Меню

Поиск

Усилитель широкополосный

Тип проводимости транзистора может быть любой для ШУ.

Анализируя требуемые параметры, выбираем транзистор КТ913А.

Это кремниевый эпитаксиально-планарный n-p-n генераторный сверхвысокочастотный.

Предназначенный для работы в схемах усиления мощности, генерирования, умножения частоты в диапазоне 200 – 1000 МГц в режимах с отсечкой коллекторного тока.

Выпускается в герметичном металлокерамическом корпусе с полосковыми выводами.

Основные параметры транзистора:

1) Граничная частота коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ:

fГ =900 МГц;

2) Постоянная времени цепи обратной связи:

τс=18пс;

3) Емкость коллекторного перехода при Uкб=28В:

Ск=7пФ;

4) Емкость эмиттерного перехода:

Cэ=40пФ;

5) Максимально допустимое напряжение на переходе К-Э:

Uкэ max = 55В;

6) Максимально допустимый ток коллектора:

Iк max = 0,5А;

Выберем следующие параметры рабочей точки:

Т.к. транзистор хорошо работает только начиная с 6В то примем .

3.3 Расчёт и выбор схемы термостабилизации

Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования предъявляются к температурной стабильности каскада. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: эмиттерная, пассивная коллекторная, и активная коллекторная. Рассчитаем все три схемы, а затем определимся с выбором конкретной схемы стабилизации.

3.3.1 Эмиттерная термостабилизация

Эмиттерная термостабилизация широко используется в маломощных каскадах, так как потери мощности в ней при этом не значительны и её простота исполнения вполне их компенсирует, а также она хорошо стабилизирует ток коллектора в широком диапазоне температур при напряжении на эмиттере более 5В.

Рисунок 3.3-Схема каскада с эмиттерной термостабилизацией.

Рассчитаем параметры элементов данной схемы:

1) Необходимое напряжение питания:

Еп=URэ+Uкэ0+Iк0*Rк (3.21)

Значение источника питания необходимо выбирать из стандартного ряда, поэтому выберем напряжение URэ с учетом того, что Еп=10В, Rк=0Ом:

2)Напряжение на Rэ:

URэ=Eп-Uкэ0+Iк0*Rк=10В-6В=4В (3.22)

3) Сопротивление эмиттера:

(3.23)

4) Напряжение на базе транзистора:

Uб=URэ+0,7В = 4,7В (3.24)

5) Базовый ток транзистора:

Iб= (3.25)

6) Ток делителя:

Iд=5×Iб=5,5мА, (3.26)

где Iд – ток, протекающий через сопротивления Rб1 и Rб2.

Сопротивления делителей базовой цепи:

7) Rб1= (3.27)

8) Rб2= (3.28)

Наряду с эмиттерной термостабилизацией используются пассивная и активная коллекторные термостабилизации.

3.3.2 Пассивная коллекторная термостабилизация

Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.4) 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 3.4 - Схема пассивной коллекторной термостабилизации

Расчет заключается в выборе URк и дальнейшем расчете элементов схем по формулам:

Выберем URк=5В;

1) Еп = URк + Uкэ0=5В+6В=11В, (3 29)

где URк - падение напряжения на Rк.

2) Сопротивление коллектора:

(3.30)

3) Сопротивление базы: Rб= (3.31)

4) Ток базы:

(3.32)

3.3.3 Активная коллекторная термостабилизация

Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Активная коллекторная термостабилизация

Для расчета схемы термостабилизации необходимо сначала выбрать напряжение на резисторе Rк, а затем рассчитать токи и напряжения на втором транзисторе, и следующим шагом рассчитать значения элементов схемы:

1) (3.33)

2) Uкэ0vt2=Uкэ0vt1/2 = 6В/2 = 3В (3.34)

3) URб2=Uкэ0vt2-0,7В = 3В-0,7В = 2,3В (3.35)

4) Iк02=Iб01=110мА (3.36)

