Мощности рассеивания и потребления рассчитывались по формулам:
, (2.6)
(2.7).
Таблица наглядно показывает, что использовать дроссель в цепи коллектора намного выгоднее с энергетической точки зрения. Поэтому далее будем использовать именно эту схему.
Выбор транзистора осуществляется исходя из технического задания, по которому можно определить предельные электрические и частотные параметры требуемого транзистора. Для данного задания они составляют (с учетом запаса 20%):
Iк доп > 1.2*Iк0=0.372 А
Uк доп > 1.2*Uкэ0=20 В (2.8)
Рк доп > 1.2*Pрасс=6.2 Вт
Fт= (3-10)*fв=(3-10)*200 МГц.
Этим требованиям с достаточным запасом отвечает транзистор 2Т 916А [1], сравнительные справочные данные которого приведены ниже:
Iк=2 А – максимально допустимый постоянный ток коллектора,
Uкэ=55 В – максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер,
Pк=20 Вт – выходная мощность при 1ГГц,
Fт= 1.4 ГГц – граничная частота коэффициента передачи тока базы,
, постоянная времени цепи обратной связи,
, статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером,
, емкость коллекторного перехода,
, коэффициент передачи тока в схеме с общей базой,
, емкость коллекторного перехода, при напряжении коллектор-эмиттер, равном 10 В,
Lэ=0.35 нГн, индуктивность эмиттерного выхода,
Lб=1 нГн, индуктивность базового вывода.
2.3.2. Расчет эквивалентных схем транзистора 2Т 916А
В данном пункте рассчитаем две эквивалентные схемы замещения транзистора: низкочастотную модель Джиаколетто [2] и высокочастотную однонаправленную модель [2]. Полученные эквивалентные параметры найдут применение в последующих расчетах.
а) Модель Джиаколетто
Модель Джиаколетто представлена на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5 - Эквивалентная схема Джиаколетто.
Для расчета используем справочные данные, выписанные выше [1]. Пересчитаем емкость коллекторного перехода на напряжение 10 В:
, емкость коллекторного перехода, рассчитанная при том же напряжении, что и постоянная времени цепи обратной связи.
Элементы схемы рассчитываются по формулам [2]:
, (2.9)
,
, (2.10)
, (2.11)
,
, (2.12)
, (2.13)
, (2.14)
.
б) Однонаправленная модель
Однонаправленная модель представлена на рисунке 2.6 данного пункта.
Рисунок 2.6 - Однонаправленная модель.
Элементы модели рассчитываются на основе справочных данных по формулам [2]:
, (2.15)
. (2.16)
2.3.3 Расчет схем термостабилизации
В этом пункте производится сравнение эффективности использования различных схем термостабилизации транзистора выходного каскада: эмиттерной и активной коллекторной. Схема термостабилизации поддерживает значение постоянного тока, текущего через транзистор, на определенном, неизменном уровне при изменении внешних факторов (температура). Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7 – Схема эмиттерной термостабилизации.
Расчет номиналов элементов осуществляется по известной методике, исходя из заданной рабочей точки. На эмиттере должно падать напряжение не менее 3-5 В, чтобы стабилизация была эффективной. Рабочая точка:
Uкэ0= 16.5В,
Iк0=0.31А.
Номинал резистора Rэ находится по закону Ома:
. (2.17)
Емкость СЭ обеспечивает беспрепятственное прохождение высокочастотной составляющей эмиттерного тока. Рассчитывается по формуле:
. (2.18)
Тогда .
Мощность, рассеиваемая на резисторе RЭ:
. (2.19)
Видно, что рассеиваемая мощность значительна. Это является определенным недостатком, т.к. создает дополнительные сложности при практическом исполнении устройства.
Энергетический расчет производится по формулам:
. (2.20)
Номиналы резисторов делителя рассчитываются по формулам:
. (2.21)
Расчет схемы эмиттерной термостабилизации закончен.
