3.           Отношение полиномов Гурвица числителя и знаменателя является искомой функцией (3.1).

Многократное решение системы линейных неравенств (3.4) для различных  и , расчет векторов коэффициентов  и вычисление нормированных значений элементов рассматриваемой МКЦ позволяют осуществить синтез таблиц нормированных значений элементов МКЦ, по которым ведется проектирование усилителей.

3.2 Вывод аналитического выражения для описания коэффициента передачи каскада с МКЦ

Воспользовавшись вышеописанным методом расчета, произведем расчет схемы, представленной на рисунке 2.14.  Для вывода аналитического выражения коэффициента передачи каскада с МКЦ в схеме 2.6 заменим полевой транзистор его однонаправленной моделью [40]. Полученная  схема представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1. – Схема каскада с МКЦ.

В области частот удовлетворяющих условию , где - постоянная времени входной цепи ПТ, входной и выходной импедансы транзисторов могут быть аппроксимированы С и RC – цепями [40]. Элементы указанных цепочек могут быть рассчитаны по следующим соотношениям [40]:

                                            ;                                  (3.5)

                                   ;                                         (3.6) 

                                            ,                                              (3.7)    

 где - емкости затвор-исток, затвор-сток, сток-исток ПТ;

       - крутизна ПТ;

       - сопротивление нагрузки каскада.

С учетом (3.1) коэффициент передачи последовательного соединения МКЦ и транзистора, для схемы рисунка 2.14, может быть описан выражением:

                                   (3.8)

где  ;

;

;

;

.

Предполагая известными  и , выразим элементы МКЦ:

                                               ;    

       ;                                               (3.9)

                                                  .

3.3 Синтез функции-прототипа передаточной характеристики

Согласно [43] для нахождения коэффициентов  необходимо представить нормированное значение квадрата модуля передаточной характеристики (3.1) в виде (3.3). Так как полиномы числителя и знаменателя  положительны, модульные неравенства заменим простыми и записать задачу в виде (3.4). Для нашего случая это выражение  будет иметь вид:

 .                   (3.10)

Решая систему (3.10)  при условии максимизации функции цели:           В3 = max, найдем вектор коэффициентов , обеспечивающий получение максимального коэффициента усиления при заданной допустимой неравномерности АЧХ в заданном диапазоне частот.

По известным корням уравнения:

найдем коэффициенты .

Предлагаемая методика была реализована в виде программы в среде Maple V Release 4, с помощью которой получены нормированные значения элементов МКЦ для ряда значений  и . Результаты расчетов приведены в  таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Нормированные значения элементов МКЦ.

Зная нормированные значения элементов МКЦ можно произвести расчет реальных элементов по следующей методике.

·        Задаем сопротивление  генератора Rг, сопротивление нагрузки Rн, верхнюю граничную частоту пропускания усилителя fв, допустимую неравномерность АЧХ δ.

·        Используя справочные данные транзистора, выбранного в качестве усилительного элемента, по выражению (3.5) находим Свх.

·        Нормируем Свх относительно fв и  Rг:

 Свхн = 2 . π. . Свх . Rг.                                            (3.11)

·        Из таблицы 3.1, в колонке с заданной неравномерностью, находим ближайшее к полученной Свхн значение Свхн.

·        Для этого значения Свхн находим С1н, С3н и L2н.

·        При разнормировке полученных значений элементов МКЦ находим истинные значения элементов, обеспечивающие заданную неравномерность.

·        Коэффициент усиления каскада находим по выражению:

.                                         (3.12)

3.4 Анализ полученных результатов

Воспользовавшись вышеописанной методикой, проведем сравнительный анализ результатов полученных при помощи программы OPTMAMP. Сравним результат, полученный этой программой при оптимизации МКЦ с результатом, полученным при помощи вышеизложенной методикой.

Для этого, согласно методике, найдем значения элементов МКЦ в усилителях:

1.     На транзисторе 3П602А с граничной частотой 2 ГГц и неравномерностью АЧХ  ±0,5дБ.

2.     На транзисторе КП907Б с граничной частотой 200 МГц и неравномерностью АЧХ  ±0,5дБ.

Согласно выражению (3.5) и данных таблицы 2.1 при Rг = Rн = 50 Ом найдем значения Свх этих транзисторов.

Для транзистора 3П602А:

Ф.

Для транзистора 3КП907Б:

Ф.

Нормированные значения Свхн:

Для транзистора 3П602А:

Для транзистора КП907Б:

При заданной неравномерности АЧХ ±0,5дБ в таблице 3.1 находим ближайшее значение Свхн и соответствующие ей С1н, С3н и L2н.

Для транзистора 3П602А:

Свхн = 2,0; С1н =0,755; С3н = 3,577; L2н =1,336.

Для транзистора КП907Б:

Свхн =3,5; С1н =0,755; С3н =1,906 ; L2н =1,336.

После разнормировки получим следующие значения элементов МКЦ.

Для транзистора 3П602А:

Для транзистора КП907Б:

Рисунок 3.2 – Сравнение АЧХ усилителей рассчитанных: при помощи программы оптимизации –––– , при помощи синтезированных таблиц –––– на транзисторе 3П602А.

Рисунок 3.3 – Сравнение АЧХ усилителей рассчитанных: при помощи программы оптимизации –––– , при помощи синтезированных таблиц –––– на транзисторе КП907Б.

Результаты сравнения представлены на рисунке 3.2 для усилителя на транзисторе 3П602А  и рисунке 3.3 для усилителя на транзисторе КП907Б. Как видно, предлагаемая методика позволяет осуществить синтез таблиц нормированных значений элементов МКЦ, является достаточно точной, и обеспечивает сокращение времени, необходимого для проектирования и экспериментальной отработки усилителей.

4  Технико-экономическое обоснование

4.1  Обоснование целесообразности разработки проекта 

Технико-экономическое обоснование дипломной работы основывается на отсутствии простой в применении методики расчета МКЦ необходимой при проектировании сверхширокополосных усилителей. Целью данного дипломного проекта является разработка методики расчета МКЦ сверхширокополосного усилителя на мощных полевых транзисторах, обеспечивающий максимальный коэффициент передачи при заданных неравномерности АЧХ и полосе пропускания. Данная методика необходима для создания интегральных микросхем мощных сверхширокополосных усилителей систем нелинейной радиолокации. Помимо этого методика может быть использована и при инженерных расчетах. Экономический эффект при этом основывается на том, что разработчик при минимальных затратах средств и времени может спроектировать сверхширокополосный усилитель с заданными характеристиками.

        При оценке  научно - технического уровня разработки применяется метод балльных оценок. Метод балльных оценок заключается в том, что каждому фактору по принятой шкале присваивается определенное количество баллов. Общую оценку приводят по сумме баллов всех показателей или рассчитывают по формуле. На основе полученной оценки делают вывод о целесообразности разработки. На основе оценок признаков работы определяется коэффициент научно-технической уровня (НТУ) работы по формуле:

                                       ,                                              (4.1)    

 где  JНТУ – комплексный показатель качества разрабатываемого продукта;

       n – количество показателей качества разработанного продукта (nmin=4);

       Кi – коэффициент весомости i-го показателя в долях единицы, устанавливается экспертным путем;

        Xi – относительный показатель качества, устанавливается экспертным путем по десятибалльной шкале.

        По таблицам 4.1 – 4.4 определим  баллы и коэффициенты значимости для методики расчета МКЦ.

 Таблица 4.1 – Оценка уровня новизны

 Таблица 4.2 – Баллы значимости теоретического уровня

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8