Рисунок 4.5 – 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.

         Справочные данные для транзистора КТ930Б:

при

при

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 следующей формуле:

(4.11)

где U¢кэо – справочное или паспортное значение напряжения;

       Uкэо –  требуемое значение напряжения.

         Сопротивление базы будет равно:

(4.12)

         Найдем сопротивление эмиттера по формуле:

(4.13)

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

         Проводимость база-эмиттер расчитаем по формуле:

(4.14)

         Определим  диффузионную емкость  по формуле:

(4.15)

         Сопротивление  внутреннего источника тока будет равно:

(4.16)

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

(4.17)

         Крутизну транзистора определим по формуле:

(4.18)

         4.3.2 Однонаправленная модель

Однонаправленная модель, так же как и схема Джиаколетто, является эквивалентной схемой замещения транзистора. Схема представляет собой высокочастотную модель, которая изображена на рисунке 4.6.  Полное

описание однонаправленной модели можно найти в [4].

Рисунок 4.6 – Однонаправленная модель

Расчитаем элементы схемы воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами.

Справочные данные для транзистора КТ930Б:

Lб – индуктивность базового вывода;

Lэ – индуктивность эмиттерного вывода;

Gном1,2 – коэффициент усиления по мощности в режиме двустороннего

               согласования.

         Определим входную индуктивность по следующей формуле:

(4.19)

         Входное сопротивление равно сопротивлению базы в схеме Джиаколетто:

         Выходное сопротивление найдем по формуле:

(4.20)

         Выходную емкость найдем по формуле (4.11) при напряжении в рабочей точке.

         Определим частоту fmax из следующей формулы:

(4.21)

где   f – частота на которой коэффициент усиления по мощности имеет значение 3.5.

         4.4 Расчет схем термостабилизации

         Выбор схемы обеспечения исходного режима транзисторного каскада тесным образом связан с температурной стабилизацией положения рабочей точки. Объясняется это следующим. Важной особенностью транзисторов является зависимость их вольт-амперных характеристик от температуры р-n переходов и, следовательно, от температуры внешней среды. Это явление нежелательно, так как температурные смещения статических характеристик обуславливают не только изменения усилительных параметров транзистора в рабочей точке, но и приводят к перемещению рабочей точки. Изменения в положении рабочей точки в свою очередь сопровождаются дальнейшим изменением усилительных параметров, так как последние зависят от режима. Таким образом, электрические показатели усилителя оказываются подверженными влиянию температуры и при неблагоприятных условиях могут существенным образом отклониться от нормы.  

         Для сохранения режима работы транзистора в условиях непостоянства температуры окружающей среды в схему каскада вводят специальные

элементы температурной стабилизации. Существует три вида температурной стабилизации: эмиттерная стабилизация, коллекторная стабилизация и активная коллекторная стабилизация.

         4.4.1 Эмиттерная термостабилизация

         Одной из распространенных схем с обратной связью, предназначенных для стабилизации режима, является схема с эмиттерной стабилизацией [5], которая изображена на рисунке 4.7.

         Рисунок 4.7 – Схема эмиттерной термостабилизации

Рассчитаем основные элементы схемы по следующим формулам:

(4.22)

(4.23)

(4.24)

(4.25)

(4.26)

(4.27)

 (4.28)

где Iдел. – ток делителя;

       PRэ – мощность рассеиваемая на резисторе Rэ .

         Выберем напряжение Uэ=3В и по формуле (4.22) определим сопротивление Rэ.

         Базовый ток найдем из формулы (4.23).

         Ток делителя рассчитываем по формуле (4.24).

         Определим напряжение питания по формуле (4.27).

         Значения сопротивлений базового делителя найдем из формул (4.25,4.26).

         Мощность рассеиваемая на резисторе Rэ рассчитаем по формуле (4.28).

         4.4.2 Коллекторная термостабилизация

          Коллекторная стабилизация является простейшей и наиболее экономичной из всех схем термостабилизации. Стабилизация положения точки покоя осуществляется параллельной отрицательной обратной связью по напряжению, снимаемой с коллектора транзистора. Полное описание и работу схемы можно найти в книге [5]. Схема коллекторной стабилизации представлена на рисунке 4.8.

Рисунок 4.8 – Схема коллекторной термостабилизации

         Рассчитаем основные элементы схемы по следующим формулам:

(4.29)

(4.30)

(4.31)

Выберем напряжение URк=7.5В и расчитаем значение сопротивления Rк по формуле (4.29).

         Базовый ток найдем из формулы (4.23).

         Зная базовый ток расчитаем сопротивление Rб по формуле (4.30).

         Определим рассеиваемую мощность на резисторе Rк по формуле (4.31).

4.4.3 Активная коллекторная термостабилизация

         В данном курсовом проекте использована активная коллекторная термостабилизация, которая является достаточно эффективной в мощных усилительных каскадах. Схема активной коллекторной термостабилизации изображена на рисунке 4.9.

Рисунок 4.9 – Схема активной коллекторной термостабилизации

VT1 – транзистор КТ814:  bо= 40, Uкэдоп.=20В, Iк =2.5А;

VT2 – транзистор КТ930Б.

