29814-1 (707646), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Элементы схемы замещения могут быть рассчитаны по следующим эмпирическим формулам [4]:

где - индуктивность вывода базы; - индуктивность вывода эмиттера; - предельное значение напряжения ; - предельное значение постоянного тока коллектора.

При расчетах по эквивалентной схеме, приведенной на рисунке 3.3.2.1, вместо используют параметр - коэффициент усиления транзистора по мощности в режиме двухстороннего согласования [5], равный

= (3.3.2.1)

где - частота, на которой коэффициент усиления транзистора по мощности в режиме двухстороннего согласования равен единице; - текущая частота.

3.4 Расчет 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.

3.4.1. Эммитерная термостабилизация

Транзисторный каскад с эммитерной термостабилизацией приведен на рисунке 3.4.1.1

Рис. 3.4.1.1 Усилительный каскад с эммитерной стабилизацией

Расчет элементов схемы эммитерной термостабилизации производится по формулам в [6].

Напряжение на эммитерном сопротивлении обычно выбирают:

Тогда сопротивление R_э будет равно:

Напряжение источника питания:

Расчет базового делителя:

Ток делителя:

Мощность, рассеиваемая на R_Э:

Пассивная коллекторная стабилизация.

Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.4) 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.

Транзисторный каскад с пассивной коллекторной термостабилизацией приведен на рисунке 3.4.2.1

Рис. 3.4.2.1 Каскад с пассивной коллекторной стабилизацией

Подробный расчет элементов схемы приведен в [6].

Для того, чтобы пассивная коллекторная термостабилизация была эффективной необходимо, чтобы напряжение U_Rк лежало в пределах:

Тогда сопротивление R_К и источник питания будут равны:

Рассчитаем R_Б:

Тогда рассеиваемая мощность каскада:

что почти в 2 раза больше рассеиваемой мощности каскада с эммитерной термостабилизацией.

Активная коллекторная стабилизация

Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.4.3. Её описание и расчёт можно найти в [7].

Рис. 3.4.3 Каскад с активной коллекторной стабилизацией

Для того, чтобы активная коллекторная стабилизация была эффективной необходимо, чтобы на резисторе R₄ выделялось напряжение:

Тогда сопротивление должно быть равно:

Рассчитаем рабочую точку второго транзистора, обеспечивающего стабилизированный режим работы каскада:

Тогда источник питания:

Рассчитаем элементы схемы активной коллекторной стабилизации по формулам в [7]:

Рассеиваемая мощность каскада:

Таким образом наиболее экономичным по энергетическим параметрам является каскад с активной коллекторной стабилизацией, но т.к. разрабатываемый усилитель антенной решетки маломощный, то в каскадах усилителя целесообразней применить эммитерную термостабилизацию, обладающую достаточно хорошими параметрами стабилизации рабочей точки транзистора.

Расчет элементов высокочастотной коррекции

Для того, чтобы усилитель антенной решетки был согласован по входу и выходу, имел линейную амплитудно-частотную характеристику, а параметры усилителя не изменялись во времени и при изменении температуры окружающей среды, необходимо испоьзовать схему высокочастотной коррекции. Лучше всего для данного усилителя подходит схема с комбинированной обратной связью [7].

Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 3.5.1

Рисунок 3.5.1 - Схема каскада с комбинированной ООС

Расчет схемы каскада с комбинированной отрицательной обратной связью подробно описан в [7].

Достоинством схемы является то, что при условиях:

и (3.5.1)

схема оказывается согласованной по входу и выходу с КСВН не более 1,3 в диапазоне частот, где выполняется условие Y_В0,7. Поэтому практически отсутствует взаимное влияние каскадов друг на друга при их каскадировании.

При выполнении условия (3.5.1), коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением:

(3.5.2)

где:

;

.

Из (3.5.1), (3.5.2) не трудно получить, что при заданном значении , выбранным с запасом в 20%, для того, чтобы в случае ухудшения, в силу каких-либо причин, параметров отдельных элементов коэффициент передачи усилителя не опускался ниже заданного уровня, определённого техническим заданием:

на один каскад.

