Для уменьшения потребляемой мощности и увеличения КПД с 1,4 до 28 процентов, в цепи коллектора сопротивление заменяем дросселем сопротивление которого в рабочем диапазоне частот много больше, чем общее сопротивление нагрузки.
В результате предложенного решения общий коэффициент усиления составил 42 дБ.
2. Техническое задание
Усилитель должен отвечать следующим требованиям:
1. Рабочая полоса частот: 1-100 МГц.
2. Линейные искажения
в области нижних частот не более 3 дБ,
в области верхних частот не более 3 дБ.
3. Коэффициент усиления 30 дБ.
4. Амплитуда выходного напряжения Uвых=4 В.
5. Диапазон рабочих температур: от +10 до +60 С0.
6. Сопротивление источника сигнала Rг=50 Ом.
7. Сопротивления нагрузки Rн=1000 Ом.
8. Емкость нагрузки Сн=40 пФ.
3. Расчётная часть
3.1 Структурная схема усилителя.
Для обеспечения заданного коэффициента усиления равного 30 дБ при коэффициенте усиления транзистора около 10дБ, примем число каскадов усилителя равное 3.
Структурная схема, представленная на рисунке 3.1, содержит кроме усилительных каскадов цепи отрицательной обратной связи, источник сигнала и нагрузку.
3.2 Распределение линейных искажений в области ВЧ
Расчёт усилителя будем проводить исходя из того, что искажения [7] распределены между каскадами равномерно, а так как всего три каскада и общая неравномерность должна быть не больше 3 дБ, то на каждый каскад приходится по 1 дБ.
3.3 Расчёт выходного каскада
3.3.1 Выбор рабочей точки
Как отмечалось выше в качестве выходного каскада будем использовать каскад с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению обладающий наибольшей широкополосностью, при работе на ёмкостную нагрузку.
Рассчитаем рабочую точку двумя способами:
1.При использовании дросселя в цепи коллектора.
2.При использовании активного сопротивления Rк в цепи коллектора.
1.Расчет рабочей точки при использовании при использовании дросселя в цепи коллектора.
Сопротивление обратной связи Rос находим исходя из запланированного на выходной каскад коэффициента усиления, сопротивления генератора или другими словами выходного сопротивления предыдущего каскада и рассчитываем по следующей формуле [6]:
, . (3.3.1)
Координаты рабочей точки можно приближённо рассчитать по следующим формулам [7]:
, (3.3.2)
где , (3.3.3)
, (3.3.4)
, (3.3.5)
где – начальное напряжение нелинейного участка выходных
характеристик транзистора, .
, (3.3.6)
, (3.3.7)
. (3.3.8)
Рассчитывая по формулам 3.3.2 и 3.3.5, получаем следующие координаты рабочей точки:
,
,
,
,
.
Найдём потребляемую мощность и мощность рассеиваемую на коллекторе
,
, , , тогда
Выбранное сопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.
Произведём построение нагрузочных прямых для дроссельного каскада: Еп = 6,5(В), Uкэ0 = 6,5(В), Iк0 = 0,121(А), , где , , DUк найдём по формуле: , а .
2. Расчет рабочей точки при использовании активного сопротивления Rk в цепи коллектора.
Выберем Rк=Rн =1000 (Ом).
Координаты рабочей точки можно приближённо рассчитать по следующим формулам [7]:
, (3.3.9)
, (3.3.10)
. (3.3.11)
Рассчитывая по формулам 3.3.9 и 3.3.10, получаем следующие значения:
,
,
,
,
,
, где .
Найдём потребляемую мощность и мощность рассеиваемую на коллекторе по формулам (3.3.7) и (3.3.8) соответственно:
, , , где , .
Результаты выбора рабочей точки двумя способами приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1.
Eп, (В)
Iко, (А)
Uко, (В)
Pрасс.,(Вт)
Pпотр.,(Вт)
С Rк
129,043
0,123
6,5
0,797
15,813
С Lк
6,5
0,121
6,5
0,785
0,785
Из таблицы 3.1 видно, что для данного курсового задания целесообразно использовать дроссель в цепи коллектора.
Произведём построение нагрузочных прямых для резистивного каскада: Еп = 129,043(В), Uкэ0 = 6,5(В), Iк0 = 0,123(А), , где , , DUк найдём по формуле: , а .
3.3.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров:
1. Граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ
;
2. Предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер
;
3. Предельно допустимого тока коллектора
;
4. Предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе
.
Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ 610 А . Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;
2. Постоянная времени цепи обратной связи пс;
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.
3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора
3.3.3.1 Схема Джиаколетто
Многочисленные исследования показывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазоне частот удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная эквивалентная схема- схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 3.6. Подробное описание схемы можно найти [8].