Схема активной коллекторной термостабилизации усилительного каскада приведена на рисунке 2.8.
Рисунок 2.8 – Схема активной коллекторной термостабилизации.
В качестве управляемого активного сопротивления выбран маломощный транзистор КТ 316А со средним коэффициентом передачи тока базы 50. Напряжение на сопротивлении цепи коллектора по постоянному току должно быть больше 1 В, в данной схеме оно принято за 1.24 В.
Энергетический расчет схемы производится по формулам [2]:
. (2.22)
Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:
. (2.23)
Видно, что мощность рассеивания на отдельном резисторе уменьшилась почти в три раза по сравнению с предыдущей схемой.
Рассчитаем номиналы схемы [2]:
. (2.24)
Номиналы реактивных элементов рассчитываются по формулам:
(2.25)
Этим требованиям удовлетворяют следующие номиналы:
Сравнивая две схемы видно, что более эффективно использовать активную коллекторную термостабилизацию, и с энергетической, и с практической точек зрения. Поэтому далее в принципиальной электрической схеме усилителя будет использоваться активная коллекторная схема термостабилизации.
2.3.4. Расчет выходной корректирующей цепи
Схема оконечного каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией приведена на рисунке 2.9.
Рисунок 2.9 – Схема выходной корректирующей цепи.
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, чтобы применить таблицу коэффициентов [1]:
. (2.26)
Требуемые параметры из таблицы коэффициентов [1] с учетом величины b3:
C1н=b1=1.2, L1н=b2=0.944, 1.238.
Разнормируем параметры и найдем номиналы элементов схемы:
. (2.27)
2.3.5 Расчет межкаскадной корректирующей цепи
Межкаскадная корректирующая цепь четвертого порядка представлена на рисунке 2.10.
Рисунок 2.10 - Межкаскадная корректирующая цепь четвертого порядка.
Цепь такого вида обеспечивает реализацию усилительного каскада с различным наклоном АЧХ, лежащим в пределах необходимых отклонений (повышение или понижение) с заданными частотными искажениями [1]. Таблица коэффициентов, полученная с помощью методики проектирования согласующе-выравнивающих цепей транзисторных усилителей, позволяет выбрать нормированные значения элементов МКЦ исходя из технического задания. МКЦ в данном усилителе должна обеспечить нулевой подъем АЧХ, с частотными искажениями в пределах . Требованиям технического задания соответствуют табличные [1] значения:
Тип транзистора в каскаде, предшествующему данной МКЦ, точно такой же, как и в выходном каскаде. Это имеет значение для параметров нормировки элементов МКЦ оконечного каскада. Для расчета нормированных значений элементов МКЦ, обеспечивающих заданную форму АЧХ с учетом реальных значений Cвых и Rн, следует воспользоваться формулами пересчета [1]:
. (2.28)
Найдем величины, необходимые для расчета нормированных величин по известным формулам:
Пересчитаем табличные величины с учетом корректирующих формул:
(2.29)
Разнормируем элементы МКЦ по формулам:
, . (2.30)
Рассчитаем номиналы элементов корректирующей схемы:
Рассчитаем дополнительные параметры:
(2.31)
где S210- коэффициент передачи оконечного каскада. Расчет оконечного каскада закончен.
2.4 Расчет предоконечного каскада
Транзистор остался прежним. Это диктуется требованиями к коэффициенту усиления. Значения элементов схемы Джиаколетто и однонаправленной модели не изменились.
2.4.1 Активная коллекторная термостабилизация
Схема активной коллекторной термостабилизации предоконечного каскада приведена на рисунке 2.11.
Рисунок 2.11 – Схема активной коллекторной термостабилизации.
Все параметры для предоконечного каскада остались прежними, но изменилась рабочая точка:
Uкэ0= 16.5В
Iк0= Iк0оконечного/S210Vtоконечного=0.101А.
Энергетический расчет производится по формулам, аналогичным (2.22):
