,                                                        (3.3.26)

где (1/ градус Цельсия).

Определим полный постоянный ток коллектора при изменении температуры:

,  (3.3.27)

где

.                              (3.3.28)

Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия:

,

где .                                                                     (3.3.29)

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 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 нс;

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 Расчёт эквивалентной схемы транзистора

Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.3. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.

нГн;

пФ;

Ом

Ом;

А/В;

Ом;

пФ.

3.4.4 Расчёт цепи термостабилизации

Для входного каскада также выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7

Метод расчёта схемы идентичен приведённому в пункте 3.3.4.3 с той лишь особенностью что присутствует, как видно из рисунка, сопротивление в цепи коллектора . Это сопротивление является частью корректирующей цепи и расчёт описан в пункте 3.5.2.

Эта схема термостабильна при В и  мА. Напряжение питания рассчитывается по формуле В.

Рассчитывая по формулам 3.3.19–3.3.29 получим:

кОм;

кОм;

кОм;

кОм;

К;

К;

А;

кОм;

;

Ом;

мА;

мА.

Условие термостабильности выполняется.

3.4 Расчёт корректирующих цепей

3.4.1 Выходная корректирующая цепь

Расчёт всех КЦ производится в соответствии с методикой описанной в [4]. Схема выходной корректирующей цепи представлена на рисунке 3.8. Найдём – выходное сопротивление транзистора нормированное относительно  и .

                                                                 (3.5.1)

.

Рисунок 3.8

Теперь по таблице приведённой в [4] найдём ближайшее к рассчитанному значение  и выберем соответствующие ему нормированные величины элементов КЦ  и , а также –коэффициент, определяющий величину ощущаемого сопротивления нагрузки  и модуль коэффициента отражения .

Найдём истинные значения элементов по формулам:

;                                                                                  (3.5.2)

;                                                                                  (3.5.3)

.                                                                                    (3.5.4)

нГн;

пФ;

Ом.

Рассчитаем частотные искажения в области ВЧ, вносимые выходной цепью:

,                                                                       (3.5.5)

,

или дБ.

3.5.2 Расчёт межкаскадной КЦ

Схема МКЦ представлена на рисунке 3.9. Это корректирующая цепь четвёртого порядка, нормированные значения её элементов выбираются из таблицы, которую можно найти в [4], исходя из требуемой формы и неравномерности АЧХ. Нужно учесть, что элементы, приведённые в таблице, формируют АЧХ в диапазоне частот от 0 до , а в данной работе каждая КЦ должна давать подъём 3дБ на октаву. Следовательно, чтобы обеспечить такой подъём нужно выбирать элементы, которые дают подъём 6дБ в диапазоне от 0 до .

Рисунок 3.9

Нормированные значения элементов КЦ, приведённые ниже, выбраны для случая, когда неравномерность АЧХ цепи не превышает ±0.5дБ.

Эти значения рассчитаны для случая, когда ёмкость слева от КЦ равна 0, а справа – ¥. Произведём пересчёт значений по приведённым ниже формулам [4] с учётом того, что ёмкость слева равна выходной ёмкости транзистора VT1.

,                                                                                         (3.5.6)

,                                                                                      (3.5.7)

,                                                                       (3.5.8)

,                                      (3.5.9)

.                                                           (3.5.10)

В формулах 3.5.6-3.5.10  – это нормированная выходная ёмкость транзистора VT1. Нормировка произведена относительно выходного сопротивления VT1 и циклической частоты :

.

Получаем следующие пересчитанные значения:

Все величины нормированы относительно верхней циклической частоты  и выходного сопротивления транзистораVT1. После денормирования получим следующие значения элементов КЦ:

мкГн;

Ом;

пФ;

пФ;

нГн.

При подборе номиналов индуктивность  следует уменьшить на величину входной индуктивности транзистора. Нужно также отметить, что  и  стоят в коллекторной цепи входного каскада.

Найдём суммарный коэффициент передачи корректирующей цепи и транзистора VT2 в области средних частот по формуле [2]:

,                                           (3.5.7)

где – коэффициент усиления транзистора по мощности в режиме двухстороннего согласования;

 – нормированное относительно выходного сопротивления транзистора VT1 входное сопротивление каскада на транзисторе VT2, равное параллельному включению входного сопротивления транзистора  и сопротивления базового делителя .

