granovskaya-raschet_kaskadov_rpu (Расчёт каскадов радиопередающих устройств (Р. А. Грановская))

Х. ОБЖЕ СВЖКЕНИЯ О ГЖИВРАТОРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Теяераторяие каюкады на транзисторах язходкй применение в радиоаередающих устройствах Опу) в ка качестве умлителей мощнос- ти, умнаиителей чаототм и аэтогенераторо . рвы в. Пе 6 два типа каска- дов имеют второе название.' генераторы 0 внешним возбуждением Различные каскады 'РПУ работщот при разных уровнях мощности. вклзЯВЯН на выходе РПУ» Должны Обеопечив ать Те иэ них, котове вклкие и тельные 'уси Мощиооть» о ре ЩйЩелнем,'~й требованиями к РПУ, а предвари еды могут иметь мощность оуцеотвеяно м6 ув нип . Авто- лйтелъные каокэдй мо Ом 6 каска; генератоцы 1 арми мйбжителй чабтоты зто ОбычнО маломОцные Транзисторные е РЯУ работают в разных диапазонах частот, от НО бочан С ЯИТВЛЬНО НИЗКИХ их %0 сверхвысоких частот Безусловно» ра раз аббту генераторних каокадоэ и требует частота влияет на Схему и р з анной чаото' ДЛЯ ИХ ПООТР06 трОения транзисторов Обеспечива$$них Яа заданно те нео о бходи$ие электрические параметры каокаДОВ.

Таким образом, уровень выходной мошноо ра ти и бочаи частота ило Определяют тип генераторного транзистора. рак мощных каскадах РПУ получили применение ра каскада, как прайя,о, Е ГВН6 ТОР На практике 3 мощных као е т яэиоторо. На сравнительно малых уровнях моаноо- ные биполяриые транэиоторо. о ти гименее единиц ватт) использувтоя наряду о и зиото имеют более вы- вие транзиот0$и« Отмбтим» что полевые трай $н 6 частоты»-вплоть АО десятков 1ТИ, и обеспечивают раные т нзиото~ы уже не боту Генераторов на частотах, где биполярные транз приме»им~ 1~) 10 ГГп).

Р и частота накладывают отаечаток и на конструж~ию Мощность и 6 то ных транзисторов. Мощные биаолярные траязйоторы, разра- 6 2бО В имеют определенные техю- 6 на овны мощности до т, и ати 4~. Эти транзисторы вн- логичеокие и конструктивные особенности поляяют по многончеечно от, ной структуре, позволяющей обеспечить их раболь~иих плотностях тока. Такой транзистор представляет боту при ль х ла злементаряцх транб й памл~ельное соединение больпюго чиола э 00 о па~му% екто и базы соеда- зиоторов до нескольких сотен), у которых колл ры те яяют непосредственно а выводами а Последовательно с эмит рами Ф в ключавт отабилиэируацие резиотори ~~ (рйо.

1.Х), позволап~ие выразнить токи Элементарных транзисторов. 'Гранзиото~и выполняют по планарной технологии, При которой площадь коллекторного пер6хОда в 3 .,еб раз больше площади змиттериогО перехода. Избыточная площадь оозда- С 6т так назнваем3чб паооивяую часть коллекторного перехода, которая ~э з эквивалентной схеме транзистора учитцваетои введением пассивной Рис» Х Л части емкости коллекторяого перехсда С„~ . Область коллектора, рааполокеннан непосредственно у эмиттера учитнваетоя активной частью емкости С „,(рис. Х.Х).

Лля мощных транзиотороз харвктеряи малые жходюе 1деоятки и единицы ом) и входные (единицы и доли ома) сопротивления для основной гармоники тока. Возрастает влияние на работу транзисторов иидуктивноатей-его выводов, особенно о повышением рабочей чаотоы. Лля уменьаения индуктизности аив~щов транзиотороз, работающих на частотах выше 1 МГц, выводы делают Б виде штырьков или полосок. Лля уменьшения индуктизнооти общего вывода транзиотора (по отнапению к входной и выходной цепям генератора) Вго выаолннют в виде неокольких полеоок либо непосредственно соединяют о корпусом Об этОЙ ОсобеЯнооти следует помнить при выборе схемы включения транзистора и при конструировании генератора. ИндуктиВнооти выводов в современных транзисторах составляют единицы и десятые доли наяогеяри.

Важным для мощных траязиаторов являетоя значение его теплового оопротивл6ния перехощ-корпус ~Ру~ ~ С целью оииееяия знач6 нин У~А 1до единиц градусов Цельсия на ватт) сам кристалл транзистора приклеивают к корпусу прибора через берйллйевую керамику, обладазхцую малцм тепловым СОПРОТИВЛВНием И хорОШИМИ ИЗоляциОННЫМИ овойотзши по поотоннному току и малыми пбтерйми яа высоких частотах, При кояотя'ировании каскадов треязиоторы следует устанавливать на опецяальние теплоотвбды радиаторм различной конфигурации или на металличеокие стенки кодпуаа устройства.

При необходимости можно применить принудительное охлаждение радиатора. Для умекьше- аИЯ тЕПЛОВоГО ООПРОТЫВЛВНИЯ, ВОЗНИКаЮЩЕГО МЕЖДУ КОРПУООМ ТРаНЗИО- 7" Р .~,.С- элементы в эквивалентной схеме входнохо со- ф~, ЭЛ ~ О НОИО СО- противления транзистора на рис. они определяются по формулам 3 Ф„° .Ь ~ + 1 | (аа — 1 Р+~ЮЗФЪ ~,а У„) т~+~~+ у; Мгту,,оиру 7; А» др ~~.= — ~~у+й у;МЬ„)~;-3-гд+Г ~~-р;ФЦ; ~ф ~яфя ~2Я ~р)р Заметим, что здесь ври определенных соотношениях возможны отрицательюе значения ©,, ~.д,.

Я" 1ю~цсе ЪЬм О9 "бааса ~ Входа и б. Мощность возбуждения: 4'у' ~'с ~ ~ К» ф' 7. козффйяиент усиления по мощности: Р . Расчет вхо ной епи 1схема ОБ): 1. Амплитуда тока змиттера: Ь ~=К, (Н+ ~гю) 2. Максимальное обратное напряжение на эмиттере 3. Кап~жжение смещения на емиттеряом переходе: ф~ (~-Ю Г = -)О'~-7~ Р .-7 с~противление транзистора для 4'»~ ~'®Кк~ ~Рис.

3.3 б) Ж ~Ф Ру -7 + Ф .~ (~,(вмщ„,,~ Ь ~~ '~-,~,йю~ле~ у~ ~~"(~-р) 5 М ность воэбуждея ~~,=ОХ7 г „ ~озфФициент усиления по мощн "з~оп*~Р~„„/~К 1„) ~,», А;,~/» ' (р б~атно~ связи через инду,ти Е асти~ах может получиться что ~ кафф устойчивой работы усилителя вкчючаат 1см рис 3 4) поаледова тельно с емиттерным выводом транзистора сопротивления У -'Р 4У Фм' 4»~ так, чтобы Кр =Р~ ~ П,5~~~ ~~~„-~Р~д, ) составлял н6 более ХО... ...20. Помогает избежать неустойчивости работы построение усилитбля на основе квещжтурных мостовых схем (таж называемая схема балансного усилителя, рис.

З.б). ,для расчета режима мощногб транзистора с частотной коррекцией во входной цепи можно использовать также методику расчета, иепоиеннув в учебном поообии ~.61. 4. РАСЧБТ РЕЖИМА ТРАНЗИСТОРА МОКИОГО УСИЛИТЕЛЯ СЫЧ Приводимав ниже методика расчета режима мощного транзистора С3% опиоана в учебннх поообиех ~5, Э, П1. Раооиотрение теории и работы усилителей на мощных биполярных транзисторах СВЧ дано в учебнике ~11. Рассматриваемая методика может быть использована для расчета режима мощного транзистора усилителя, работаацего иа частотах порядка сотен мегагерц, и позволяет получить параметры режима достаточно близкие к экспериментальным.

На значениях частоты 1... ...Э ГГц погрешность расчета возрастает из-за использования упрощенной эквивалентной схемы транзистора и недостаточной точности при определении ее параметров. В диапазоне частот выше 3 1ТЦ эти недостатки пронвлштся еще более резко. На режим начинает оказывать сильное влияние даже сравнительно небольшой разброс значений инлуктивностей вводов и емкостей корпуса, а также многочисленные паразитные связи в конструкции транзистора, Эти обстоя. тельства ограничивают верхний частотный предел применимости рассматриваемой методики. В методике расчета используется эквивалентная схема, представленная на рис.

2.3 и дополненная некоторыми элементами, существенными для диапазона СВЧ. ,Пля эквивалентного управляемого тока ~,- выполняется соотно- шение ю В где де — комплексная крутизна по перех „у;,8 =8 у ' ъ, Я~ ао 4М/ еп Ф У «ф уу /,у ю" . ; Мур- фаза, определяемая временем пролета носителей заряда 84уу - мгновенное напряжение на переходе У же отмечалось (см.

гл, 2), что параметры ЖФйвалентной схеж транзистора зависят от протекаивах токов и приложенных напряжений. Однако о<Ьчно считают, что в выбранном режиме транз с Па аМЕТ с трж схемы будут постоянными в пределах каждой области работы: области рабочей (А'- замкнут) и области отсечки (А',- разомкнут). Параметры зквиввлентыой схемы,,приводятся в спрезочних данных (например ~5, 93), а наименования их дави в разделе "Обозначения" настоящего пособия.

Некотсцие параметри, которые отсутствуют В. справочниках можно оценить по формулам: ~д=~'у'~З~у, ~-к 4са ~кл, ~ ка-~"ж~Ф". ~., ~к=~гс „; А, 4Р,хю' /Р+У.А~ ю те3. Сд" 8а !аль р т'=Ъ~ / У 8= Ъп,а/[ г'-+~. +й+ Ъ „)т; ~. При усреднении8~ ток ю~ рекомендуется принять рзэянм половине высоты импульса коллвкторыого тока У или амплит куууаа амплитяж его первой гармоники которвя 3 типичных режимэх близка О 5 е М3ЖФХ Емкость С„определяют при выбранном напряжении Р~ . На частотах.~,ъ З~'~,/Ж~~ сопротивление ~ слабо шунтирует емкости и им можно пренебречь. Неравенство/у ЗД~/~~,, определяет нижнюю частотнув границу проводимого анализа. При расчете принимают, что в диапазоне СБЧ входной ток мощных транзисторов оказывается близким к гармоническому за счет подавления высших гармоник индуктивностьа входного электрода.

Форма иоллекторного неариения принимается гарнонической. Поэтому далее будем полагать, что входной ток и коллекторное напряжение не содеркат высших гармоник и зквивалентный генератор тока~~ ~К~-б .~ нагрузен на активное сопротивление. Расчет производим для граничного режима работы транзистора. ° и еля ОЭ вой гармоники показана на рис. 4Л,а, а усилителя ОБ- на рис. 4.1,б.

В схеме ОЭ при активной нагрузке будут отрицательные обратные связи через,Ьз, иС„ . В схеме ОБ имеет место значительнан положительная обратная связь черезЛ~, при этом сопротивление Р' 6 улет сильно зависеть от частоты и при росте ~~ может стать отрицательным. Это означает, что работа усилителя становится неустойчивой, ~А - постоянная времени Яепи обратной связи Ху индуктивность вывода эмиттэра .Ь~ - ищууктивность вывода базы .Ь„- индуктивность авода коллектора 8~ крутиэна по переходу Ра - напряжение на переходе ~~~ - граничная частОта ПО крутизне Я~~- Йодййронэнная частота по ерутизне~Р~ = ~~,~',4' н0$ммированнэя граничная частотами~~ =,'~~/,Кгр х, - ток эквивалентного генератора РадиопередашФ6 устройства / Под ред.

М..в. Благовещенско™ уткина М Радио и связь 1982 2- Радиопередач®М~е устройства / Под ред. 8.3. Шахгильдкна. М.. Радио И Связь, 1990. 3, Проектирование радиопередающих устройств / Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 1984. 4.Шумилин М.С.,КОзырев В.Б.,Вла— с о и В.А.

Проектирование транзисторных каскадов передатчиков.- М.; Радио и связь, 1987. б. Проектирование ралиопередаицих устройств СЖ / Под ред. Г.М. Уткина. - М.: Советское радио, 1979. б. П е т р о в БЛ., Р о м а н в к Ц.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах.