Проектирование модуля АФАР (стр. 4 из 6)

Напряжение питания U_к0 принимается равным или близким к

, в типовом режиме транзистора. Угол отсечки целесообразно выбрать для n=2 и n=3 θ=60°. По табл. 3.1 [1] определяют для выбранного θ коэффициенты α₀, α₁, α₂, γ₁, γ_n.

Расчет ведут в следующем порядке (режим работы принимают граничным).

1. Сопротивление потерь коллектора в параллельном эквиваленте:

.

2. Напряженность граничного режима

,

где

.

3. Амплитуда напряжения и тока n-й гармоники, приведенные к эквивалентному генератору:

; .

4. Сопротивление коллекторной нагрузки:

.

5. Амплитуда n-й гармоники, высота импульса тока эквивалентного генератора, постоянная составляющая коллекторного тока соответственно:

; ; .

Провести проверку выполнения условия

. Если условие не выполняется, то следует сменить транзистор, так как из-за уменьшения частоты f_гр нельзя получить заданную мощность.

6. Амплитуда тока возбуждения и коэффициент передачи по току в схеме ОБ:

, .

7. Пиковое обратное напряжение на эмиттере:

.

8. Напряжение смещения:

,

где

; ; ; .

9. Диссипативная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора:

;

.

10. Мощность источника питания, КПД:

; .

11. Коэффициент усиления по мощности:

.

12. Мощность возбуждения:

.

13. Мощность рассеяния:

.

14. Диссипативная и реактивная составляющие сопротивления нагрузки, приведенной к внешнему выводу коллектора, в параллельном эквиваленте:

;

.

4. Результаты расчетов

4.1. расчет усилителя мощности

4.1.1. расчет режима работы активного прибора (транзистора)

Выбор транзистора, расчет его режима работы и энергетических параметров выполнен на ЭВМ с помощью программы PAMP1, разработанной на каф. 406, и реализующей методику, описанную в п. 3.1.

Исходные данные:

ЧАСТОТА f_вх И МОЩНОСТЬ P1 УСИЛИТЕЛЯ,
ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА (2Т934А)

f_вх=0,25 ГГц;

P₁=0,0614 Вт;

F₁=1 ГГц;

R₁=3 Ом;

R₂=6 Ом;

R₃=0,1 Ом;

C₁=7 пФ;

C₂=2 пФ;

C₃=40 пФ;

L₁=1,3 нГн;

L₂=3,1 нГн;

L₃=2,5 нГн;

H=80;

T=160 °;

U₁=60 В;

U₂=4 В;

U₃=0,7 В;

U₄=1,2 В;

P₂=7 Вт;

S₁=0,17;

F₂=0,4 ГГц;

K₁=10;

P₃=3 Вт;

U₀=19 В.

Результаты расчета:

2Т934А, ОБЩИЙ ЭМИТТЕР, f_вх=0,25 ГГц;

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Выходная мощность 0,0614 Вт;

Мощность возбуждения 8,07 мВт;

Коэффициент усиления K_УМ=7,60825;

Потребляемая мощность 61,501 мВт;

Мощность потерь 8,1711 мВт;

Коэффициент полезного действия (электронный КПД) η_э=99,83%.

РЕЗЕРВЫ ТРАНЗИСТОРА

По напряжению на коллекторе 1,582314;

По напряжению на базе 2,439582;

По рассеиваемой мощности 856,669;

Допустимая температура корпуса транзистора 159,8599 °С.

ЦЕПЬ КОЛЛЕКТОРА

Напряжение питания E₀=19 В;

Амплитуда напряжения 18,91915 В;

Напряженность режима 0,9957449;

Амплитуда коллекторного тока 6,872006 мА;

Постоянная составляющая коллекторного тока I_0к=3,236894 мА;

Диссипативная составляющая сопротивления коллекторной нагрузки R_{1вых УМ}=166,933 Ом;

Реактивная составляющая сопротивления коллекторной нагрузки X_{1вых УМ}=5,44388 Ом.