         Рассчитаем элементы схемы по следующим формулам:

(4.32)

(4.33)

(4.34)

(4.35)

(4.36)

(4.37)

(4.38)

Выберем напряжение UR4=1В и рассчитаем значение резистора R4 по формуле (4.32).

         Базовый ток транзистора VT2 определим по формуле (4.33).

         Напряжение в рабочей точке для транзистора VT1 найдем по формуле (4.34).     

Значение сопротивления R2   расчитаем по формуле (4.35).

         Базовый ток транзистора VT2 равен значению тока в рабочей точке транзистора VT1.

         Базовый ток транзистора VT1 определим из формулы:

         Ток делителя найдем по формуле (4.38).

         Значение сопротивления R3 расчитаем по формуле (4.36).

         Напряжение питания будет равно:

         Значение сопротивления R1 расчитаем по формуле (4.37).

         4.5 Расчет корректирующих цепей

         4.5.1 Выходная корректирующая цепь

         Для передачи без потерь сигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому используется последовательное соединение корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов [6]. На рисунке 4.10 изображен пример построения такой схемы усилителя по переменному  току.

Рисунок 4.10 Схема усилителя с корректирующими цепями

  Расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 4.11. 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. Это можно реализовать, включив выходную емкость транзистора  в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 4.11.

Рисунок 4.11 – Схема выходной корректирующей цепи

         Выходную корректирующую цепь можно рассчитать с использованием методики Фано, которая подробно описана в методическом пособии [6]. Зная Свых  и  fв  можно рассчитать элементы L1  и  C1 .

Рассчитаем нормированное значение Свыхн  по следующей формуле:

(4.39)

         Исходя из таблицы, которая представлена в методическом пособии [6]. По значению нормированной выходной емкости находим нормированные значения L1 и C1, а так же коэффициент n. Получим следующие значения:

         Разнормируем полученные значения. В результате получим:

(4.40)

(4.41)

         (4.42)

         4.5.2 Межкаскадная корректирующая цепь

         Как упоминалось ранее, для передачи сигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому, от источника сигнала на вход первого усилительного элемента и от выходной цепи последнего усилительного элемента в нагрузку применяют различные схемы, называемые межкаскадными корректирующими цепями (МКЦ). Эти схемы одновременно служат и для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов, а также придания усилителю определенных свойств.

         Существуем множество различных схем МКЦ, но в данном курсовом проекте используется межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка, которая изображена на рисунке 4.12.

         Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка обеспечивает достаточно хорошее согласование между усилительными элементами и способствует максимальной отдачи выходной мощности усилительного элемента в нагрузку.

Рисунок 4.12 – Каскад с межкаскадной корректирующей цепью

третьего порядка

         В качестве усилительного элемента VT2 используется транзистор КТ930А.  

Расчет межкаскадной корректирующей цепи третьего порядка производится по следующей методике.

В начале расчета определяют неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) приходящейся на каждый каскад. Затем из таблицы, которая находится в методическом пособии [6] по неравномерности АЧХ определяют коэффициенты  а1 , а2,, а3. После находят нормированные значения Свых.н , Lвх.н и Rвх.н по следующим формулам:

(4.43)

(4.44)

(4.45)

         Для нахождения нормированных значений С1 , С2 , L1  рассчитывают следующие коэффициенты:

(4.46)

(4.47)

(4.48)

(4.49)

(4.50)

(4.51)

(4.52)

         Нормированные значения С1 , С2 , L1  рассчитывают по формулам:

(4.53)

(4.54)

(4.55)

         Коэффициент усиления определяют по следующей формуле:

(4.56)

         Значения элементов С1 , С2 , L1 , R1 рассчитывают по формулам:

(4.57)

(4.58)

(4.59)

(4.60)

         Рассчитаем межкаскадную корректирующую цепь между выходным и предоконечным каскадом. Для этого представим схему приведенную на рисунке 4.12 в виде эквивалентной схемы изображенной на рисунке 4.13.

         Рассчитаем элементы МКЦ.

         Значения выходных параметров транзистора КТ930А возьмем из пункта 5.2, где рассчитана эквивалентная схема этого транзистора.

КТ930А:   Cвых.= 78.42 пФ;. Rвых.= 8.33 Ом.

Рисунок 4.13 – Эквивалентная схема каскада

         Значения входных параметров транзистора КТ930Б возьмем из пункта 4.3.2.

КТ930Б:  

         Неравномерность АЧХ приходящейся на каждый каскад  составляет 0.7дБ. Из таблицы находящейся в методическом пособии [6] коэффициенты а1 , а2,, а3 будут равны:

         Нормируем входные и выходные параметры по формулам (4.43, 4.44, 4.45).

         Для нахождения нормированных значений С1 , С2 , L1 определим следующие коэффициенты по формулам (4.46 – 4.52).

         Нормированные значения элементов С1 , С2 , L1 найдем по формулам (4.53-4.55).

         Коэффициент усиления рассчитаем по формуле (4.56).

         Значения элементов МКЦ найдем из формул (4.57-4.60).

         5 Расчет предоконечного каскада

         5.1 Расчет рабочей точки

         В предоконечном каскаде используется транзистор КТ930Б. Для того чтобы усилитель имел один источник питания, необходимо напряжение в рабочей точке оставить неизменным, то есть можно записать:

Страницы: 1, 2, 3, 4