;

2.               предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер

;

3.                  предельно допустимого тока коллектора

;

4.                  предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе

.

Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ 610 А . Его основные технические характеристики приведены ниже.

Электрические параметры:

1.                  Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;

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;

4.                  Температура перехода К.

3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора

          3.3.3.1 Схема Джиаколетто

Многочисленные исследования показывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазоне частот удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная  эквивалентная схема- схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 3.6. Подробное описание схемы можно найти [3].

Рисунок 3.6 – Схема Джиаколетто

          Достоинство этой схемы заключается в следующем: схема Джиаколетто с достаточной для практических расчетов точностью отражает реальные свойства транзисторов на частотах  f £ 0.5fт ; при последовательном применении этой схемы и найденных с ее помощью Y- параметров транзистора достигается наибольшее единство теории ламповых и транзисторных усилителей.

Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами [2].

при В

          Справочные данные для транзистора КТ610А:

 Cк- емкость коллекторного перехода,

tс- постоянная времени обратной связи,

bо- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.

          Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле :

                                                           (3.3.12)

где U¢кэо – справочное или паспортное значение напряжения;

       Uкэо –  требуемое значение напряжения.

          Сопротивление базы рассчитаем по формуле:

                                                                                              (3.3.13)

          Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:

                                                                                         (3.3.14)

          Найдем ток эмиттера по формуле:

                                                                                               (3.3.15)

А

          Найдем сопротивление эмиттера по формуле:

                                                               (3.3.16)

где Iэо – ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА.

          Проводимость база-эмиттер расчитаем по формуле:

(3.3.17)

          Определим  диффузионную емкость  по формуле:

(3.3.18)

          Крутизну транзистора определим по формуле:

(3.3.19)

3.3.3.2 Однонаправленная модель

Поскольку рабочие частоты усилителя заметно больше частоты , то из эквивалентной схемы можно исключить входную ёмкость, так как она не влияет на характер входного сопротивления транзистора. Индуктивность же выводов транзистора напротив оказывает существенное влияние и потому должна быть включена в модель. Эквивалентная высокочастотная модель представлена на рисунке 3.7. Описание такой модели можно найти в [2].

Рисунок 3.7

Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам [2].

Входная индуктивность:

,                                                                                  (3.3.20)

где –индуктивности выводов базы и эмиттера.

Входное сопротивление:

,                                                                                         (3.3.21)

где , причём , и  – справочные данные.

Крутизна транзистора:

,                                                                     (3.3.22)

где , , .

Выходное сопротивление:

.                                                                                  (3.3.23)

Выходная ёмкость:

.                                                        (3.3.24)

В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы:

нГн;

пФ;

Ом

Ом;

А/В;

Ом;

пФ.

3.3.4 Расчет полосы пропускания.

Проверим обеспечит ли выбранное сопротивлении обратной связи Rос, расчитанное в пункте 3.3.1, на нужной полосе частот требуемый коэффициент усиления, для этого воспользуемся следующими формулами[2]:

(3.3.25)

                                    (3.3.26)

Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле (3.3.12):

Найдем сопротивление базы по формуле (3.3.13):

          Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле (3.3.14):

          Найдем ток эмиттера по формуле (3.3.15):

А

          Найдем сопротивление эмиттера по формуле (3.3.16):

Ом

          Определим  диффузионную емкость  по формуле (3.3.18):

пФ

,              (3.3.27)

,                                                                                  (3.3.28)

где    Yн – искажения приходящиеся на каждый конденсатор;

дБ,

или

                                                                                   (3.3.29)

Гц

          Выбранное сопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.

3.3.5 Расчёт цепей термостабилизации

Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная.

3.3.4.1 Пассивная коллекторная термостабилизация

Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.8) используется на малых мощностях и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу через базовый делитель.

