КПУ – КУ предварительного усилителя;

         КЛЗ – КУ линии задержки;

         КФИ – КУ фазоинверсного каскада;

         КОК – КУ оконечного каскада.

КУ оконечного каскада выбрали наибольшим, исходя из требования, что на его входе должен быть малый сигнал, значение которого приняли равным 1,2 В. Коэффициенты усиления последующих каскадов выбирали исходя из прогнозируемой схемотехники и условия обеспечения заданного КУ всего усилителя.

Рассчитанные КУ для каждого из каскадов приведены в табл. 4.1. наряду с выходными напряжениями и другими техническими требованиями. Отметим, что общий КУ, рассчитанный по формуле (6) составляет: Кобщ = 8147, что с небольшим запасом превышает значение, рассчитанное в п. 4.2.2. Превышение вызвано тем, что при вычислениях округления проводили в большую сторону.

         4.3.2. Допустимые искажения.

         Верхняя граничная частоты многокаскадного усилителя определяется выражением:

где    fвобщ – верхняя граничная частота всего УВО, МГц;

         fвi – верхняя граничная частота i-го каскада, МГц.

Искажения определяются подкоренным выражением в формуле (7). Наибольшие искажения вносят оконечный каскад – 60% и предварительный усилитель – 30%. Фазоинверсный каскад вносит примерно 5% искажений. Оставшиеся распределим поровну между входным каскадом и линией задержки.

Отметим, что ПУ будет двухкаскадным, исходя из большого коэффициента усиления и прогнозируемой схемотехники. Поэтому искажения, вносимые им, распределим поровну между его каскадами.

Длительность фронта, определяемая временем нарастания ПХ, рассчитывалась по формуле (4). Верхняя граничная частота и длительность фронта для каждого из каскадов представлены в табл. 4.1.

                                                                                                         Таблица 4.1

4.4. Выбор схемотехники и расчет ОК.

Для реализации требований к ОК выполним его по схеме каскодного дифференциального каскада с эмиттерной коррекцией, как представлено на рис.4.2.

Рис. 4.2. Каскодный ДК с эмиттерной коррекцией

         4.4.1. Определение выходного напряжения ОК.

         Выходное напряжение с плеча каскодного ДК – максимальная амплитуда сигнала с одного плеча ДК:

где    Uпл, вых – максимальная амплитуда сигнала с плеча ДК, В;

         Uоткл – максимальное выходное напряжение, отклоняющее луч по оси Y, В.

Uоткл = 80 В – выходное напряжение УВО, рассчитанное в п.4.2.1.

Uпл, вых = 40 В.

Максимальное напряжение одного плеча каскодного ДК Uпл, max – напряжение линейного диапазона одного плеча ДК:

где    Uпл, max – максимальное напряжение одного плеча ДК, В;

         Uпл, вых – максимальная амплитуда  сигнала с одного плеча ДК, В.

Uпл, вых = 40 В – значение рассчитано в п.4.4.1;

Uпл, max = 120 В.

         4.4.2. Выбор транзисторов VT1, VT2, VT3, VT4.

         Транзисторы VT1 и VT2 выбираем из числа ВЧ- транзисторов средней или большой мощности по условию:

где    Uke max – максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора, В;

Uпл, max – максимальное напряжение одного плеча ДК, В;

Выберем транзисторы VT1 и VT2: BF257 фирмы SGS-THOMSON, параметры которого представлены в приложении 2.

         Транзисторы VT3 и VT4 выбираем с минимальным значением τß по условию:

где    fT – частота единичного усиления транзистора, МГц;

tн – заданное время нарастания ОК, мкс.

tн = 0,023 мкс;

fT > 130 МГц.

Выберем транзисторы VT3 и VT4: 2SC3597 фирмы SANYO, параметры которых представлены в приложении 3. Максимально-допустимые коллекторные токи транзисторов VT1, VT2, VT3 и VT4 должны быть примерно равны.

4.4.3. Задание изменения коллекторного тока в нагрузке и выбор коллекторной нагрузки.

         Коллекторные сопротивления R2 и R3 выбираем из условия:

где Rk – сопротивление в цепи коллектора, кОм;

         Uпл max – максимальное напряжение одного плеча ДК, В;

         Iвых max – максимальный выходной ток, определяемый максимальным коллекторным током транзисторов, мА.

Uпл max = 120 В – значение рассчитано в п. 4.4.1;

Iвых max = 65 мА – берем из технической документации на транзисторы в приложениях 2 и 3 с 35%-м запасом.

Rk > 1,84 кОм.

Выберем значение 1,87 кОм из ряда номинальных значений E96.

R2 = R3 = 1,87 кОм.

         4.4.4. Задание рабочих точек транзисторов.

         Рассчитаем ток коллектора Iк2р транзисторов VT1 и VT2 в рабочей точке из условия:

где    Iкр – ток коллектора в рабочей точки транзисторов VT1 и VT2, мА;

         Iвых max – максимальный ток коллектора транзисторов VT1 и VT2, мА;

         ΔIкдоп – допустимое изменение тока рабочей точки от дестабилизирующих факторов, в т.ч. от температуры, мА.

Iвых max = 65 мА;

ΔIкдоп = 0,0001 мА – берем из технической документации на транзистор BF257, представленной в прил.2;

Iк2р > 32 мА.

Выберем Iк2р = 30 мА.

