3.4              Расчёт входного каскада

3.4.1 Выбор рабочей точки

При расчёте режима предоконечного каскада условимся, что питание всех каскадов осуществляется от одного источника напряжения с номинальным значением Eп. Так как Eп=Uк0, то соответственно Uк0 во всех каскадах берётся одинаковое, то есть Uк0(предоконечного к.)=Uк0(выходного к).   Мощность, генерируемая предоконечным каскадом должна быть в коэффициент усиления выходного каскада вместе с МКЦ(S210) раз меньше, следовательно, и Iк0, будет во столько же раз меньше. Исходя из вышесказанного координаты рабочей точки примут следующие значения: Uк0= 15 В; Iко=0.4/2.058= 0.19 А. Мощность, рассеиваемая на коллекторе Pк= Uк0 Iк0=2.85 Вт.

3.4.2 Выбор транзистора

Выбор транзистора был произведён в пункте 3.3.5.2 Выбор входного транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ913А. Его основные технические характеристики приведены ниже.[1]

Электрические параметры:

1.        граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;

2.        Постоянная времени цепи обратной связи пс;

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 А;

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;

Ом;

пФ.

3.4.4 Расчёт цепи термостабилизации

Для входного каскада также выбрана активная коллекторная термостабилизация.

В качестве VT1 возьмём КТ814А. Выбираем падение напряжения на резисторе  из условия (пусть В), тогда . Затем производим следующий расчёт:

;                                                                                   (3.3.11)

;                                                                              (3.3.12)

;                                                                         (3.3.13)

;                                                                            (3.3.14)

,                                                                            (3.3.15)

где  – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ814;

;                                                                            (3.3.16)

;                                                                         (3.3.17)

.                                                                       (3.3.18)

Получаем следующие значения:

Ом;

мА;

В;

А;

А;

Ом;

кОм

3.5 Расчёт корректирующих цепей

3.5.1 Расчёт выходной корректирующей цепи

Расчёт всех КЦ производится в соответствии с методикой описанной в [2]. Схема выходной корректирующей цепи представлена на рисунке 3.12

Рисунок 3.3.12 Схема выходной корректирующей цепи

          Выходную корректирующую цепь можно рассчитать с использованием методики Фано, которая подробно описана в методическом пособии [2]. Зная Свых  и  fв  можно рассчитать элементы L1  и  C1 .

Найдём – выходное сопротивление транзистора нормированное относительно  и .

                                                                 (3.5.1)

.

Теперь по таблице приведённой в [2] найдём ближайшее к рассчитанному значение  и выберем соответствующие ему нормированные величины элементов КЦ  и .

Найдём истинные значения элементов по формулам:

;                                                                                  (3.5.2)

;                                                                                  (3.5.3)

.  Гн;                             (3.5.4)

Ф;

3.5.2 Расчёт межкаскадной  КЦ

В данном усилителе имеются две МКЦ: между входным каскадом и каскадом со сложением напряжений и на входе усилителя. Это корректирующие цепи третьеого порядка. Цепь такого вида обеспечивает реализацию усилительного каскада с наклоном АЧХ, лежащим в пределах необходимых отклонений (повышение или понижение) с заданными частотными искажениями [2].

Расчёт межкаскадной корректирующей цепи, находящейся между входным каскадом и каскадом со сложением напряжений:

Принципиальная схема МКЦ представлена на рисунке 3.3.13

Рисунок 3.3.13. Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка

При расчёте используются однонаправленные модели на ВЧ входного и предоконечного транзисторов. В схеме со сложением напряжений  оба транзистора выбираются одинаковыми. Возникает задача: выбор предоконечного транзистора. Обычно его выбирают ориентировочно, и если полученные результаты будут удовлетворять его оставляют.

Для нашего случая возьмём транзистор КТ913А (VT1), который имеет следующие эквивалентные параметры:

Свых=5.5 пФ

Rвых=55 Ом

И транзистор КТ 934Б (VT2), имеющий следующие эквивалентные параметры:

Lвх=3.8 нГн

Rвх=0.366 Ом

При расчёте будут использоваться коэффициенты: , ,  , значения которых берутся исходя из заданной неравномерности АЧХ. Таблица коэффициентов приведена в методическом пособии [2] В нашем случае они соответственно равны: 2.31, 1.88, 1.67. Расчет заключается в нахождении нормированных значений: и подставлении их в соответствующие формулы, из которых находятся нормированные значения элементов и преобразуются  в действительные значения.

