После этого необходимо скомпенсировать выходную ёмкость на верхней частоте рабочего диапазона с помощью последовательной индуктивности L1, которую выполняют в виде центрального проводника МПЛ или в виде тонкой проволоки, или вывода транзистора:

 или ; 

Затем между выходом индуктивности и нагрузкой включают четвертьволновый трансформатор для верхней частоты рабочего диапазона с волновым сопротивлением . Для создания требующегося перекоса АЧХ согласующей цепи в точку соединения индуктивности L1 и трансформатора параллельно включают резистивное сопротивление , которое закорочено на землю микрополосковой линией l2. Эта длина равна четверти длины волны в линии на верхней частоте, благодаря чему сопротивление  на этой частоте изолировано от заземлённой стороны платы и не поглощает мощность.

4.3.5. Выбор схемы питания

Питание ПТШ осуществляется двумя способами: с использо­ванием двухполярного источника напряжения и однополярного – с автосмещением транзистора. Цепь автосмещения R и С является, в последнем случае, цепью отрицательной обратной связи по постоянному току, стабилизирующей параметры ТрУ. Потери шунтирующих конденсаторов ухудшают параметры усили­тельного каскада, особенно с повышением частоты. Учитывая это, в качестве  схемы питания выбираем схему питания с двухполярным источником напряжения, который раздельно питает  цепь затвора и цепь стока ПТШ.

4.4. Расчёт транзисторного МШУ

Расчитаем малошумящий усилитель на выбранном ПТШ со следующими требованиями, предъявляемые к нему исходя из энергетического расчёта радиолинии и распределения усиления по трактам приёмника:

- рабочая полоса частот усилителя:  МГц ;

- средняя частота полосы частот:  МГц ;

- коэффициент шума усилителя: дБ ;

- требуемый коэффициент усиления: дБ ;

- конструкция: гибридно-интегральная.

Расчёт будет производится с использованием на ЭВМ пакета прикладных программ моделирования СВЧ схем Microwave Office 4.02.

 Линейные  параметры  транзистора N76038a представлены в таблицах № 4.1 и 4.2.

                                                 Таблица №4.1 Система S-параметров транзистора

                                 Таблица № 4.2 Значения коэффициента шума транзистора

Зададимся для первого каскада следующим режимом работы:В; В; мА. 

Используя ЭВМ проверяем выполнение условия устойчивости усиления в рабочем диапазоне частот. График коэффициента устойчивости К показан на рис. 4.8.

Как видно из графика на рис.4.8 коэффициент устойчивости К  меньше единицы, т.е транзистор является неустойчивым.

Возможны следующие варианты повышения устойчивости с использованием резистивной нагрузки, включенной во входную или выходную цепь (рис 4.9).

В данном случае выберем схему, изображённую на рис 4.9,в, так как для выбранного транзистора эта схема обеспечивает наименьший уровень шума по сравнению с другими схемами при выполнении условий безусловно устойчивой работы. Номинал резистора подбирается с помощью ЭВМ и в данном случае равен R1 = 40 Ом. График коэффициента устойчивости   после   стабилизации    транзистора    показан  на  рис. 4.10.   Как видно из этого

Рис. 4.8. Зависимость коэффициента устойчивости К  от частоты

графика условия безусловной устойчивости в диапазоне рабочих частот

,

выполняются, т.е теперь транзистор является безусловно устойчивым.

При этом в схеме с общим истоком на частотах  МГц коэффициент шума и усиления соответственно равны: дБ;  дБ.

Рис. 4.9. Варианты резистивной нагрузки транзистора для повышения коэффициента устойчивости

Рис 4.10. Зависимость коэффициента устойчивости К  и  вспомогательного коэффициента от частоты

Коэффициент шума всего усилителя на верхней частоте диапазона без учёта потерь в схемах согласования и возможного изменения режима работы транзисторов в последующих каскадах:

   ;  GA = ;

 или дБ

Требуемое число каскадов усиления:

где –  требуемый коэффициент усиления МШУ;

       – максимальный коэффициент усиления МШУ на верхней частоте рабочего диапазона.

.

Значение входной проводимости транзистора на частоте  МГц составляет:

 См

Эта проводимость соответствует параллельному соединению резистивной gвх и реактивной bвх проводимостей. Так как реактивная составляющая входной проводимости имеет положительный знак, то она носит ёмкостной характер. Для ПТШ N76038а резистивная проводимость gвх будет более плавно зависеть от частоты, чем реактивная проводимость bвх. Поэтому входное сопротивление представим в виде последовательной RC цепи (рис 4.11).

;     ;       ;

 См2;

Ом;

Ом;

;   пФ.

Рис 4.11. Преобразование паралельного соединения элементов входного сопротивления в последова-тельное соединение

Для согласования усилителя по входу с сопротивлением Ом вычислим  полосу усилителя и декремент затухания.

Полоса частот усилителя:

;    или 15,4%

Значение декремента затухания:

; 

Так как , то усилитель является широкополосным. В качестве согла-сующего звена на входе усилителя используем трёхрезонаторную согласующую цепь (согласующий  трансформатор  для  широкополосных усилителей)  изображённую  на   рис. 4.5.

По графикам, изображённым на рис 4.6  для  определяем элементы чебышевских согласующих цепей:

Определяем параметры инверторов схемы согласования входа транзистора для волнового сопротивления подводящей линии Ом:

 Ом ;

 Ом ;

 нГн ;

 См ;

 См ;

 пФ ;

 Ом ;

 Ом ;

Длина волны в линии составляет:

 м,

где  - скорость распространения ЭМВ.

  мм ( или );

 мм (или );

  мм  (или );

  мм ( или );

 мм ( или )

Для короткозамкнутого шлейфа  с волновым сопротивлением  Ом:

 мм (или  ).

Для компенсации входной ёмкости на центральной частоте требуется индуктивность:

 нГн;

Реальная индуктивность на входе транзистора:

 нГн.

Длина этой индуктивности при выполнении её в виде МПЛ с волновым сопротивлением  Ом составит:

 мм ( или ).

Индуктивность шлейфа:

 нГн ;

Длина этого шлейфа  с волновым сопротивлением  Ом  составит:

 мм ( или );

После подключения элементов входной согласующей цепи получим следующие значения доступного коэффициента усиления  и коэффициента шума  для одного каскада усилителя, которые изображены на рис.4.12.

Рис. 4.12. Частотная зависимость коэффициента усиления  и коэффициента шума  для  

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6