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;
2.2.2 Расчёт эквивалентных схем замещения транзистора.
2.2.2.1Расчёт параметров схемы Джиаколетто.
Рисунок 2.2.2.1.1- Эквивалентная схема биполярного
транзистора (схема Джиаколетто).
Найдём параметры всех элементов схемы:[2]
Пересчитаем ёмкость коллектора из паспортной: Ск(треб)=Ск(пасп)*=1,6×=2,92 (пФ)
Найдём gб=, причём rб= :
rб= =2,875 (Ом); gб==0,347 (Cм);
Для нахождения rэ воспользуемся формулой rэ=, где Iк0 в мА:
rэ= =1,043 (Ом);
Найдём оставшиеся элементы схемы
gбэ==0,017,где ß0=55 по справочнику;
Cэ==30,5 (пФ),где fТ=5000Мгц по справочнику;
Ri= =100 (Ом), gi=0.01(См),где Uкэ(доп)=20В Iко(доп)=200мА.
2.2.2.2Расчёт однонаправленной модели транзистора.
Данная модель применяется в области высоких частот.
Рисунок 2.2.2.2.1- Однонаправленная модель транзистора.
Параметры эквивалентной схемы расчитываются по приведённым ниже формулам.[2]
Входная индуктивность:
, (2.2.2.1)
где –индуктивности выводов базы и эмиттера.
Входное сопротивление:
, (2.2.2.2)
где , причём , и – справочные данные.
Выходное сопротивление:
. (2.2.2.3)
Выходная ёмкость:
. (2.2.2.4)
В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы:
Lвх= Lб+Lэ=1+0,183=1,183 (нГн);
Rвх=rб=2,875 (Ом);
Rвых=Ri=100 (Ом);
Свых=Ск(треб)=2,92 (пФ);
fmax=fт=5 (ГГц)
2.2.3 Расчёт и выбор схемы термостабилизации.
2.2.3.1 Эмитерная термостабилизация.
Эмитерная термостабилизация широко используется в маломощных каскадах, так как потери мощности в ней при этом не значительны и её простота исполнения вполне их компенсирует, а также она хорошо стабилизирует ток коллектора в широком диапазоне температур при напряжении на эмиттере более 3В.[1]
Рисунок 2.2.3.1.1- Каскад с эмитерной термостабилизацией.
Рассчитаем параметры элементов данной схемы.
Uэ=4 (В);
Eп=Uкэ0+Uэ=7 (В);
Rэ= ==90,91 (Ом);
Rб1=, Iд=10×Iб, Iб=, Iд=10× =10×=0,008 (А);
Rб1==264,1 (Ом);
Rб2= =534,1 (Ом).
Наряду с эмитерной термостабилизацией используются пассивная и активная коллекторная термостабилизации.[1]
2.2.3.2Пассивная коллекторная термостабилизация:
Ток базы определяется Rб. При увеличении тока коллектора напряжение в точке А падает и следовательно уменьшается ток базы, а это не даёт увеличиваться дальше току коллектора. Но чтобы стал изменяться ток базы, напряжение в точке А должно измениться на 10-20%, то есть Rк должно быть очень велико, что оправдывается только в маломощных каскадах[1].
Рисунок 2.2.3.2.1- Схема пассивной коллекторной термостабилизации
Rк==159.1(Ом);
URк=7 (В);
Eп=Uкэ0+URк=10 (В);
Iб==0.0008(А);
Rб= =2875 (Ом).
2.2.3.3 Активная коллекторная термостабилизация.
Можно сделать чтобы Rб зависило от напряжения в точке А см. рис.(2.2.3.2.1). Получим что при незначительном уменьшении (увеличении) тока коллектора значительно увеличится (уменьшится) ток базы. И вместо большого Rк можно поставить меньшее на котором бы падало порядка 1В см. рис.(2.2.3.3.1).[1]
b2=100;
Rк===22,73 (Ом);
Eп=Uкэ0+UR=4 (В);
Iд2=10×Iб2=10×=0.00008 (A);
R3==28,75 (кОм);
R1==21,25 (кОм);
R2==4.75 (кОм).
Рисунок 2.2.3.3.1- Активная коллекторная термостабилизация.
Данная схема требует значительное количество дополнительных элементов, в том числе и активных. Если Сф утратит свои свойства, то каскад самовозбудится и будет не усиливать, а генерировать.Основываясь на проведённом выше анализе схем термостабилизации выберем эмитерную.
3 Расчёт входного каскада по постоянному току
3.1 Выбор рабочей точки
При расчёте требуемого режима транзистора промежуточных и входного каскадов по постоянному току следует ориентироваться на соотношения, приведённые в пункте 2.2.1 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.
3.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 2.2.1. Этим требованиям отвечает транзистор КТ3115А-2. 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 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.
7. Ёмкость эмиттерного перехода пФ;
Предельные эксплуатационные данные:
1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;
2. Постоянный ток коллектора мА;
3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт;
3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора
Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 2.2.2.2.1 Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 2.2.2.1
нГн;
пФ;
Ом
Ом;
Ом;
пФ.
3.3 Расчёт цепи термостабилизации
Для входного каскада также выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.3.1.
Рисунок 3.3.1
Метод расчёта схемы идентичен приведённому в пункте 2.2.3.1 с той лишь особенностью что присутствует, как видно из рисунка, сопротивление в цепи коллектора . Эта схема термостабильна при В и мА. Напряжение питания рассчитывается по формуле В.
Расчитывая элементы получим:
Ом;
кОм;
кОм;
4.1 Расчет полосы пропускания выходного каскада
Поскольку мы будем использовать комбинированные обратные [1], то все соответствующие элементы схемы будут одинаковы, т.е. по сути дела расчёт всего усилителя сводится к расчёту одного каскада.
Рисунок 2.3.1 - Схема каскада с комбинированной ООС
Достоинством схемы является то, что при условиях
и (4.1.1)
схема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие ³0,7. Поэтому практически отсутствует взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании [6].
При выполнении условия (1.53), коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением:
, (4.1.2)
где ; (4.1.3)
;
.
Из (2.3.1), (2.3.3) не трудно получить, что при заданном значении
. (4.1.4)
При заданном значении , каскада равна:
, (4.1.5)
где .
Нагружающие ООС уменьшают максимальную амплитуду выходного сигнала каскада, в котором они используются на величину
.
При выборе и из (4.1.3), ощущаемое сопротивление нагрузки транзистора каскада с комбинированной ООС равно .
Расчёт Kо:
Для реализации усилителя используем четыре каскада. В этом случае коэффициент усиления на один каскад будет составлять:
Ко==4.5дБ или 1.6 раза
(Ом);
Rэ= (Ом);
;
;
Общий уровень частотных искажений равен 3 дБ, то Yв для одного каскада примем равным:
;
;
Подставляя все данные в (4.1.5) находим fв:
