kursovik_amplifier (722499), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

, .

Проведем сравнительный анализ двух схем.

Таблица 2.1 - Сравнительный анализ схем

Мощности рассеивания и потребления рассчитывались по формулам:

, (2.6)

(2.7).

Таблица наглядно показывает, что использовать дроссель в цепи коллектора намного выгоднее с энергетической точки зрения. Поэтому далее будем использовать именно эту схему.

Выбор транзистора осуществляется исходя из технического задания, по которому можно определить предельные электрические и частотные параметры требуемого транзистора. Для данного задания они составляют (с учетом запаса 20%):

I_{к доп} > 1.2*I_к0=0.372 А

U_{к доп} > 1.2*U_кэ0=20 В (2.8)

Р_{к доп} > 1.2*P_расс=6.2 Вт

F_т= (3-10)*f_в=(3-10)*200 МГц.

Этим требованиям с достаточным запасом отвечает транзистор 2Т 916А [1], сравнительные справочные данные которого приведены ниже:

I_к=2 А – максимально допустимый постоянный ток коллектора,

U_кэ=55 В – максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер,

P_к=20 Вт – выходная мощность при 1ГГц,

F_т= 1.4 ГГц – граничная частота коэффициента передачи тока базы,

, постоянная времени цепи обратной связи,

, статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером,

, емкость коллекторного перехода,

, коэффициент передачи тока в схеме с общей базой,

, емкость коллекторного перехода, при напряжении коллектор-эмиттер, равном 10 В,

L_э=0.35 нГн, индуктивность эмиттерного выхода,

L_б=1 нГн, индуктивность базового вывода.

2.3.2. Расчет эквивалентных схем транзистора 2Т 916А

В данном пункте рассчитаем две эквивалентные схемы замещения транзистора: низкочастотную модель Джиаколетто [2] и высокочастотную однонаправленную модель [2]. Полученные эквивалентные параметры найдут применение в последующих расчетах.

а) Модель Джиаколетто

Модель Джиаколетто представлена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Эквивалентная схема Джиаколетто.

Для расчета используем справочные данные, выписанные выше [1]. Пересчитаем емкость коллекторного перехода на напряжение 10 В:

, емкость коллекторного перехода, рассчитанная при том же напряжении, что и постоянная времени цепи обратной связи.

Элементы схемы рассчитываются по формулам [2]:

, (2.9)

,

, (2.10)

, (2.11)

,

^, (2.12)

, (2.13)

, (2.14)

.

б) Однонаправленная модель

Однонаправленная модель представлена на рисунке 2.6 данного пункта.

Рисунок 2.6 - Однонаправленная модель.

Элементы модели рассчитываются на основе справочных данных по формулам [2]:

, (2.15)

. (2.16)

2.3.3 Расчет схем термостабилизации

В этом пункте производится сравнение эффективности использования различных схем термостабилизации транзистора выходного каскада: эмиттерной и активной коллекторной. Схема термостабилизации поддерживает значение постоянного тока, текущего через транзистор, на определенном, неизменном уровне при изменении внешних факторов (температура). Схема эмиттерной термостабилизации приведена на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 – Схема эмиттерной термостабилизации.

Расчет номиналов элементов осуществляется по известной методике, исходя из заданной рабочей точки. На эмиттере должно падать напряжение не менее 3-5 В, чтобы стабилизация была эффективной. Рабочая точка:

U_кэ0= 16.5В,

I_к0=0.31А.

Номинал резистора R_э находится по закону Ома:

. (2.17)

Емкость С_Э обеспечивает беспрепятственное прохождение высокочастотной составляющей эмиттерного тока. Рассчитывается по формуле:

. (2.18)

Тогда .

Мощность, рассеиваемая на резисторе R_Э:

. (2.19)

Видно, что рассеиваемая мощность значительна. Это является определенным недостатком, т.к. создает дополнительные сложности при практическом исполнении устройства.

Энергетический расчет производится по формулам:

. (2.20)

Номиналы резисторов делителя рассчитываются по формулам:

. (2.21)

Расчет схемы эмиттерной термостабилизации закончен.

Схема активной коллекторной термостабилизации усилительного каскада приведена на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 – Схема активной коллекторной термостабилизации.

В качестве управляемого активного сопротивления выбран маломощный транзистор КТ 316А со средним коэффициентом передачи тока базы 50. Напряжение на сопротивлении цепи коллектора по постоянному току должно быть больше 1 В, в данной схеме оно принято за 1.24 В.

Энергетический расчет схемы производится по формулам [2]:

. (2.22)

Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:

. (2.23)

Видно, что мощность рассеивания на отдельном резисторе уменьшилась почти в три раза по сравнению с предыдущей схемой.

Рассчитаем номиналы схемы [2]:

. (2.24)

Номиналы реактивных элементов рассчитываются по формулам:

(2.25)

Этим требованиям удовлетворяют следующие номиналы:

Сравнивая две схемы видно, что более эффективно использовать активную коллекторную термостабилизацию, и с энергетической, и с практической точек зрения. Поэтому далее в принципиальной электрической схеме усилителя будет использоваться активная коллекторная схема термостабилизации.

2.3.4. Расчет выходной корректирующей цепи

Схема оконечного каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией приведена на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 – Схема выходной корректирующей цепи.

От выходного каскада усилителя требуется получение максимально возможной выходной мощности в заданной полосе частот [1]. 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 2.3.2) найдем параметр b3, чтобы применить таблицу коэффициентов [1]:

. (2.26)

Требуемые параметры из таблицы коэффициентов [1] с учетом величины b3:

C_1н=b1=1.2, L_1н=b2=0.944, 1.238.

Разнормируем параметры и найдем номиналы элементов схемы:

. (2.27)

2.3.5 Расчет межкаскадной корректирующей цепи

Межкаскадная корректирующая цепь четвертого порядка представлена на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 - Межкаскадная корректирующая цепь четвертого порядка.

Цепь такого вида обеспечивает реализацию усилительного каскада с различным наклоном АЧХ, лежащим в пределах необходимых отклонений (повышение или понижение) с заданными частотными искажениями [1]. Таблица коэффициентов, полученная с помощью методики проектирования согласующе-выравнивающих цепей транзисторных усилителей, позволяет выбрать нормированные значения элементов МКЦ исходя из технического задания. МКЦ в данном усилителе должна обеспечить нулевой подъем АЧХ, с частотными искажениями в пределах . Требованиям технического задания соответствуют табличные [1] значения:

Тип транзистора в каскаде, предшествующему данной МКЦ, точно такой же, как и в выходном каскаде. Это имеет значение для параметров нормировки элементов МКЦ оконечного каскада. Для расчета нормированных значений элементов МКЦ, обеспечивающих заданную форму АЧХ с учетом реальных значений C_вых и R_н, следует воспользоваться формулами пересчета [1]:

. (2.28)

Найдем величины, необходимые для расчета нормированных величин по известным формулам:

Пересчитаем табличные величины с учетом корректирующих формул:

(2.29)

Разнормируем элементы МКЦ по формулам:

, . (2.30)

Рассчитаем номиналы элементов корректирующей схемы:

Рассчитаем дополнительные параметры:

(2.31)

где S₂₁₀- коэффициент передачи оконечного каскада. Расчет оконечного каскада закончен.

1. Расчет предоконечного каскада

Транзистор остался прежним. Это диктуется требованиями к коэффициенту усиления. Значения элементов схемы Джиаколетто и однонаправленной модели не изменились.

1. Активная коллекторная термостабилизация

Схема активной коллекторной термостабилизации предоконечного каскада приведена на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 – Схема активной коллекторной термостабилизации.

Все параметры для предоконечного каскада остались прежними, но изменилась рабочая точка:

U_кэ0= 16.5В

I_к0= I_{к0оконечного}/S_{210Vtоконечного}=0.101А.

Энергетический расчет производится по формулам, аналогичным (2.22):

Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:

.

Характеристики

Список файлов реферата