–PAGE_BREAK–.
Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ 610 А. Его основные технические характеристики приведены ниже.
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 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 [3].
Рисунок 3.6 – 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 [2].
Справочные данные для транзистора КТ610А:
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 формуле:
(3.3.12)
где U¢кэо– справочное или паспортное значение напряжения;
Uкэо – требуемое значение напряжения.
Сопротивление базы рассчитаем 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)
А
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 [2].
Рисунок 3.7
Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам [2].
Входная индуктивность:
, (3.3.20)
где –индуктивности выводов базы и эмиттера.
Входное сопротивление:
, (3.3.21)
где , причём , 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:
нГн;
пФ;
Ом
Ом;
А/В;
Ом;
пФ.
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[2]:
(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):
А
Найдем сопротивление эмиттера по формуле (3.3.16):
Ом
Определим диффузионную емкость по формуле (3.3.18):
пФ
, (3.3.27)
, (3.3.28)
где Yн – искажения приходящиеся на каждый конденсатор;
дБ,
или
(3.3.29)
Гц
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.
3.3.4.1 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.
Рисунок 3.8
Расчёт, подробно описанный в [3], заключается в следующем: выбираем напряжение (в данном случае 7В) 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:
Ом;
Ом;
Ом.
3.3.4.2 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 [2].
Рисунок 3.9
В качестве VT1 возьмём КТ361А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть В), 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:
Ом;
мА;
В;
кОм;
А;
А;
кОм;
кОм.
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.
3.3.4.3 Эмиттерная термостабилизация
Для выходного каскада выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.10. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [3].
Рисунок 3.10
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 В и мА. Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле В. 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;
К – нормальная температура.
Температура перехода:
, (3.3.45)
где К – 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 А;
– 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)
где
. (3.3.50)
Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия:
,
где . (3.3.51)
Рассчитывая по приведённым выше формулам, получим следующие значения:
Ом;
Ом;
Ом;
Ом;
К;
К;
А;
Ом;
;
Ом;
А;
А.
Как видно из расчётов условие термостабильности не выполняется.
3.4 Расчёт входного каскада по постоянному току
3.4.1 Выбор рабочей точки
При расчёте требуемого режима транзистора промежуточных и входного каскадов по постоянному току следует ориентироваться на соотношения, приведённые в пункте 3.3.1 с учётом того, что заменяется на входное сопротивление последующего каскада. Но, при малосигнальном режиме, за основу можно брать типовой режим транзистора (обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов мА и В). Поэтому координаты рабочей точки выберем следующие мА, В. Мощность, рассеиваемая на коллекторе мВт.
3.4.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ371А. Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
1. граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ГГц;
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.
3.4.3 Расчет входного каскада
Как уже отмечалсь в качестве входного каскада будем испльзовать каскад с комбинированной отрицательной обратной связью состоящцю из и обладающая, как и выходной наибольшей широкополосностью, и одновременно играет роль согласующего устройства между выходным каскадом и генератором, его схема по переменному току изображена на рисунке 3.11.
Рисунок 3.11
Сопротивление обратной связи Rос находим исходя из следующих соотношений [2]:
(3.4.1)
(3.4.2)
Входное сопротивление выходного каскада равно сопротивлению генератора:
Ом.
Выбрали сопротивление в цепи эмиттера такое, чтобы выполнялись выше записанные равенства (3.4.1) и (3.4.2):
Ом.
Тогда исходя из соотношений (3.4.1) и (3.4.2) находим сопротивление обратной связи:
Ом.
3.4.4 Расчёт эквивалентной схемы транзистора
3.4.4.1 Схема Джиаколетто
Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.6. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.1.
Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами.
Ом
продолжение
–PAGE_BREAK–