amplifier (ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КАЛИБРОВКИ РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ), страница 2

Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами.

Справочные данные для транзистора КТ930Б:

п ри

п ри

C
_к- емкость коллекторного перехода,

_с- постоянная времени обратной связи,

_о- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.

Найдем значение емкости коллектора при U_кэ=10В по следующей формуле:

(4.11)

где U_кэо – справочное или паспортное значение напряжения;

U_кэо – требуемое значение напряжения.

Сопротивление базы будет равно:

(4.12)

Найдем сопротивление эмиттера по формуле:

(4.13)

где I_ко – ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА.

Проводимость база-эмиттер расчитаем по формуле:

(4.14)

Определим диффузионную емкость по формуле:

(4.15)

Сопротивление внутреннего источника тока будет равно:

(4.16)

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:

(
4.17)

Крутизну транзистора определим по формуле:

(
4.18)

4.3.2 Однонаправленная модель

Однонаправленная модель, так же как и схема Джиаколетто, является эквивалентной схемой замещения транзистора. Схема представляет собой высокочастотную модель, которая изображена на рисунке 4.6. Полное

описание однонаправленной модели можно найти в [4].

Рисунок 4.6 – Однонаправленная модель

Расчитаем элементы схемы воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами.

Справочные данные для транзистора КТ930Б:

L_б – индуктивность базового вывода;

L_э – индуктивность эмиттерного вывода;

G_ном1,2 – коэффициент усиления по мощности в режиме двустороннего

согласования.

Определим входную индуктивность по следующей формуле:

(
4.19)

Входное сопротивление равно сопротивлению базы в схеме Джиаколетто:

Выходное сопротивление найдем по формуле:

(
4.20)

Выходную емкость найдем по формуле (4.11) при напряжении в рабочей точке.

Определим частоту f_max из следующей формулы:

(4.21)

г
де f – частота на которой коэффициент усиления по мощности имеет значение 3.5.

4.4 Расчет схем термостабилизации

Выбор схемы обеспечения исходного режима транзисторного каскада тесным образом связан с температурной стабилизацией положения рабочей точки. Объясняется это следующим. Важной особенностью транзисторов является зависимость их вольт-амперных характеристик от температуры р-n переходов и, следовательно, от температуры внешней среды. Это явление нежелательно, так как температурные смещения статических характеристик обуславливают не только изменения усилительных параметров транзистора в рабочей точке, но и приводят к перемещению рабочей точки. Изменения в положении рабочей точки в свою очередь сопровождаются дальнейшим изменением усилительных параметров, так как последние зависят от режима. Таким образом, электрические показатели усилителя оказываются подверженными влиянию температуры и при неблагоприятных условиях могут существенным образом отклониться от нормы.

Для сохранения режима работы транзистора в условиях непостоянства температуры окружающей среды в схему каскада вводят специальные

элементы температурной стабилизации. Существует три вида температурной стабилизации: эмиттерная стабилизация, коллекторная стабилизация и активная коллекторная стабилизация.

4.4.1 Эмиттерная термостабилизация

Одной из распространенных схем с обратной связью, предназначенных для стабилизации режима, является схема с эмиттерной стабилизацией [5], которая изображена на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 – Схема эмиттерной термостабилизации

Рассчитаем основные элементы схемы по следующим формулам:

(4.22)

(4.23)

(4.24)

(4.25)

(4.26)

( 4.27)

(4.28)

где I_дел. – ток делителя;

P_Rэ – мощность рассеиваемая на резисторе R_э .

Выберем напряжение U_э=3В и по формуле (4.22) определим сопротивление R_э.

Базовый ток найдем из формулы (4.23).

Ток делителя рассчитываем по формуле (4.24).

Определим напряжение питания по формуле (4.27).

Значения сопротивлений базового делителя найдем из формул (4.25,4.26).

Мощность рассеиваемая на резисторе R_э рассчитаем по формуле (4.28).