Итак, произведём расчёт, используя следующие формулы:

,

,                                                          

=  - нормированные значения , , .

Подставим исходные параметры и в результате получим:

Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты:

;

;                                                        (2.32)

;

получим:

Отсюда найдем нормированные значения , , и :

где ;                                                       (2.33)

;

;

.

При расчете получим:

и в результате:

Рассчитаем дополнительные параметры:

                                                         (2.34)

               (2.35)

где S210- коэффициент передачи оконечного каскада.

Для выравнивания АЧХ в области нижних частот используется резистор , рассчитываемый по формуле:

                                                   (2.36)

Найдем истинные значения остальных элементов по формулам:     

,    ,          ,                    (2.37)

3.5.3 Расчёт входной КЦ

Схема входной КЦ представлена на рисунке 3.5.14. Её расчёт, а также табличные значения аналогичны описанным в пункте 3.5.1.

Рисунок 3.5.14 входная коректирующая цепь

Расчитаем входную коректирующую цепь:

,

,                                                          

=  - нормированные значения , , .

Подставим исходные параметры и в результате получим:

Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты:

;

;                                                                           (2.32)

;

получим:

Отсюда найдем нормированные значения , , и :

где ;                                                       (2.33)

;

;

.

При расчете получим:

и в результате:

Рассчитаем дополнительные параметры:

                                                     (2.34)

              (2.35)

где S210- коэффициент передачи оконечного каскада.

Для выравнивания АЧХ в области нижних частот используется резистор , рассчитываемый по формуле:

                                            (2.36)

Найдем истинные значения остальных элементов по формулам:     

,    ,          ,                    (2.37)

 На этом расчёт входного каскада закончен.

3.6 Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей

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

.                                                                        (3.6.3)

мкГн.

Сопротивление и емкость обратной связи, стоящие в цепи базы выходного транзистора расчитаем по формулам:

Подставив значения получим:

  Разделительные емкости.

     Устройство имеет 4 реактивных элемента, вносящих частотные искажения на низких частотах. Эти элементы – разделительные емкости. Каждая из этих емкостей по техническому заданию должна вносить не более 0.75 дБ частотных искажений. Номинал каждой емкости с учетом заданных искажений и обвязывающих сопротивлений рассчитывается  по формуле:                                                 (1.38)

где  Yн – заданные искажения;                                                                        R1 и R2 – обвязывающие сопротивления, Ом;                                                 wн – нижняя частота, рад/сек.

Приведем искажения, заданные в децибелах:                                                    ,                                                                                (1.39)

где М – частотные искажения, приходящиеся на каскад, Дб. Тогда

Номинал разделительной емкости оконечного каскада:

Номинал разделительной емкости стоящей в цепи коллектора транзистора с общим эмиттером в каскаде со сложением напряжений:

Номинал разделительной емкости стоящей в цепи коллектора входного транзистора:

Номинал разделительной емкости входного каскада:

Емкость Сбл найдём из условия:

çXСблç << Rк,           где  Rк – сопротивление стоящее в цепи коллектора транзистора активной коллекторной термостабилизации представленной на рис.3.3.10.

êХсê=ê1/i×w×Сê=1/w×С

С=1/êХсê×w

Для расчета Сбл возьмем êХсê=0.43 что 500 раз меньше Rк. В итоге получим:

С=1/0.43×2×p×230×106=1.6×10-9

Сбл=1.6 нФ

4. Заключение

Рассчитанный усилитель имеет следующие технические характеристики:

1. Рабочая полоса частот: 49-230 МГц

2. Линейные искажения

в области нижних частот не более 2 дБ

в области верхних частот не более 2 дБ

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

4. Питание однополярное, Eп=16 В

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

Усилитель рассчитан на нагрузку Rн=75 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.

Список использованных источников 

1 Справочник полупроводниковые приборы /транзисторы средней и большой мощности. Под ред. А.В.Голомедова. Издание третье. Москва 1995 г.

2 Титов А.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах – http://referat.ru/download/ref-2764.zip

3 Широкополосные радиопередающие устройства /Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А.; Под ред. О.В. Алексеева.- М.: Связь. 1978 г.

4 Мамонкин И.Г.  Усилительные устройства:  Учебное пособие для вузов. – М.: Связь,  1977.

5 Титов А.А. Расчет диссипативной межкаскадной корректирующей цепи широкополосного усилителя мощности. //Радиотехника. 1989. № 2

Страницы: 1, 2