         Рассчитаем напряжение коллектор-эмиттер Uke2р транзисторов VT3 и VT4 в рабочей точке из условия:

Uke max = Uпл max = 120 В – рассчитано в п.4.4.1;

Uke2р < 60 В.

Выберем Uke2р = 42 В.

         Вычислим ток коллектора Iк1р транзисторов VT3 и VT4 в рабочей точке из условия:

где ß2 – коэффициент передачи тока базы транзисторов VT1 и VT2.

Iк2р = 32 мА;

ß2 = 25 – берем из технической документации на транзистор BF257, представленной в прил.2;

Iк1р = 31,2 мА.

         Зададим постоянное напряжение Eb1 на базе транзисторов VT3 и VT4 исходя из предполагаемой схемы предшествующего каскада:

Eb1 = 0 В.

         Выберем постоянное напряжение Eb2 на базе транзисторов VT1 и VT2, обеспечивающее паспортный режим транзисторов VT3 и VT4:

Eb2 = 5 В.

         Рассчитаем напряжение коллектор-эмиттер Uke1 транзисторов VT3 и VT4 по формуле:

Uke1 = 5 В.

         4.4.5. Расчет напряжения между шиной питания и эмиттером транзисторов VT3, VT4.

         Рассчитаем напряжение E*k по формуле:

где   E*k – напряжение между шиной питания и эмиттером транзисторов, В;

Uke1р = 5 В – рассчитано в п.4.4.4;

Uke2р = 42 В – рассчитано в п.4.4.4;

Rk = 1,87 кОм – рассчитано в п. 4.4.3;

Ik2р = 30 мА – рассчитано в п. 4.4.4;

E*k = 101 В.

         4.4.6. Расчет параметров транзисторов.

Рассчитаем параметры rb re, Si, S, h11e, h22e, Ck, tb, tT транзисторов VT1, VT2 (BF257).

Входное сопротивление рассчитывается по формуле:

где  rb - объемное сопротивление базы, Ом;

rbe - сопротивление внутренняя база - эмиттер, Ом;

re - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода, Ом.

h11e = 227,8 Ом.

Сопротивление базы:

rb = 10 Ом – берем из справочных данных на транзистор (см. прил.2.).

Сопротивление эмиттера рассчитывается по формуле:

Где   - температурный потенциал, мВ;

Iep- ток эмиттера в рабочей точке, мА.

 = 26 мВ

Iep= Ik1p = 31,2 мА,

re = 0,833 Ом.

Крутизна прямой передаточной характеристики:

Si = 1154 мА/В.

Внутренняя (физическая) крутизна транзистора:

S = 789 мА/В.

Емкость коллекторного перехода транзистора в р.т.:

где    Сk0 – значение емкости коллекторного перехода при Uke= Uke0;

         Uke0 – напряжение коллектор-эмиттер;

         Uke – напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке.

Сk0 = 10,3 пФ,

Uke0 = 1 В – значения берем из технической документации на транзистор (см. прил.2.);

Uke = Uke2р = 42 В – рассчитано в п.4.4.4;

Сk = 1,59 пФ.

Частота единичного усиления транзистора:

fТ = 90 МГц – берем из технической документации (см. прил.2)

Из формулы следует, что τТ = 1,769 нс.

         Граничная частота коэффициента передачи тока базы:

fß = 3,46 МГц.

τß= 46 нс.

         Диффузионная емкость эмиттера:

Cbe = 2,12 нФ.

         Граничная частота крутизны транзистора:

где = 2 нс.

fs = 160 МГц.

         Граничная частота передачи тока эмиттера:

.

Рассчитаем параметры rb re, Si, S, h11e, h22e, Ck, tb, tT транзисторов VT3, VT4 (2sc3597).

Входное сопротивление рассчитывается по формуле (18):

h11e = 76,5 Ом.

Сопротивление базы:

rb = 10 Ом – берем из справочных данных на транзистор (см. прил.3.).

Сопротивление эмиттера рассчитывается по формуле (19):

 = 26 мВ

Iep= Ik1p = 30 мА,

re = 0,867 Ом.

Крутизна прямой передаточной характеристики рассчитывается по формуле (20):

Si = 1200 мА/В.

Внутренняя (физическая) крутизна транзистора рассчитывается по формуле (21):

ß = 110 – берем из технических характеристик транзистора (см. прил.3)

S = 1035мА/В.

Внутреннее сопротивление транзистора ОЭ при управлении от идеального источника напряжения (внутреннее сопротивление источника Rg = 0)

где    rk* - сопротивление коллекторного перехода в схеме ОЭ, Ом

Ua – напряжение Эрли, обусловленное крутизной транзистора, В.

Ua = 80,7 В – значение получено при создании SPICE-модели транзистора;

Ikр = Ik1р = 30 мА – рассчитано в п.4.4.4.

rk* = 2,69 кОм.

Отсюда получаем значение:

h22e = 0,37 мА/В.

Внутренняя проводимость транзистора в каскаде ОЭ при управлении от источника напряжения с ненулевым внутренним сопротивлением ():

где    Rg – сопротивление генератора.

Rg = 51 Ом -задаем низкое выходное сопротивление предшествующего каскада;

gig = 0,15 мА/В.

Емкость коллекторного перехода транзистора в р.т. рассчитываем по формуле (22):

Сk0 = 14,57 пФ,

Uke0 = 0,6 В – значения берем из технической документации на транзистор (см. прил.3.);

Uke = Uke1р = 5 В – рассчитано в п.4.4.4;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6