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.
2.4. Выбор входного транзистора
Транзистор входного каскада должен иметь такую же полосу частот, но, так как выходной каскад даёт достаточно высокий коэффициент усиления, то коэффициент усиления входного транзистора можно взять поменьше, чем у транзистора выходного и предоконечного каскадов [1].