Рисунок 3.8

Расчёт, подробно описанный в [3], заключается в следующем: выбираем напряжение  (в данном случае 7В) и ток делителя (в данном случае , где  – ток базы), затем находим элементы схемы по формулам:

;                                                                           (3.3.30)

,                                                                                   (3.3.31)

где – напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В;

.                                                                         (3.3.32)

Получим следующие значения:

Ом;

Ом;

Ом.

3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация

Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.9. Её описание и расчёт можно найти в [2].

Рисунок 3.9

В качестве VT1 возьмём КТ361А. Выбираем падение напряжения на резисторе  из условия (пусть В), затем производим следующий расчёт:

;                                                                                   (3.3.33)

;                                                                              (3.3.34)

;                                                                         (3.3.35)

;                                                                            (3.3.36)

,                                                                            (3.3.37)

где  – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ361А;

;                                                                            (3.3.38)

;                                                                         (3.3.39)

.                                                                       (3.3.40)

Получаем следующие значения:

Ом;

мА;

В;

кОм;

А;

А;

кОм;

кОм.

Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 по переменному току был заземлён.

3.3.4.3 Эмиттерная термостабилизация

Для выходного каскада выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.10. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [3].

Рисунок 3.10

Расчёт производится по следующей схеме:

1.Выбираются напряжение эмиттера  и ток делителя  (см. рис. 3.4), а также напряжение питания ;

2. Затем рассчитываются .

3. Производится поверка – будет ли схема термостабильна при выбранных значениях  и . Если нет, то вновь осуществляется подбор  и .

В данной работе схема является термостабильной при В и  мА. Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле В. Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:

;                                                                                    (3.3.41)

;                                                                            (3.3.42)

.                                                                  (3.3.43)

Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной производится расчёт приведённых ниже величин.

Тепловое сопротивление переход – окружающая среда:

,                                                                               (3.3.44)

где , – справочные данные;

К – нормальная температура.

Температура перехода:

,                                                                            (3.3.45)

где К – температура окружающей среды (в данном случае взята максимальная рабочая температура усилителя);

 – мощность, рассеиваемая на коллекторе.

Неуправляемый ток коллекторного перехода:

,                                                                         (3.3.46)

где  – отклонение температуры транзистора от нормальной;

 лежит в пределах А;

 – коэффициент, равный 0.063–0.091 для германия и 0.083–0.120 для кремния.

Параметры транзистора с учётом изменения температуры:

,                                                                  (3.3.47)

где  равно 2.2(мВ/градус Цельсия) для германия и

3(мВ/градус Цельсия) для кремния.

,                                                        (3.3.48)

где (1/ градус Цельсия).

Определим полный постоянный ток коллектора при изменении температуры:

,  (3.3.49)

где

.                              (3.3.50)

Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия:

,

где .                                                                     (3.3.51)

Рассчитывая по приведённым выше формулам, получим следующие значения:

Ом;

Ом;

Ом;

Ом;

К;

К;

А;

Ом;

;

Ом;

А;

А.

Как видно из расчётов условие термостабильности не выполняется.

3.4 Расчёт входного каскада по постоянному току

3.4.1 Выбор рабочей точки

При расчёте требуемого режима транзистора промежуточных и входного каскадов по постоянному току следует ориентироваться на соотношения, приведённые в пункте 3.3.1 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.

3.4.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ371А. 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.

Предельные эксплуатационные данные:

1.   Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;

2.   Постоянный ток коллектора мА;

3.   Постоянная рассеиваемая мощность коллектора  Вт;

4.   Температура перехода К.

3.4.3 Расчет входного каскада

Как уже отмечалсь в качестве входного каскада будем испльзовать каскад с комбинированной отрицательной обратной связью состоящцю из  и  обладающая, как и выходной наибольшей широкополосностью, и одновременно играет роль согласующего устройства между выходным каскадом и генератором, его схема по переменному току изображена на рисунке 3.11.

Рисунок 3.11

Сопротивление обратной связи Rос находим исходя из следующих соотношений [2]:

                                                                                              (3.4.1)

                                                                                     (3.4.2)

Входное сопротивление выходного каскада равно сопротивлению генератора:

Страницы: 1, 2, 3