;

Ом;

.

Коэффициент усиления равен:

или дБ.

Неравномерность коэффициента усиления не превышает 1дБ.

3.5.3 Расчёт входной КЦ

Схема входной КЦ представлена на рисунке 3.10. Её расчёт, а также табличные значения аналогичны описанным в пункте 3.5.1. Отличие в том, что табличные значения не требуют пересчёта, так как ёмкость слева от КЦ равна 0, а справа – ¥. Поэтому денормировав эти значения мы сразу получим элементы КЦ. Денормируем величины относительно сопротивления генератора сигнала  и . Расчёт такой цепи также можно найти в [4].

Рисунок 3.10

Табличные значения (искажения в области ВЧ не более ±0.5 дБ):

После денормирования получаем следующие величины:

нГн;

Ом;

пФ;

пФ;

нГн.

Индуктивность  практически равна входной индуктивности транзистора VT1, поэтому её роль будут выполнять выводы транзистора.

Расчёт суммарного коэффициента передачи корректирующей цепи и транзистора VT1 в области средних частот произведём по формуле 3.5.7, заменив  на , которое находится по аналогичным формулам, и, взяв коэффициент усиления по мощности:

.

Нужно не забывать, что все нормированные величины в этом пункте нормированы относительно .

Ом;

Получим коэффициент усиления:

или дБ.

Неравномерность коэффициента усиления не превышает 1дБ. Таким образом, суммарные искажения в области ВЧ не превысят 2.5дБ.

Коэффициент передачи всего усилителя:

дБ.

3.6 Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей

На рисунке 3.11 приведена принципиальная схема усилителя. Рассчитаем номиналы элементов обозначенных на схеме. Расчёт производится в соответствии с методикой описанной в [1]

Рисунок 3.11

Рассчитаем сопротивление и ёмкость фильтра по формулам:

,                                                        (3.6.1)

где – напряжение питания усилителя равное напряжению питания выходного каскада;

 – напряжение питания входного каскада;

 – соответственно коллекторный, базовый токи и ток делителя входного каскада;

,                                                                         (3.6.2)

где – нижняя граничная частота усилителя.

кОм;

пФ.

Дроссель в коллекторной цепи выходного каскада ставится для того, чтобы выход транзистора по переменному току не был заземлен. Его величина выбирается исходя из условия:

.                                                                        (3.6.3)

мкГн.

Так как ёмкости, стоящие в эмиттерных цепях, а также разделительные ёмкости вносят искажения в области нижних частот, то их расчёт следует производить, руководствуясь допустимым коэффициентом частотных искажений. В данной работе этот коэффициент составляет 3дБ. Всего ёмкостей три, поэтому можно распределить на каждую из них по 1дБ.

Найдём постоянную времени, соответствующую неравномерности 1дБ по формуле:

,                                                       (3.6.4)

где  – допустимые искажения в разах.

нс.

Блокировочные ёмкости  и  можно рассчитать по общей формуле, взяв для каждой соответствующую крутизну.

.                                                                                   (3.6.5)

пФ;

пФ.

Величину разделительного конденсатора найдём по формуле:

,                                                                  (3.6.6)

где – выходное сопротивление транзистора VT2.

пФ.

4. Заключение

Рассчитанный усилитель имеет следующие технические характеристики:

1. Рабочая полоса частот: 400-800 МГц

2. Линейные искажения

в области нижних частот не более 3 дБ

в области верхних частот не более 2.5 дБ

3. Коэффициент усиления 30дБ с подъёмом области верхних частот 6 дБ

4. Амплитуда выходного напряжения Uвых=2.5 В

5. Питание однополярное, Eп=10 В

6. Диапазон рабочих температур: от +10 до +60 градусов Цельсия

Усилитель рассчитан на нагрузку Rн=50 Ом

Усилитель имеет запас по усилению 5дБ, это нужно для того, чтобы в случае ухудшения, в силу каких либо причин, параметров отдельных элементов коэффициент передачи усилителя не опускался ниже заданного уровня, определённого техническим заданием.