(4.23)

     После подстановки получаются следующие результаты:

        Ом

     Ом

     Ом

     Рассеиваемая мощность на Rэ:

                                                                                                   (4.24)

Тогда мощность Pэ равна:

     4.4.2 Коллекторная пассивная термостабилизация

     Этот вид термостабилизации [5,6] применяется в маломощных каскадах и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу. Расчет начинают с того, что выбирается напряжение Urк в интервале 5-10В. Потом расчитываются напряжение питания, ток базы Iб, сопротивления Rб и Rк  по выражениям:

                                                                                  (4.25)

               Рисунок 4.8 – Схема коллекторной пассивной термостабилизации

                                                                     (4.26)

                                                                                   (4.27)

                                                                                 (4.28)

Результатом подстановки будет:

          Ом

           Ом

Напряжение Еп=Uкэо, потому что при постоянном токе Urк равно нулю.

     Рассеиваемая мощность при такой термостабилизации находится по формуле:

                                                                      (4.29)

Тогда получится:

     4.4.3 Коллекторная активная термостабилизация

     В активной коллекторной термостабилизации используется дополнительный транзистор, который управляет работой основного транзистора. Эта схема применяется в мощных каскадах, где требуется высокий КПД. Её описание и расчёт можно найти в [5,6].

     Рисунок 4.9 – Схема активной коллекторной термостабилизации

      Вначале, при расчете выбирается транзистор VT1. В качестве VT1 выбран КТ361А [3]. Основные технические параметры приведены ниже.

      Электрические параметры:

-статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;

-емкость коллекторного перехода при  В пФ.

     Предельные эксплуатационные данные:

-постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;

-постоянный ток коллектора мА;

-постоянная рассеиваемая мощность коллектора при Тк=298К Вт;

      После этого выбирается падение напряжения на резисторе  из условия (пусть В), затем производится расчёт по выражениям:

;                                                                                   (4.30)

;                                                          (4.31)

;                                                                        (4.32)

;                                                                            (4.33)

,                                                                             (4.34)

;                                                                                  (4.35)

;                                                                                (4.36) 

                                                                     (4.37)

                                                                         (4.38)

      После подстановки получаем следующие значения:

 Ом

А

 Ом

Ом

Ом

     Рассеиваемая мощность на сопротивлении R4 определяется по выражению:

                                                                                (4.39)

После подстановки имеем:

В результате, если сравнить все три вида схем термостабилизации, то видно, что лучше взять активную коллекторную, так как она более экономична. К тому же, у высокочастотных транзисторов на высокой частоте эмиттер заземлен, поэтому эмиттерная термостабилизация не используется.

     4.5 Расчет элементов высокочастотной коррекции

     4.5.1 Расчет выходной корректирующей цепи

      Из теории усилителей известно [1,6], что для получения максимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора, равное постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Этого добиваются включением выходной емкости транзистора (см. рисунок 4.10) в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной корректирующей цепи (ВКЦ). Схема включения ВКЦ приведена на рисунке (4.10).

             Рисунок 4.10 - Схема выходной корректирующей цепи

     При работе усилителя без ВКЦ модуль коэффициента отражения || ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора равен

           ||=,                                        (4.40)

 а уменьшение выходной мощности относительно максимального значения, обусловленное наличием Cвых, составляет:

            ,                                      (4.41)

где  - максимальное значение выходной мощности на частоте  при условии равенства нулю ;

 - максимальное значение выходной мощности на частоте  при наличии .

     Методика Фано [6] позволяет при заданной величине  и  усилителя таким образом рассчитать элементы ВКЦ  и, что максимальное значение модуля коэффициента отражения в полосе частот от нуля до  минимально возможно.

     Найдём  – выходная емкость транзистора нормированная относительно  и  [6,7]:

                                                                      (4.42)

    .

                               Рисунок 4.11 – Схема каскада с ВКЦ

     Теперь, согласно методике Фано, по таблице, приведённой в [7], найдём ближайшее к рассчитанному значение  и выберем соответствующие ему нормированные величины элементов ВКЦ  и , а также –коэффициент, определяющий величину ощущаемого сопротивления нагрузки  и модуль коэффициента отражения :

     Найдём истинные значения элементов по формулам:

                   ;                                                                        (4.43)

                   ;                                                                         (4.44)

                   .                                                                           (4.45)

     В результате получится:

            нГн;

             пФ;

             Ом.

     4.5.2 Расчет межкаскадной корректирующей цепи

     Существует много межкаскадных корректирующих цепей для коррекции АЧХ, но так как расчитывается широкополосный усилитель, то нужна корректирующая цепь, которая обеспечивала бы требуемую неравномерность АЧХ на широкой полосе частот. Этому требованию соответствует межкаскадная корректирующая цепь (МКЦ) третьего порядка. Описание цепи можно найти в [6,7].

     Схема каскада по переменному току приведена на рисунке (4.12) .

Рисунок 4.12 - Каскад с межкаскадной корректирующей цепью третьего порядка

     Используя схему замещения транзистора приведенную на рисунке (4.5), схему (рисунок 4.12) можно представить в виде эквивалентной схемы, приведенной на рисунке (4.13).

Рисунок 4.13 - Эквивалентная схема каскада

     При расчете цепи находятся нормированные значения и  относительно  Т1 и  по выражениям:

             =,                                                                          (4.46)

             =                                                                              (4.47)

     Потом выбираются нормированные значения её элементов из таблицы,  исходя из требуемой  неравномерности АЧХ на каскад. Нужно учесть, что элементы, приведённые в таблице, формируют АЧХ в диапазоне частот от 0 до . По известным коэффициентам , , , которые нелинейно зависят от элементов схемы и являющиеся коэффициентами полинома функции передачи каскада на транзисторе Т2[6,7]:

    ,                                                (4.48)

где - коэффициент усиления каскада

     - коэффициент усиления по мощности в режиме двустороннего согласования

рассчитываются нормированные значения , ,  по формулам [6,7]:

                          (4.49)

где    ;

;

;  

;

;

;

;

,

,

=  - нормированные значения , , .

После расчета, ,  производится разнормировка для нахождения истинных значений элементов по выражениям:    

   ,           ,                   .                (4.50)

     В области нижних частот АЧХ выравнивается резистором , который рассчитывается по формуле:

                                                                                                       (4.51)

     В качестве транзистора предварительного каскада я выбрал КТ939А (его основные характеристики в  п.4.2), который будет выполнять роль транзистора Т1 на рисунке (4.13). Тогда элементы, стоящие справа и слева от МКЦ, будут равны:

     Так как  на каждый из трех каскадов приходится неравномерность АЧХ по одному децибеллу, то коэффициенты , ,  будут равны соответственно:

     Найдем нормированные значения , ,  относительно  Т1 и  по выражениям (4.49):

,

,

       =

После этого найдем все коэффициенты для выражений (4.49):

В результате получатся нормированные значения , , :

     После разнормировки  с помощью выражений (4.50) истинные значения  будут иметь вид:

     Коэффициент усиления по мощности в режиме двухстороннего согласования:

Тогда коэффициент усиления каскада на транзисторе Т2 будет равен:

или в децибеллах

      Сопротиление R1 по формуле (4.51) получается равным:

                 Ом

     5 Расчет предварительного каскада

      Расчет предваритетельного каскада аналогичен расчету оконечного. Но только рабочая точка транзистора предваритетельного каскада находится из условий работы оконечного каскада.

     В целях уменьшения числа источников питания целесообразно взять рабочую точку транзистора предваритетельного каскада равной рабочей точке транзистора оконечного каскада, т.е Uкэо=10.71В.

     Током в рабочей точке транзистора предваритетельного каскада является ток в рабочей точке транзистора оконечного каскада поделенный на коэффициент передачи каскада:

                    
                                        (5.1)

Тогда ток в рабочей точке транзистора предваритетельного каскада равен:

     После определения рабочей точки выбирается транзистор по тем же самым критериям, что рассмотрены в ( п.4.2). Выбран транзистор КТ939А [3], так как он удовлетворяет этим требованиям. Основные технические характеристики этого транзистора были приведены выше (см. п.4.2).

     Вследствие индентичности параметров транзистора для однонаправленной модели  (см. рис.4.5) из параметров, расчитанные по формулам (4.14 – 4.16), изменятся только сопротивление и  крутизна транзистора потому, что изменился ток в рабочей точке, который входит в состав выражения сопротивления эмиттера. В результате параметры однонаправленной модели будут следующие:

       Ом

      А/В

      Ом

       Ом     

     Для данного каскада, как и для оконечного, удобнее взять цепь активной термостабилизации в связи с особенностью работы транзистора КТ939А. В качестве вспомогательного транзистора цепи термостабилизации взят тот же самый (КТ361А, см. п.4.4.3), падение напряжения на резисторе я выбрал тем же (В). После расчета по формулам (4.30-4.39) получаются следующие значения:

        Ом

       А

        Ом

       Ом

      Ом

Рассеиваемая мощность на сопротивлении R4:

     Перед расчетом межкаскадной корректирующей цепи удобно взять МКЦ третьего порядка, так как она обеспечивает хорошую коррекцию АЧХ на заданной полосе частот.

Для входного каскада был выбран транзистор КТ996А (см. п.6), который будет выполнять роль транзистора Т1 на рисунке (4.13). Тогда элементы будут равны:

     Так как  на каскад приходится неравномерность АЧХ в один децибелл, то коэффициенты , ,  останутся прежними:

     Нормированные значения , ,  относительно  Т1 и  по выражениям (4.49) будут равны:

,

,

       =

После этого находятся  коэффициенты для выражений (4.49):

В результате получатся нормированные значения , , :

     Разнормируем   с помощью выражений (4.50), тогда истинные значения  будут иметь вид:

     Коэффициент усиления по мощности в режиме двухстороннего согласования:

Тогда коэффициент усиления каскада на транзисторе Т2 будет равен:

а в децибеллах

     Сопротиление R1 находится по формуле (4.51), где  в качестве нагрузочного сопротивления Rн выступает параллельное соединение выходного сопротивления транзистора и активного сопротивления межкаскадной корректирующей цепи оконечного каскада.

Сопротивление R1 получилось равным:

             кОм

       6 Расчет входного каскада

       При расчете входного каскада рабочая точка транзистора находится из рабочей точки транзистора предоконечного каскада.

       Для уменьшения числа источников питания рабочая точка транзистора входного каскада взята равной рабочей точке транзистора предоконечного каскада (Uкэо=10.71В).

Ток в рабочей точке транзистора входного каскада равен току в рабочей точке транзистора предоконечного каскада поделенный на коэффициент передачи каскада :

                                                               (6.1)

Тогда ток в рабочей точке транзистора входного каскада равен:

     После определения рабочей точки выбирается транзистор по тем же самым критериям, что рассмотрены в п.4.2. Был выбран транзистор КТ996А [3], так как он удовлетворяет этим требованиям. Основные технические характеристики этого транзистора были приведены ниже.

    Электрические параметры:

-граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;

-статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;

-емкость коллекторного перехода при  В пФ.

     Предельные эксплуатационные данные:

-постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;

-постоянный ток коллектора мА;

-постоянная рассеиваемая мощность коллектора  Вт;

-температура перехода С.

     Однонаправленная модель транзистора входного каскада  (см. рис.4.5) расчитывается по формулам (4.14 – 4.16). В справочных данных нет сведений о входной индуктивности, то ее берут равной половине входной индуктивности ближайшего аналога, которым является транзистор КТ939А В результате параметры однонаправленной модели будут следующие:

                   Ом

                 А/В

                  Ом

                 Ом     

     При отсутствии постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базы так же берут равным сопротивлению базы аналога (КТ939А).

     Как и для предоконечного каскада, удобнее взять цепь активной коллекторной термостабилизации, так как она имеет лучшие характеристики.

     В качестве вспомогательного транзистора цепи термостабилизации выбран КТ361А, падение напряжения на резисторе выбрано тем же (В). После подстановки в формулы (4.30-4.39) получаются следующие значения:

 Ом

А

 Ом

 Ом

Ом

При этом рассеиваемая мощность на сопротивлении R4 равна:

Страницы: 1, 2, 3, 4