5) Iк01=Iб01*β01=110мА*100 = 11А (3.37)

6) Rб2=URб2/Iк02=2,3В/110мА = 20,9Ом (3.38)

7) Uб2=Uкэ0vt1-0,7В=6В-0,7В = 5,3В (3.39)

8) Iдел=10Iбо2=110мА*10/100 = 11мА (3.40)

9) R1=Uб2/Iдел=5,3В/11мА = 481,818Ком (3.41)

10) R3= UR2/Iдел=(1+0,7)В/11мА =1 54,545Ом (3.42)

Из рассмотренных схем видно, что наиболее эффективной будет схема с эмиттерной термостабилизацией, т.к. каскад выходной и следовательно мощный, и диапазон усиливаемых частот не очень большой, то нет необходимости в другом виде термостабилизации.

3.4 Расчёт эквивалентной схемы замещения

При использовании транзисторов до (0,2 - 0,3)fт возможно применение упрощенных эквивалентных моделей транзисторов, параметры элементов эквивалентных схем которых легко определяются на основе справочных данных.

Эквивалентная схема биполярного транзистора представлена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто)

1) Найдем ёмкость коллекторного перехода:

(3.43)

2) Рассчитаем сопротивление базы:

Rб =τс/Ск=18пс/11,465пФ = 1,57Ом (3.44)

gб==0,637Cм (3.45)

3) Рассчитаем сопротивление эмиттера:

rэ= ==0,618Ом, (3.46)

где Iк0 в мА;

rэ - сопротивление эмиттера.

4) Найдем проводимость база – эмиттерного перехода:

gбэ==, (3.47)

где gбэ - проводимость база-эмиттер;

- справочное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

5) Рассчитаем емкость эмиттерного перехода:

Cэ==, (3.48)

где Cэ - ёмкость эмиттера;

fт - справочное значение граничной частоты транзистора.

6) Найдем сопротивление транзистора:

Ri = , (3.49)

где Ri - выходное сопротивление транзистора;

Uкэ0(доп), Iк0(доп) - соответственно паспортные значения допустимого напряжения на коллекторе и постоянной составляющей тока коллектора.

7) Рассчитаем крутизну:

(3.50)

3.5 Переход к однонаправленной модели транзистора

Т.к 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.

Рисунок 3.7- Однонаправленная модель транзистора

1) , (3.51)

где - статический коэффициент передачи по току транзистора.

2) (3.52)

3) Постоянная времени транзистора:

(3.53)

4) Входная ёмкость каскада:

(3.54)

5) Входное сопротивление каскада:

(3.55)

6) (3.56)

7) Коэффициент усиления транзистора по напряжению в ОСЧ:

(3.57)

8) Выходная ёмкость:

(3.58)

9) Постоянная времени в ОВЧ:

(3.59)

Рисунок 3.8- Принципиальная схема некорректированного каскада и эквивалентная схема по переменному току

Для расчета искажений в ОВЧ предварительно распределим искажения так:

-заданные искажения 2 дБ:

-на входной каскад 0,5 дБ;

-на оконечный каскад 1дБ;

-на искажения, вносимые входной цепью 0,5дБ.

При заданном уровне частотных искажений =1дБ, верхняя граничная частота полосы пропускания каскада равна:

==43,95МГц (3.60)

где Y=0,8912656 уровень искажений данного каскада.

Т.к. полученная верхняя частота получилась выше требуемой (40МГц), то ВЧ коррекция не требуется.

4 Расчет промежуточного каскада

4.1 Расчет рабочей точки для промежуточного каскада

На выходе оконечного каскада необходимо получить напряжение равное , по полученным расчетам оконечный каскад имеет

Входное сопротивление и входную ёмкость оконечного каскада возьмем из (3.54) и (3.55), т.е. , , следовательно, на входе оконечного каскада и выходе предоконечного необходимы импульсы амплитудой равной (4.1)

Рассчитаем рабочую точку предоконечного каскада с учетом полученных данных(=):

1) , (4.2)

где - напряжение рабочей точки или постоянное напряжение на переходе коллектор эмиттер;

- напряжение на выходе усилителя;

- остаточное напряжение на транзисторе.

