4.3 Расчет эквивалентной схемы транзистора
Расчет каскада основан на применении эквивалентной схемы замещения транзистора [3] рисунок 4.3.1,а ,а также однонаправленной схемы замещения[4] рисунок 4.3.1,б.
а) б)
Рисунок 4.3.1
Здесь проводимость базы
, (4.8)
где постоянная времени цепи обратной связи (табличное значение), ёмкость коллекторного перехода (табличное значение), проводимость база-эмиттер
См;
, (4.9)
где сопротивление эмиттера
, (4.10)
где ток рабочей точки, статический коэффициент передачи тока с общим эмиттером.
Ом;
См;
, (4.11)
где граничная частота транзистора.
пФ;
входная индуктивность,
где индуктивность базового и эмиттерного выводов соответственно;
нГн;
=;
выходное сопротивление транзистора
, (4.12)
где и допустимые параметры транзистора.
Ом;
.
В расчете также используется параметр , (4.13)
где верхняя частота усилителя;
.
4.4 Расчет цепей питания и выбор схемы термостабилизации
Рассмотрим три варианта схем термостабилизации: эмиттерную, пассивную коллекторную и активную коллекторную и произведем для них расчет. Схема эмиттерной термостабилизации представлена на рисунке 4.4.1.
Рисунок 4.4.1
Здесь, задают смещение напряжения на базе транзистора, элемент термостабилизации, шунтирует по переменному току.
, (4.14)
где падение напряжения на резисторе примем =4 В.
Ом;
; (4.15)
В,
; (4.16)
; (4.17)
где ток базового делителя;
.
А;
Ом;
Ом;
; (4.18)
мкГн.
Схема пассивной коллекторной термостабилизации представлена на рисунке 4.4.2.
Рисунок 4.4.2
Здесь осуществляет смещение напряжения, а также используется в качестве элемента термостабилизации.
Примем =;
, (4.19)
где ; (4.20)
А;
КОм;
; (4.21)
8,3 В.
Рассмотрим схему активной коллекторной термостабилизации [5].
Рисунок 4.4.3
В данной схеме транзистор VT2 используется в качестве элемента термостабилизации. Ток коллектора VT2 является базовым током смещения. Здесь ,-базовый делитель для транзистора VT2, предотвращает генерацию в каскаде.
>1 В,
примем =1 В;
; (4.22)
Ом;
; (4.23)
В;
, (4.24)
где ток коллектора транзистора VT1, статический коэффициент передачи тока с общим эмиттером транзистора VT1 -ток базового смещения транзистора VT1.
А;
, (4.25)
где - ток коллектора транзистора VT2.
, (4.26)
где ,-напряжения рабочей точки транзистора VT1 и VT2.
В;
; (4.27)
Ом;
; (4.28)
; (4.29)
где Ом;
Ом;
Ом.
Для данного каскада схема эмиттерной термостабилизации более приемлема, чем остальные. Во-первых, она обеспечивает высокую стабильность, во-вторых, она легко реализуема, так как содержит малое количества элементов, в-третьих, эта схема применяется для маломощных каскадов.
4.5 Расчет элементов высокочастотной коррекции
Так как нужно реализовать усилитель с подъемом АЧХ, то необходимо применение диссипативной межкаскадной корректирующей цепи четвёртого порядка [1]. Принципиальная схема усилителя с межкаскадной корректирующей цепью четвертого порядка приведена на рисунке 4.5.1,а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 4.5.1,б.
а) б)
Рисунок 4.5.1
Коэффициент усиления каскада на транзисторе VT2 в области верхних частот можно описать выражением:
, (4.30)
где ,коэффициент усиления каскада (4.31)
;
;
;
;
;
;
RВХН –нормированное входное сопротивление транзистора VT2; , , ,
, – нормированные относительно и значения элементов L1, R2, C3, C4, L5, соответствующие преобразованной схеме КЦ, в которой значение СВХ2 равно бесконечности; СВЫХ1 – выходная емкость транзистора T1; ; – нормированная частота; – текущая круговая частота; – высшая круговая частота полосы пропускания разрабатываемого усилителя. Для расчета элементов корректирующей цепи нужно воспользоваться таблицей 9.1 приведенной в [5]. Оконечный каскад реализуем с подъёмом в 3дБ, а предоконечный и выходной с подъёмом в 0 дБ искажения каждого = дБ. Так как для расчета требуется знать транзистора VT2 то нужно сделать выбор транзистора предоконечного каскада. Свой выбор остановим на транзисторе КТ939А. Сопротивление выхода этого транзистора нам известно
Для расчета элементов воспользуемся формулами:
; (4.32)
С помощью таблицы получены следующие нормированные значения элементов.
=1,68,=0,842,,=4,99,=4,62,=0,234.
,
; (4.33)
;
;
;
Денормируя полученные значения, определим:
==57 нГн;
==71,5 Ом;
==18 пФ;
=8,3 пФ;
=13 нГн.
В усилительных каскадах расширение полосы пропускания связано с потерей части выходной мощности в резисторах корректирующих цепей (КЦ) либо цепей обратной связи. От выходных каскадов усилителей требуется, как правило, получение максимально возможной выходной мощности в заданной полосе частот. Из теории усилителей известно, что для выполнения указанного требования необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора равным постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Этого можно достигнуть, включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве
выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 4.5.2.
а) б)
Рисунок 4.5.2
Использование фильтра нижних частот в качестве выходной КЦ при одновременном расчете элементов L1, C1 по методике Фано позволяет обеспечить минимально возможное, соответствующее заданным CВЫХ и fB, значение максимальной величины модуля коэффициента отражения в полосе частот от нуля до fB.
