Широкополосный усилитель (стр. 3 из 8)

Сопротивление эмиттерного перехода рассчитывается по формуле

(4.18)

где Iко - ток в рабочей точке в миллиамперах;

а=3 – для планарных кремниевых транзисторов,

а=4 – для остальных транзисторов.

Проводимость перехода база-эмиттер рассчитывается по формуле

(4.19)

где

- сопротивление эмиттерного перехода;

- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ (*).

Ёмкость эмиттера рассчитывается по формуле

(4.20)

где fт – граничная частота коэффициента усиления тока базы (*).

Крутизна внутреннего источника рассчитывается по формуле

(4.21)

где

- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ.

(4.22)

Проводимости gБК и gi оказываются много меньше проводимости нагрузки усилительных каскадов, в расчётах они обычно не учитываются.

Подставляя численные значения, по формулам (4.16) ¸ (4.22) проводим расчёт элементов схемы.

По формулам (4.17а) и (4.17б) пересчитаем ёмкость коллектора для напряжения, при котором измерена постоянная времени цепи обратной связи, а также для напряжения, равного напряжению в рабочей точке:

По формуле (4.16) производим расчет проводимости базы:

По формуле (4.18) производим расчет сопротивления эмиттерного перехода:

Проводимость база-эмиттер вычисляем согласно формуле (4.19):

По формуле (4.20) рассчитываем ёмкость эмиттера:

Крутизну внутреннего источника вычисляем по формулам (4.21) и (4.22):

4.3.2 Расчет высокочастотной однонаправленной модели

Однонаправленная модель справедлива в области частот более

, где = ( - граничная частота коэффициента передачи тока, - статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером) [4].

Однонаправленная модель транзистора представлена на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 – Однонаправленная модель транзистора

Элементы схемы замещения, приведенной на рисунке 4.6, могут быть рассчитаны по следующим эмпирическим формулам [4].

Входное сопротивление:

(4.24)

где

- сопротивление базы в схеме Джиаколетто (см. рисунок.4.5).

Выходное сопротивление:

(4.25)

где UКЭМАХ – предельное значение напряжения коллектор-эмиттер (*);

IКМАХ – предельное значение постоянного тока коллектора (*).

Подставляя в выражение (4.25) числовые значения, получаем:

Выходная ёмкость:

(4.26)

где СК – ёмкость коллектора, рассчитанная в соответствии с формулой

(4.17,б)

4.4 Расчет цепей термостабилизации

Существует несколько видов схем термостабилизации [5,6]. Использование этих схем зависит от мощности каскада и требований к термостабильности. В данной работе рассмотрены следующие три схемы термостабилизации: эмиттерная, пассивная коллекторная, активная коллекторная. Необходимо сравнить эффективность использования данных схем.

4.4.1 Эмиттерная термостабилизация

Рассмотрим эмиттерную термостабилизацию, схема которой приведена на рисунке 4.7. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [5,6].

Рисунок 4.7 – Схема эмиттерной термостабилизации

Расчет номиналов элементов осуществляется по известной методике, исходя из заданной рабочей точки.

Рабочая точка достаточно жестко стабилизирована, если

(4.27)

Номинал резистора RЭ находится по закону Ома:

(4.28)

Емкость СЭ позволяет всему сигналу от генератора выделяться на транзисторе. Номинал рассчитывается по формуле:

.(4.29)

Напряжение источника питания будет составлять сумму падений напряжений на транзисторе и резисторе в цепи эмиттера:

(4.30)

Базовый ток в

раз меньше тока коллектора:

(4.31)

Выбор тока делителя осуществляется следующим образом:

(4.32)

Расчет номиналов резисторов базового делителя производим по формулам:

(4.33)

(4.34)

Принимая

и , согласно выражениям (4.27) – (4.34) производим численный расчет:

Также проведем расчет мощности, рассеиваемой на резисторе RЭ.

4.4.2 Пассивная коллекторная термостабилизация

Этот вид термостабилизации [5,6] применяется в маломощных каскадах и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу.

Схема каскада с использованием пассивной коллекторной термостабилизации представлена на рисунке 4.8:

Рисунок 4.8 – Схема пассивной коллекторной термостабилизации

Расчет начинают с того, что выбирается напряжение на резисторе Rk:

(4.35)

Номинал резистора RК находится по закону Ома:

(4.36)

Напряжение источника питания будет составлять сумму падений напряжений на транзисторе и резисторе Rk:

(4.37)

Базовый ток в

раз меньше тока коллектора:

(4.38)

Расчет номинала резистора Rб производится по формуле:

(4.39)

Принимая

, согласно выражениям (4.35) – (4.39) производим численный расчет:

Рассеиваемая на резисторе Rk мощность при такой термостабилизации находится по формуле:

(4.40)

4.4.3 Активная коллекторная термостабилизация

В активной коллекторной термостабилизации используется дополнительный транзистор, который управляет работой основного транзистора. Эта схема применяется в мощных каскадах, где требуется высокий КПД [5,6].