Р.А. Грановская - Расчет каскадов радиопередающих устройств

Министерство науки, высшей школы и уеащческой поли~яки Российской Федерации КОМИТЕТ ПО ШСШЕЙ ШКОЛЕ НОСКОВСКНИ ОРДЕНА ДЕНННА И ОРДЕНА ОКЗННРВСКОЕ РЕВОЕЕЩЩ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ имени СЕРГО ОРДЮНИКИДЗЕ Р.А. ГРАНОВСКАЯ РАСА!:: 1' КАСКАДОВ РАДИОПКРЕДАХ1ЦИХ УСТРОЙСТВ Грановская Р.А. Расчет каскадов радиопередапщих устройств (Расчет режимов работы транзисторов генераторных каскадов): учебное пособие. — Ы.: Иэд-во УАИ, 1993. -68 с.: ил. Рассматриваются методики расчета режимов транзисторов генераторных каскадов ВЧ- и СБЧ-диапазонов. Приводятся краткие описания программ расчета режимов на персональных компьютерах и 322.

Пособие предназначено для студентов радиотехнических специальностей. Рецензенты: ЮЛ. Зельдин, В.А. Романюк Б настоящей работе приводится р~д наиболее широко применяе;~их методик. поз~оляншях рассчитать режимы работы транзисторов, генераторных каскадов с внешним возбуждением: усилителя мсшиости и умно..втеля частоты, и аэтогенератора на безынерционном транзисто:.е. Иетадлкл даются как для случая использования в усилителе мс~.,' н ',тГ калом(жцяого, так и мощного транзисторов Отдельно рассмат:„-яв~'х:т::.,л расчеты транзистора усилителя высокой частою и СВЧ.

Ял ~", '.; '".' .е1 4 сна< я поль зоРания метОдцщмфц,...пйияппятй~,,".~~~ж~м~н~~~;:,:",~~~:,:,:,:!.',: :-=. тора и радиатором, корпус транзиатора выполняют в виде болта фланца и т.д. Для более плотного прикрепления к Радиатору или детенке. 2. ПАРАМЕНЫ ТРАНЗИСТОРОВ. ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СХИВ ТРАНЗИСТОРОВ И ПАРИ4ЕТРЫ ИХ ЗЛИКЕНТОВ При проектировании транзисторных каскадов необходимы электрические параметры транзисторов и параметры элементов их эквивалентных ахеи. К сожалению, в справочной литературе можно найти далеко не вае требуемые параметры.

Поэтому кратко Рааамотрим эквивалентные схемы и электрические параметры транзисторов и элементов ахем, которые иапользуютая для раачета Режима Работы транзисторов. щения (Ш) и инверсном (1У) 1ам. Рис. 2.1,б). Нелинейные авойс* а транзистора проявляются главным образом при переходе из одно о состояния в другое, например, из отсечки в активное, при ниях на эмиттерном и коллекторном переходах близких к нап ы к напряжению ЕУ, называемому нагцяхением отсечки (см. Рис. 2.~,а). Зл ричеакие параметры транзистора: коэффициент передачи по токуЬ оку ~, сопротивления материала базы 7~ и коллектора Р', барьерные емкост" ~з ~ ~ зависят от пит~ж~ напряжений, температуры окрузащ1ей ОРВАН, Рабочей частоты. Поэтому при расчете режима транзистора Реальный прибор заменяют электрической моделью, отража.ж,ей реальзлектриче акая схема транэиатора, дополненная эквивалентными параметрами входных и выходных согласующих цепей, позволяет списать поведение токов и напряжений;.' отдельных цепях схемы в виде системы дифференциальных 1Ж у Равнений ..1'евгение этой системы дифференциальных уравнений позво- ! Х о ъа Ю ° Ю ~О СМ 'е о о ъО ъО л л СР СЧ л л С~ л (:) СЪ ф' СР С) ф С) 31> Л о ~> с:~ ф' СР СЭ -Ф.

сэ О М"> Ь ~ 1-4 О3 ,Ф Ъ' ~:."::::-:.":::,:;;:,:.'.":::- К первой группе параметров относятся: Уц ь,,У„~ьД~вщХ~,„, 7щ, ~40,ущип,Хф;Я~„, диапазон рабочих частот (/~...,~'„) в~р~~р ~А,~акр кйу~ Ыри 7:= 25ОС. Превышение допустимых напрякенй11 приводит к злект- Вто 43л г"' .Па параметров дает предст е представление о некотором тиричеокому пробою транзистора или пробою змиттерного перехода. повом экспериментальном режиме Ф Оты транзистора при услов ц Превымние допустимых значений токов приводят к тепловому пробою близких к предельно допуотищщ по ка» О „- акому-либо из параметров в переходах транзистора. и Огранич»1вакщих мщность транзистора так, чтобы мозно было гаЧаототяые ограничения на использование транзистора обуолов- рантировать достаточнУю надежность его Работы Д ' б О Ра оты, аются: Рабочая лены сверху (частота,~~~ ) в основном падением его усиления, а они- частота ~ „вЫХОдНан и зу (частота„~„,) возможностью развития при более медленных процес- нйЯ по моцнооти /~ при напр~щении коллек, ~ф оах вторичного пробоя или перегрева структуры транзистора.

а так:;е схема включения транзистора. Как правило, приво»п тся зкс- Превыщение температуры 7~ли~ приводи™ деград периментальные параметры на частоте близкой к ~ где Ь' водниковой структур и потере ее рабочих свойств. Обычно герма- Ра 1е ры липового Режима МОгут слУчить исходны и для евые приборы имеют 70 ~ ~"' < 90 , а кРемниевые 120 - "дерру ыбй~;а тРпа т~::анзйото~и». СлеЯ~ет помни»ь, что превышение значе- <200 С. Тепловое сопротивление переход-корпус ~а~ СЛ'т хаР~те ризует способность транзистора передавать тепло От кристалла по- р зкому снижению Усилен»»я Вылодная ц-„»ность З)Я; для схемы ОБ.

