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 мА;
3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт;
4. Температура перехода К.
3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора
3.3.3.1 Схема Джиаколетто
Многочисленные исследования показывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазоне частот удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная эквивалентная схема- схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 3.6. Подробное описание схемы можно найти [8].
Рис. 3.6 Схема Джиаколетто.
Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами [6].
при В
Ск=4∙10-12(Ф) при Uкэ=10(В) , τс=20∙10-12(с) при Uкэ=10(В) , fт=1∙109(Гц),
Iкmax=0,3∙(А), Uкэmax=26(В), где Cк- емкость коллекторного перехода, tс- постоянная времени обратной связи, Н21э=bо- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.
Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле :
(3.3.12)
где U¢кэо – справочное или паспортное значение напряжения;
Uкэо – требуемое значение напряжения.
.
Сопротивление базы рассчитаем по формуле:
, . (3.3.13)
Используя формулу (3.3.12), найдем значение коллекторной емкости в рабочей точке :
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:
, (3.3.14)
Найдем ток эмиттера по формуле:
, (3.3.15)
Найдем сопротивление эмиттера по формуле:
(3.3.16)
где Iэо – ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА.
Проводимость база-эмиттер расчитаем по формуле:
, (3.3.17)
Определим диффузионную емкость по формуле:
, (3.3.18)
Крутизну транзистора определим по формуле:
, (3.3.19)
3.3.3.2 Однонаправленная модель
Поскольку 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. Описание такой модели можно найти в [6].
Рис. 3.7 Однонаправленная модель.
Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам [6].
Входная индуктивность:
, (3.3.20)
где –индуктивности выводов базы и эмиттера.
Входное сопротивление:
, (3.3.21)
где , причём , где
и – справочные данные.
Крутизна транзистора:
, (3.3.22)
где , , .
Выходное сопротивление:
. (3.3.23)
Выходная ёмкость:
. (3.3.24)
В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы:
,
3.3.4 Расчет полосы пропускания.
Проверим обеспечит ли выбранное сопротивлении обратной связи Rос, расчитанное в пункте 3.3.1, на нужной полосе частот требуемый коэффициент усиления, для этого воспользуемся следующими формулами[6]:
(3.3.25)
(3.3.26)
Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле (3.3.12):
Найдем сопротивление базы по формуле (3.3.13):
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле (3.3.14):
Найдем ток эмиттера по формуле (3.3.15):
Найдем сопротивление эмиттера по формуле (3.3.16):
Определим диффузионную емкость по формуле (3.3.18):
, (3.3.27)
, (3.3.28)
где Yн – искажения, дБ,
(3.3.29)
Выбранное сопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.
3.3.5 Расчёт цепей термостабилизации
Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная [7].
3.3.5.1 Пассивная коллекторная термостабилизация.
Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.8) 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.
Рис. 3.8 Пассивная коллекторая термостабилизация.
Расчёт, подробно описанный в [8], заключается в следующем: выбираем напряжение (в данном случае 6,5В) и ток делителя (в данном случае , где – ток базы), затем находим элементы схемы по формулам:
; (3.3.30)
, (3.3.31)
где – напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В;
. (3.3.32)
Получим следующие значения:
3.3.5.2 Активная коллекторная термостабилизация.
Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.9. Её описание и расчёт можно найти в [6].
Рис. 3.9 . Активная коллекторная термостабилизация.
В качестве VT1 возьмём КТ361А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть ), затем производим следующий расчёт:
; (3.3.33)
; (3.3.34)
; (3.3.35)
; (3.3.36)
, (3.3.37)
где – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ361А;
; (3.3.38)
; (3.3.39)
. (3.3.40)
Получаем следующие значения:
Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 по переменному току был заземлён.
3.3.5.3 Эмиттерная термостабилизация.
Для выходного каскада выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.10. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [8].
Рис. 3.10 Эмиттерная термостабилизация.
Расчёт производится по следующей схеме:
1.Выбираются напряжение эмиттера и ток делителя (см. рис. 3.4), а также напряжение питания ;
2. Затем рассчитываются .
3. Производится поверка – будет ли схема термостабильна при выбранных значениях и . Если нет, то вновь осуществляется подбор и .
В данной работе схема является термостабильной при и . Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле . Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:
; (3.3.41)
; (3.3.42)
. (3.3.43)
Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной производится расчёт приведённых ниже величин.
Тепловое сопротивление переход – окружающая среда:
, (3.3.44)
где , – справочные данные;
– нормальная температура.
Температура перехода:
, (3.3.45)
где – температура окружающей среды (в данном случае взята максимальная рабочая температура усилителя);
– мощность, рассеиваемая на коллекторе.
Неуправляемый ток коллекторного перехода:
, (3.3.46)
где –отклонение температуры транзистора от нормальной;
лежит в пределах ;
– коэффициент, равный 0.063÷0.091 для германия и 0.083÷0.120 для кремния.
Параметры транзистора с учётом изменения температуры:
, (3.3.47)
где равно 2.2(мВ/градус Цельсия) для германия и
3(мВ/градус Цельсия) для кремния.
, (3.3.48)
где (1/ градус Цельсия).
Определим полный постоянный ток коллектора при изменении температуры:
, 3.3.49)
. (3.3.50)
Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия:
где . (3.3.51)
Рассчитывая по приведённым выше формулам, получим следующие значения:
..
3.4 Расчёт промежуточного каскада по постоянному току.
3.4.1 Выбор рабочей точки
При расчёте требуемого режима транзистора промежуточного каскада по постоянному току, координаты рабочей точки выберем следующие: , где примем , а . Мощность, рассеиваемая на коллекторе .
3.4.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор 2Т996А. Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ГГц;
7.
3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора
Вт;
3.4.3 Расчет промежуточного каскада.
Как уже отмечалось в качестве промежуточного каскада будем использовать каскад с комбинированной отрицательной обратной связью состоящую из и .
Достоинством схемы является то, что при условиях и , (3.4.1)
схема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие ³0,7. Поэтому практически отсутствует взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании [6].
При выполнении условия (3.4.1), коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением:
, (3.4.2)
где , (3.4.3)
, (3.4.4)
. (3.4.5)
Из (3.4.1), (3.4.3) не трудно получить, что при заданном значении
. (3.4.6)
При заданном значении , каскада равна:
, (3.4.7)
где .
3.4.4 Расчёт полосы пропускания.
Расчёт производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.1.
Используя формулы (3.3.18) и (3.3.19) найдем коэффициент N:
, , где
Используя формулы (3.3.12), (3.3.13), (3.3.14), (3.3.15), (3.3.16), (3.3.18), и характеристики транзистора приведенной в пункте 3.4.2, убедимся в том, что выбранное сопротивление обратной связи обеспечит на нужной полосе частот требуемый коэффициент усиления:
, ,
, , .
Выбранное сопротивление Rос обеспечивает на заданном диапазоне частот коэффициент усиления равный 18дБ.
3.4.4 Расчёт цепи термостабилизации
Для промежуточного каскада также выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.10.
Метод расчёта схемы идентичен приведённому в пункте 3.3.4.3. Эта схема термостабильна при и . Напряжение питания рассчитывается по формуле .
Рассчитывая по формулам 3.3.28–3.3.38 получим:
Рассеиваемую мощность на вычислим следующим образом: , тогда .
3.5 Расчёт входного каскада по постоянному току.
3.5.1 Выбор рабочей точки
При расчёте требуемого режима транзистора входного каскада по постоянному току, координаты рабочей точки выберем следующие: , а . Мощность, рассеиваемая на коллекторе .
Страницы: 1, 2, 3, 4
