46201 (Усилитель мощности системы поиска нелинейностей), страница 2

I_к0 =0.7А.

Напряжение источника питания:

Е_п=U_кэ0 =18В.

В идно, что напряжение питания значительно уменьшилось. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току приведены на рис. 1.6.

I, А

1.4 R_

R~

0.7

18 34 U, В

Рисунок 1.6 – Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

Расчет прямой по постоянному току:

Расчет прямой по переменному току:

, ,

, .

Найдем так же расчетную мощность цепи и мощность потребления:

Сведем результаты расчетов в отдельную таблицу и проведем сравнительный анализ двух схем.

Таблица 1.1 - Сравнительный анализ схем

Из таблицы следует, что дроссельный каскад потребляет в несколько раз меньше, напряжение источника питания для него нужно небольшое, что выгодно отличает данную схему. В дальнейших расчетах она и будет использоваться.

Выбор транзистора осуществляется исходя из технического задания, по которому можно определить предельные электрические и частотные параметры требуемого транзистора. В данном случае они составляют (с учетом запаса 20%):[6]

I_{к доп} > 1.2*I_к0=0.84 А

U_{к доп} > 1.2*U_кэ0=21.6 В (1.8)

Р_{к доп} > 1.2*P_расс=15.2 Вт

f_т= (3-10)*f_в=(3-10)*250 МГц.

Этим требованиям с достаточным запасом отвечает широко распространенный транзистор КТ 934В, справочные данные которого приведены ниже [7]:

I_к=2 А

U_кэ=60 В

P_к=30 Вт

F_т= 960 МГц.

при

1.3.3. Расчет эквивалентных схем транзистора КТ934В.

а) Модель Джиаколетто.

Модель Джиаколетто представлена на рис.1.7.

Рисунок 1.7 - Эквивалентная схема Джиаколетто.

Необходимые для расчета справочные данные:

, постоянная цепи обратной связи.

, статический коэффициент передачи тока базы.

, емкость коллекторного перехода.

Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода нашего транзистора:[5]

(1.9)

Из справочных данных мы знаем, что при , а на 18В. Для того, чтобы свести параметры к одной системе воспользуемся формулой перехода:[1]

(1.10)

в нашем случае:

Теперь, зная все параметры, можно найти сопротивление:

, тогда

Найдем значение коллекторной емкости в рабочей точке по той же формуле перехода:

Найдем значения оставшихся элементов схемы:

, где (1.11)

– паспортное значение статического коэффициента передачи,

– сопротивление эмиттеного перехода транзистора

Тогда

Емкость эмиттерного перехода: , где – типовое значение граничной частоты коэффициента передачи тока, взятое из паспортных данных транзистора.[7]

Найдем оставшиеся параметры схемы:

(1.12)

(1.13)

(1.14)

б) Однонаправленная модель.[4]

Однонаправленная модель представлена на рис.1.8.

Рисунок 1.8 - Однонаправленная модель.

При определении значений элементов высокочастотной модели воспользуемся паспортными данными транзистора:[7]

(1.15)

где – входное сопротивление, – выходная емкость, – выходное сопротивление.В паспортных данных значение индуктивности.[7]

где – индуктивности выводов базы и эмиттера.

В результате получим:

1.3.4. Расчет схем термостабилизации транзистора КТ 934В.

Эмиттерная термостабилизация приведена на рис.1.9.[8]

Рисунок 1.9 Схема эмитерной термостабилизации.

Расчет номиналов элементов осуществляется исходя из заданной рабочей точки. Напряжение на эмиттере должно быть не менее 3-5 В (в расчетах возьмем 3В), чтобы стабилизация была эффективной.

Рабочая точка:

U _кэ0= 18В,

I_к0=0.7А.

Учтя это, получим:

, где , а коллекторный ток – , что было получено ранее, тогда: и 1.16)

Видно, что рассеиваемая мощность довольно велика.

Базовый ток будет в раз меньше коллекторного тока:

, (1.17)

а ток базового делителя на порядок больше базового:

(1.18)

Учтя то, что напряжение питания будет следующим:

, (1.19)

найдем значения сопротивлений, составляющих базовый делитель:

(1.20)

(1.21)

Схема активной коллекторной термостабилизации усилительного каскада приведена на рис.1.10.

Рисунок 1.10 – Схема активной коллекторной термостабилизации.

В качестве управляемого активного сопротивления выбран транзистор КТ361А со средним коэффициентом передачи тока базы 50.[9] Напряжение на

сопротивлении цепи коллектора по постоянному току должно быть больше 1 В или равным ему, что и применяется в данной схеме [4].

Энергетический расчет схемы:

. (1.22)

Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:

. (1.23)

Видно, что мощность рассеивания на отдельном резисторе уменьшилась в три раза по сравнению с предыдущей схемой. Рассчитаем номиналы схемы:

(1.24)

Номиналы реактивных элементов выбираются исходя из неравенств:

(1.25)

Этим требованиям удовлетворяют следующие номиналы:

L=30 мкГн (R_н=25 Ом) и С_бл=0.1 мкФ (f_н=10 МГц).

Схема пассивной коллекторной термостабилизации приведена на рис. 1.11[8]

Рисунок 1.11 – Схема пассивной коллекторной термостабилизации.

В данной схеме напряжение на коллекторе должно изменяться в пределах от 5 до 10 В. Возьмем среднее значение– 7В.

Произведем энергетический расчет схемы:

. (1.26)

Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:

. (1.27)

Видно, что при использовании данной схемы мощность будет максимальна.

Рассчитаем номиналы схемы:

. (1.28)

Сравнив эти схемы видно, что и с энергетической, и с практической точки зрения более эффективно использовать активную коллекторную термостабилизацию, которая и будет использоваться далее.

1.3.5. Расчет выходной корректирующей цепи.

В рассматриваемом выше усилительном каскаде расширение полосы пропускания было связано по принципу последовательного соединения корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов [10].

Пример построения такой схемы усилителя по переменному току приведен на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12 Схема усилителя с корректирующими цепями

При этом расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 1.8. Из теории усилителей известно [11], что 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 (см. рисунок 1.8) в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 1.13.

Рисунок 1.13Схема выходной корректирующей цепи

От выходного каскада усилителя требуется получение максимально возможной выходной мощности в заданной полосе частот [12]. Это достигается путем реализации ощущаемого сопротивления нагрузки для внутреннего генератора транзистора равным постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Одна из возможных реализаций - включение выходной емкости транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Расчет элементов КЦ проводится по методике Фано, обеспечивающей максимальное согласование в требуемой полосе частот.

По имеющейся выходной емкости каскада (вычисленной в пункте 1.3.3) найдем параметр b3, чтобы применить таблицу коэффициентов [13]:

. (1.29)

Из таблицы получим следующие значения параметров с учетом величины b3 (произведя округление ее):

C_1н=b1=1.9, L_1н=b2=0.783, C_1н=b3=1.292, S=0.292, 1.605.

Разнормируем параметры и найдем номиналы элементов схемы:

. (1.30)

1.3.6 Расчет элементов каскада со сложением напряжений

При выполнении условия (1.1) коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением.

,

где

;

;

;

;

.

Оптимальная по Брауде АЧХ каскада реализуется при расчете , по формулам [4]:

; (1.31)

, (1.32)

а значение определяется из соотношения:

. (1.33)

Рассчитать , , каскада со сложением напряжений приведенного на рисунке 1.1, при использовании транзистора КТ934В и условий: =25 Ом; =0,9.