Как показывает практика, мощность в йнтервале,~ь.../~ может менятьая в два раза (наибольшее значение будет наЯ, ). Боли необходимая мощность на заданной частоте может быть обеспечена различными транзисторами, то предпочтительным будет транзистор с большим усилением, если он работает в предварительном каскаде РПУ, или а более высоким КШ~ — при работе в выходном каскаде. Отметим также, что более высокочастотные приборы имеют и более высокую стоимость. Ыощные транзисторы СВЧ, имеющие /7. ~ ЗОО МГц, не рекомендуетая применять в каскадах, работающих на,ф, р » 30...60 МГц.

Лля расчета режима транзистора иапользувт различные методики расчета, основанные на некоторых приближенных эквивалентных схемах транзистора и допущениях, накладываемых на их работу. Наибо— лее применяемыми являются методики расчета, изложенные в работах ~3, 5 — 7~.

Надо отметить, что вае эти методики, естественно, не могут претендовать на строгий расчет режима, тая как исходят метричность в импульсах тока авяза в моменты отк~ывания и за а Ре дными процессами вязана а переход р'вания змиттерного пе ехо а свою очередь обусловлено раз Р д, чтов личием постоянных времени том 2(~7~ и закрытом ~~©< змиттерных переходах. В схеме ОЗ 2 =Ъ~зЖ"р, в схеме ОБ ~,". 1у ( ~ ~ Д7~0У= 2" 0 ОБ Ю Гр ГЯ-~,Ы ГЭУ-, Р~с = з .к~ где "уэ — сопротивление т д ° У.. 1ООО" 1ОО Ом. ОбычнО 7-.,г- Р Утечки зйиттерного перех ) /~ ~ РЗ д7~ 0Я и ~у дд 'нь низких частотахса< О 3 0- 3/~~~сопротивление зииттернс го перехода в Открытом и зак~итом состояниях б лизка к активному переходные процессы отсутству т и импул с б льсы тока будут близки к отрезкам симметричной косинусоиды.

Ла казнях и средних частОтах так кан2" ~~2 ~и~ ~ 07~с в будут НЭ блюдаться переходные процессы и "перекос" импульаа ( . 3.1, ). риа...г) . !:.а высоких частотах в отк~нтом и закрытом состоянии сопротивление змиттерного перехода близко к еыкоатнощ Переходны ле .. ° ~ "'" " щ. ереходные процес- й. йь,.~, Рь Рис. 3.5 Лля Расчета Режима мощного транзистора с частотной коррек— спей во входной пепи можно использовать также методику Расчета„ изложенную в учебном пособии ~6 ). где,5л комплексная крутизна по переходу; 3 =~ у / ' 2 =0 4~»4» — ~ за ~» а=, '~з~ определяемая гременем пролета ета носителеИ заряда; Е~„ - мгновенное напряжение на перех Уже отмечалось ~см.

гл. 2) ' ° что параметры эквивалентной схемы транзистора зависят от протекщцих токов оков и приложенных напря днако о~чно считают, что в выбранном Режим Р нном Режиме транзистора пар "' удут постоянными в пределах каждой области работы: области рабочей (Ь'- замкнут) и области отсечки (К- разомкнут). Параметры эквивалентной схемы, приводятся в справочных данных ~ нап~:имер ~5, 93), а наименованИя их даны в разделе "Обозначения" кастач.цего пособия.

Некоторые паралеци, которые отсутст- вуБ',' ';!.;:.';:.Рьв~ чникйх можно оценить по формулам: -С Е',у ~, С„~:"„~~С,р, ~,„д ~С,с/2...~„ -7-~-~ „; Ь =~а,~' 1~~ льь*~а 'т ~.. 7. ПАСЕТ РЕЖИМА ТРАНЗИСТОРА МО„НСГО ~~ "ВЧ У~НОВИТИЕ ЩЦ,ТО,, В промежуточных каак;ц Радиопередщщ~их ц меняют умнояители частоты а ®~~ уотройотв Св~ при ВЫХОДНой мощноотьц ватт. Такие СБЧ-умножители являются До сотен милли ты в них доотигаетоя выделением н й .

' ние чаотс~- явл"Ются уже мощными. Умном " нуеной ~Б-й гармоники и коллекторы ого тока, При раочете рщи из импульса на частотах ~С . *. гц ~сот,О.„) Ра, Работахщего 8 9 е режима транзиото используют кусочное а ри этом дополнительно учит ~~~~~~~ закрытого эмиттерн и потери в материале коллектора. ц терного пе х а терн ре сна редполагаат, что транзистор Включен по::хеме о общей базой (ОБ) и воз уздаетоя от генератора гармониче:;"к;;:Го тока.

Схема ОБ обеспечивает чивает лучшие энергетические параметры мо,'ного умножителя СЫЧ, чем схема о общим ~оэ). ~:: -': '"' м схема о общим эмиттером Ь А. ИМПУЛЬЦ .;;: ",;": м,: за ачет обратной связи через емкость С коллект;- „: с '": ка деФармируетоя и имеет,мдлые..н~:.~,"""" ""- -, го тока; прене- ~раетсй ,7 -,7 ~У~' Яка!~~ ).; е -"" г э ,К ~"гаХ Гт~. ~М г Й~~„э 4а Сопротявление кол~ ..з ктбфф Р „= и,„~р„ Здесь необходимо, убедить э то Г$-,~ ф,и~ др.