, ,
, .
Найдем так же мощность, рассеиваемую на транзисторе и мощность потребления цепи:
Сведем результаты расчетов в отдельную таблицу и проведем сравнительный анализ двух схем.
Таблица 3.1 - Сравнительный анализ схем
|
:Параметр |
|||||
|
схема с |
35 |
5.72 |
15.4 |
0.44 |
13 |
|
схема без |
13 |
2.86 |
2.86 |
0.22 |
13 |
Из таблицы видно, что мощность, рассеиваемая на транзисторе и мощность потребления цепи у дроссельного каскада в несколько раз меньше, чем у коллекторного, напряжение источника питания для него нужно небольшое, что выгодно отличает данную схему. В дальнейших расчетах она и будет использоваться.
Выбор транзистора осуществляется исходя из технического задания, по которому можно определить предельные электрические и частотные параметры требуемого транзистора. В данном случае они составляют (с учетом запаса 20%):
Iк доп > 1.2*Iк0=0.264 А
Uк доп > 1.2*Uкэ0=15.6 В (3.8)
Рк доп > 1.2*Pрасс=3.43 Вт
fт= (3-10)*fв=(3-10)*800 МГц.
Этим требованиям с достаточным запасом отвечает широко распространенный транзистор КТ 939А, основные технические характеристики которого приведены ниже [5]:
Электрические параметры:
1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ: ГГц;
2. Постоянная времени цепи обратной связи при : пс;
3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;
4. Ёмкость коллекторного перехода при В пФ;
Предельные эксплуатационные данные:
1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;
2. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт;
3. Температура перехода К.
3.3.2. Расчет эквивалентных схем транзистора КТ939А.
а) Модель Джиаколетто.
Модель Джиаколетто представлена на рис. 3.5 [1].
Рисунок 3.5 - Эквивалентная схема Джиаколетто.
Необходимые для расчета справочные данные:
, постоянная цепи обратной связи.
, статический коэффициент передачи тока базы.
, емкость коллекторного перехода.
Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода нашего транзистора:
(3.9)
Из справочных данных мы знаем, что при , а на 12В. Для того, чтобы свести параметры к одной системе воспользуемся формулой перехода:
(3.10)
в нашем случае:
Теперь, зная все параметры, можно найти сопротивление:
, тогда
Найдем значение коллекторной емкости в рабочей точке по той же формуле перехода:
Найдем значения оставшихся элементов схемы:
, (3.11)
где – паспортное значение статического коэффициента передачи,
– сопротивление эмиттерного перехода транзистора. Тогда
.
Емкость эмиттерного перехода: , где – типовое значение граничной частоты коэффициента передачи тока, взятое из паспортных данных транзистора.
Найдем оставшиеся параметры схемы:
(3.12)
(3.13)
(3.14)
б) Однонаправленная модель.
Однонаправленная модель представлена на рис. 3.6 [1].
При определении значений элементов высокочастотной модели воспользуемся паспортными данными транзистора:
(3.15)
где – входное сопротивление, – выходная емкость, – выходное сопротивление.
Рисунок 3.6 - Однонаправленная модель.
В паспортных данных значение индуктивности не указано, воспользуемся параметрами ближайшего аналога - транзистора КТ913, поделив их на 3:
где – индуктивности выводов базы и эмиттера.
В результате получим:
3.3.3. Расчет схем термостабилизации рабочей точки транзистора выходного каскада.
Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рис.3.7.
Рисунок 3.7 – Схема эмиттерной термостабилизации.
Расчет номиналов элементов осуществляется исходя из заданной рабочей точки.
Напряжение на резисторе должно быть не менее 3-5 В (в расчетах возьмем 3В), чтобы стабилизация была эффективной.
Рабочая точка:
Uкэ0= 13В,
Iк0=0.22А.
Учтя это, получим:
, где , а коллекторный ток – , что было получено ранее, тогда:
и Вт (3.16)
Базовый ток будет в раз меньше коллекторного тока:
, (3.17)
а ток базового делителя на порядок больше базового:
(3.18)
Учтя то, что напряжение питания будет следующим:
, (3.19)
найдем значения сопротивлений, составляющих базовый делитель:
(3.20)
(3.21)
Схема активной коллекторной термостабилизации усилительного каскада приведена на рис. 3.8 [1].
Рисунок 3.8 – Схема активной коллекторной термостабилизации.
В качестве управляемого активного сопротивления выбран маломощный транзистор КТ 361А со средним коэффициентом передачи тока базы 50. Напряжение на сопротивлении цепи коллектора по постоянному току должно быть больше 1 В или равным ему, что и применяется в данной схеме.
Энергетический расчет схемы:
. (3.22)
Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:
. (3.23)
Видно, что рассеиваемая мощность уменьшилась в три раза по сравнению с предыдущей схемой.
Рассчитаем номиналы схемы [1]:
. (3.24)
Номиналы реактивных элементов выбираются исходя из неравенств:
. (3.25)
Этим требованиям удовлетворяют следующие номиналы:
L=100 мкГн (Rн=50 Ом) и Сбл=1 мкФ (fн=300 МГц).
Схема пассивной коллекторной термостабилизации приведена на рис. 3.9
В данной схеме напряжение на должно быть 5 – 10 В. Возьмем среднее значение – 7В.
Произведем энергетический расчет схемы:
. (3.26)
Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:
. (3.27)
Видно, что при использовании данной схемы мощность будет максимальна.
Рисунок 3.9 – Схема пассивной коллекторной термостабилизации.
Рассчитаем номиналы схемы:
. (3.28)
Сравнив эти схемы видно, что и с энергетической, и с практической точки зрения более эффективно использовать активную коллекторную термостабилизацию, которая и будет использоваться далее.
3.3.4. Расчет выходной корректирующей цепи.
Схема оконечного каскада с выходной корректирующей цепью приведена на рис.3.10.
Рисунок 3.10 – Схема оконечного каскада с выходной корректирующей цепью.
От выходного каскада усилителя требуется получение максимально возможной выходной мощности в заданной полосе частот [1] Это достигается путем реализации ощущаемого сопротивления нагрузки для внутреннего генератора транзистора равным постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Одна из возможных реализаций - включение выходной емкости транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Расчет элементов КЦ проводится по методике Фано, обеспечивающей максимальное согласование в требуемой полосе частот.
По имеющейся выходной емкости каскада (вычисленной в пункте 2.3.2) найдем параметр b3, для расчета воспользуемся таблицей, приведенной в [1]:
. (3.29)
Из таблицы получим следующие значения параметров с учетом величины b3 (произведя округление ее в нужную сторону):
C1н=b1=1.9, L1н=b2=0.783, C1н=b3=1.292, S=0.292, 1.605.
Разнормируем параметры и найдем номиналы элементов схемы:
. (3.30)