Тогда общий коэффициент передачи усилителя будет равен:

Тогда коэффициенты:

При заданном значении Y_в на один каскад, частота f_в каскада равна:

(3.5.3)

Нагружающие ООС уменьшают максимальную амплитуду выходного сигнала каскада в котором они используются на величину

. (3.5.4)

При выборе и из (3.5.1), ощущаемое сопротивление нагрузки транзистора каскада с комбинированной ООС равно и его напряжение и ток в рабочей точке, также как и для каскада без ООС, могут быть рассчитаны по формулам [7]:

, ,

где - максимальная допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе.

В этом случае каскада равно:

С учетом наличия сопротивления насыщения следует рассчитывать по формуле

(3.5.5)

Из формулы (3.5.5) следует, что напряжение, которое может отдать транзистор с учетом потерь на резисторах обратной связи и с четом наличия сопротивления насыщения, несколько больше напряжения, которое он должен выдать на выходе по заданию. Это говорит о том, что полученный в результате расчета усилитель антенной решетки обладает лучшими характеристиками, чем по заданию.

4. Расчет предоконечного и входного каскадов

Расчет входного и предоконечного каскада производится абсолютно аналогично расчету конечного каскада, т.к. все каскады согласованы по входу и по выходу за счет применения комбинированной отрицательной обратной связи и режимы работы транзисторов одинаковы.

5. Расчет разделительных и блокировочных конденсаторов

На рисунке 5.1 приведена принципиальная схема усилителя. Рассчитаем номиналы элементов обозначенных на схеме. Расчёт производится в соответствии с методикой описанной в [1]:

Рисунок 5.1 Принципиальная схема антенного усилителя.

Произведем расчет разделительных и блокировочных емкостей.

Так как ёмкости, стоящие в эмиттерных цепях, а также разделительные ёмкости вносят искажения в области нижних частот, то их расчёт следует производить, руководствуясь допустимым коэффициентом частотных искажений. В данной работе этот коэффициент составляет 1.5дБ. Общее количество разделительных конденсаторов 4, тогда на один разделительный конденсатор приходится искажений 1.5/4 = 0,375 дБ.

Тогда:

где R₁ и R₂ – это входное и выходное сопротивления каскадов усилителя и R₁ = R₂ =50 Ом, т.к. каскады согласованы по входу и по выходу.

,

где S₀ – это крутизна транзистора, рассчитанная в п. 3.3.1;

R_Э – это сопротивление термостабилизации, рассчитанное в п. 3.4.1;

Y_Н = 0,94, т.к. количество С_р равно 3.

Дроссель в коллекторной цепи каскадов ставится для того, чтобы выход транзистора по переменному току не был заземлен через источник питания. Величина дросселя выбирается исходя из условия:

Тогда:

Конденсаторы, стоящие в цепях обратной связи: C₁, C₂, C₃ выбираются из условия:

Тогда:

Заключение

В результате расчета получился усилитель со следующими характеристиками:

1. Рабочая полоса частот: 100-1196 МГц

2. Линейные искажения

в области нижних частот не более 1.5 дБ

в области верхних частот не более 1.5 дБ

3. Коэффициент усиления 19,7дБ

4. Амплитуда выходного напряжения Uвых=0.25 В

5. Питание однополярное, Eп=7 В

Усилитель рассчитан на нагрузку Rн=50 Ом и согласован по входу и по выходу.

Усилитель имеет запас по усилению 4,7дБ, выходному напряжению и по верхней частоте.

Список использованной литературы:

1. Красько А.С., Проектирование усилительных устройств, методические указания. Томск: ТУСУР, 2000г., 29 с.

2. Аронов В.Л., Баюков А.В. и др. Полупроводниковые приборы: Транзи сторы. Справочник/Под общ. Ред. Горюнова Н.Н. – 2-е издание, пере-

работанное – М.: Энергоатомиздат, 1985-904с., илл.

3. Мамонкин И.Г. Усилительные устройства: учебное пособие для вузов.

Характеристики

Список файлов реферата