеспечить подъём АЧХ, воспользуемся межкаскадной корректирующей цепью четвертого порядка [5].
Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 3.9.
Рисунок 2.10 - Каскад с межкаскадной корректирующей цепью четвёртого порядка.
По заданию необходимо осуществить подъём АЧХ на 5 дБ.
Так как неравномерность АЧХ всего устройства составляет ±1,5дБ, а число каскадов равно трём, то на каждый каскад приходится неравномерность АЧХ=±0,5дБ.
Нормированные значения элементов корректирующей цепи взяты из таблицы 9.1, исходя из заданных частотных искажений [5].
Так как транзистор биполярный, то его входная ёмкость Свх=¥
Рассчитаем нормированное значение выходной ёмкости первого транзистора (Свых1) по формуле (2.31).
Здесь нормируем относительно выходного сопротивления промежуточного (первого) транзистора и верхней частоты.
Свых1Н=Свых1×Rвых1×2pfв=5,1×10-12×75,2×2p×200×106=0,482
Найдём элементы коррекции с учетом Свых1Н:
(2.34)
(2.35)
(2.36)
(2.37)
(2.38)
(2.39)
Разнормируем элементы коррекции в соответствии с (2.32):
нГн
Ом
пФ
пФ
нГн.
Найдём коэффициент усиления выходного каскада:
(2.40)
где Rвх.н – входное сопротивление оконечного транзистора, нормированное относительно выходного сопротивления предоконечного транзистора,
Gном12 – коэффициент усиления транзистора, находится по формуле (2.41)
, (2.41)
fмах – максимальная частота транзистора,
fв – верхняя частота заданной полосы пропускания.
Подставим в формулу (2.40), и получим:
раз = 16,3дБ.