2) Найдем эквивалентное сопротивление оконечного контура на граничной частоте :

(4.3)

3) (4.4)

4) =1,1=22,684332мА, (4.5)

где - постоянная составляющая тока коллектора;

- сопротивление нагрузки по сигналу.

5) Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора равна

(4.6)

4.2 Выбор транзистора для промежуточного каскада

Найдем необходимые предельные характеристики транзистора:

1) (4.7)

2) (4.8)

3) (4.9)

4), (4.10)

где из технического задания.

Т.к. все необходимые предельные параметры, кроме граничной частоты, значительно меньше аналогичных справочных значений для маломощных транзисторов, то при выборе транзистора основным критерием будет граничная частота (fT).

По необходимым предельным характеристикам был выбран транзистор KT316А. Ниже перечислены характеристики транзистора:

Это кремниевый эпитаксиально - планарный n-p-n переключательный маломощный и СВЧ усилительный с ненормированным коэффициентом шума транзистор. Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами.

Основные параметры транзистора:

1) Граничная частота коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ:

fГ =1000 МГц;

2) Постоянная времени цепи обратной связи:

τс=50пс;

3) Емкость коллекторного перехода при Uкб=5В:

Ск=2пФ;

4) Емкость эмиттерного перехода:

Cэ=1,2пФ;

5) Максимально допустимое напряжение на переходе К-Э:

Uкэ max=10 В;

6) Максимально допустимый ток коллектора:

Iк max = 50 мА;

7) Максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе:

Pк мах = 150 мВт .

Выберем следующие параметры рабочей точки:

Т.к. транзистор хорошо работает только начиная с 5В то примем и .

4.3 Расчёт эквивалентных схем замещения

Эквивалентная схема биполярного транзистора изображена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1- Эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто)

1) (4.11)

2) Rб =τс/Ск=50пс/2пФ=25Ом; (4.12)

gб = = 40мCм, (4.13)

где Rб- сопротивление базы.

3) rэ= ==2,2Ом, (4.14)

где Iк0 в мА;

rэ - сопротивление эмиттера.

4) gбэ==, (4.15)

где gбэ- проводимость база-эмиттер;

- справочное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

5) Cэ==, (4.16)

где Cэ - ёмкость эмиттера;

fт - справочное значение граничной частоты транзистора.

6) Ri = , (4.17)

где Ri - выходное сопротивление транзистора;

4.4 Расчёт эмиттерной термостабилизации

Т.к. режим работы транзистора малосигнальный, то применим эмиттерную термостабилизацию.

Рисунок 4.2-Схема каскада с эмиттерной термостабилизацией.

Рассчитаем параметры элементов данной схемы:

1) Необходимое напряжение питания:

Еп=URэ+Uкэ0+Iк0*Rк (4.18)

Значение источника питания необходимо выбирать из стандартного ряда поэтому выберем напряжение URэ с учетом того, что Еп=10В:

2) Напряжение на резисторе Rэ:

URэ = Eп-Uкэ0 = 10В-5В = 5В (4.19)

3) Сопротивление эмиттера:

(4.20)

4) Напряжение на базе транзистора:

Uб = URэ+0,7В=5,7В (4.21)

5) Базовый ток транзистора:

Iб= (4.22)

6) Ток делителя:

Iд =5×Iб = 1мА, (4.23)

где Iд - ток протекающий через сопротивления Rб1 и Rб2.

Сопротивления делителей базовой цепи:

7) Rб1 = (4.24)

8) Rб2 = (4.25)

4.5 Переход к однонаправленной модели транзистора

Страницы: 1, 2, 3

Новости

Мои настройки

Наверх