4.4.2 Коллекторная термостабилизация

Коллекторная стабилизация является простейшей и наиболее экономичной из всех схем термостабилизации. Стабилизация положения точки покоя осуществляется параллельной отрицательной обратной связью по напряжению, снимаемой с коллектора транзистора. Полное описание и работу схемы можно найти в книге [5]. Схема коллекторной стабилизации представлена на рисунке 4.8.

Рисунок 4.8 – Схема коллекторной термостабилизации

Рассчитаем основные элементы схемы по следующим формулам:

(4.29)

( 4.30)

(4.31)

Выберем напряжение U_Rк=7.5В и расчитаем значение сопротивления R_к по формуле (4.29).

Базовый ток найдем из формулы (4.23).

Зная базовый ток расчитаем сопротивление R_б по формуле (4.30).

Определим рассеиваемую мощность на резисторе R_к по формуле (4.31).

4.4.3 Активная коллекторная термостабилизация

В данном курсовом проекте использована активная коллекторная термостабилизация, которая является достаточно эффективной в мощных усилительных каскадах. Схема активной коллекторной термостабилизации изображена на рисунке 4.9.

Рисунок 4.9 – Схема активной коллекторной термостабилизации

VT1 – транзистор КТ814: _о= 40, U_кэдоп.=20В, I_к =2.5А;

VT2 – транзистор КТ930Б.

Рассчитаем элементы схемы по следующим формулам:

(4.32)

(4.33)

(4.34)

(4.35)

( 4.36)

(4.37)

(4.38)

В
ыберем напряжение U_R4=1В и рассчитаем значение резистора R₄ по формуле (4.32).

Базовый ток транзистора VT2 определим по формуле (4.33).

Напряжение в рабочей точке для транзистора VT1 найдем по формуле (4.34).

Значение сопротивления R₂ расчитаем по формуле (4.35).

Базовый ток транзистора VT2 равен значению тока в рабочей точке транзистора VT1.

Базовый ток транзистора VT1 определим из формулы:

Ток делителя найдем по формуле (4.38).

Значение сопротивления R₃ расчитаем по формуле (4.36).

Напряжение питания будет равно:

Значение сопротивления R₁ расчитаем по формуле (4.37).

4.5 Расчет корректирующих цепей

4.5.1 Выходная корректирующая цепь

Для передачи без потерь сигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому используется последовательное соединение корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов [6]. На рисунке 4.10 изображен пример построения такой схемы усилителя по переменному току.

Рисунок 4.10 Схема усилителя с корректирующими цепями

Расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 4.11. Для получения максимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки для внутреннего генератора транзистора, равное постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Это можно реализовать, включив выходную емкость транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 4.11.

Рисунок 4.11 – Схема выходной корректирующей цепи

Выходную корректирующую цепь можно рассчитать с использованием методики Фано, которая подробно описана в методическом пособии [6]. Зная С_вых и f_в можно рассчитать элементы L₁ и C₁ .

Рассчитаем нормированное значение С_выхн по следующей формуле:

(
4.39)

Исходя из таблицы, которая представлена в методическом пособии [6]. По значению нормированной выходной емкости находим нормированные значения L₁ и C₁, а так же коэффициент . Получим следующие значения:

Разнормируем полученные значения. В результате получим:

(4.40)

(4.41)

(4.42)

4.5.2 Межкаскадная корректирующая цепь

Как упоминалось ранее, для передачи сигнала от одного каскада многокаскадного усилителя к другому, от источника сигнала на вход первого усилительного элемента и от выходной цепи последнего усилительного элемента в нагрузку применяют различные схемы, называемые межкаскадными корректирующими цепями (МКЦ). Эти схемы одновременно служат и для подачи питающих напряжений на электроды усилительных элементов, а также придания усилителю определенных свойств.

Существуем множество различных схем МКЦ, но в данном курсовом проекте используется межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка, которая изображена на рисунке 4.12.

Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка обеспечивает достаточно хорошее согласование между усилительными элементами и способствует максимальной отдачи выходной мощности усилительного элемента в нагрузку.

Р
исунок 4.12 – Каскад с межкаскадной корректирующей цепью

третьего порядка