ЦЕПЬ БАЗЫ

Напряжение смещения по базе E_0б=1,2 В;

Амплитуда тока возбуждения 0,1756269 А;

Угол отсечки 34,69754 °;

Диссипативная составляющая входного сопротивления Z_вхR_{1вх УМ}=0,5232769 Ом;

Реактивная составляющая входного сопротивления Z_вх X_{1вх УМ}=4,491888 Ом.

4.1.2. расчет элементов принципиальной схемы усилителя мощности

Опираясь на проведенный расчет, получаем:

а) Цепь смещения (параллельная схема с автосмещением).

;

Выбираем R₁: C2-33Н-0,5-360 Ом±5%,

где Е_0б — напряжение смещения по базе;

I_ок — постоянная составляющая коллекторного тока.

Из условий

; ; (см. рис. 5),

где

; R_1вх=R_{1вх УМ}=0,523 Ом — диссипативная составляющая входного сопротивления базовой цепи, полученная в ходе расчетов на ЭВМ (см. п. 4.1.1.), получаем:

;

Выбираем С₁: КМ-6-М1500-0,012 мкФ.

;

Выбираем С₄: К10-17-1-П33-17,16 пФ.

.

Числовой коэффициент 10 введен для обеспечения справедливости вышеприведенных соотношений: «много больше» мы заменяем на «в 10 раз больше».

б) Последовательная схема питания.

Из соотношений

; ; (см. рис. 6),

где r_ист — внутреннее сопротивление источника питания, r_ист=5 Ом; R_1вых — диссипативная составляющая сопротивления коллекторной нагрузки, R_1вых=R_{1вых УМ}=166,93 Ом, получаем:

;

Выбираем С₅: К10-17-1-П33-38,13 пФ.

;

Выбираем С₃:

.

4.2. расчет умножителя частоты

4.2.1. расчет режима работы активного прибора (транзистора)

Выбор транзистора, расчет его режима работы и энергетических параметров выполнен на ЭВМ с помощью программы MULTIPLY, разработанной на каф. 406, и реализующей методику, описанную в п. 3.2. Исходные данные:

Параметры транзистора

Название транзистора:	2T919A;
Напряжение питания:	E0=19 В;
Статический коэффициент передачи тока:	50;
Напряжение приведения по базе:	0,7 В;
Граничная крутизна:	Sгр=0,13 См;
Граничная частота:	fгр=1800 МГц;
Емкость коллекторного перехода:	7,5 пФ;
Активная часть емкости коллектора:	2,5 пФ;
Емкость эмиттерного перехода:	50 пФ;
Сопротивление базы:	0,5 Ом;
Сопротивление эмиттера:	0,14 Ом;
Сопротивление коллектора:	0,7 Ом;
Индуктивность вывода базы:	0,14 нГн;
Индуктивность вывода эмиттера:	0,4 нГн;
Индуктивность вывода коллектора:	0,7 нГн;
Допустимая температура перехода:	150 °С;
Критический ток:	1,5 А;
Допустимое напряжение эмиттер-база:	3,5 В;
Допустимая рассеиваемая мощность:	10 Вт.

Результаты расчетов:
Параметры режима транзистора (2T919A, схема с ОБщей базой)

Напряженность граничного режима:	0,781;
Амплитуда коллекторного напряжения:	14,839 В;
Амплитуда n-й гармоники коллекторного тока:	0,07412 А;
Максимальный коллекторный ток:	Iк max=0,2912 А;
Постоянная составляющая коллекторного тока:	I0к=0,05941 А;
Амплитуда тока возбуждения:	0,14176 А;
Пиковое обратное напряжение эмиттер-база:	-1,12179 В;
Напряжение смещения по базе:	E0б=0,034491 В;
Сопротивление автоматического смещения:	0,580535 Ом;
Диссипативная составляющая входного сопротивления:	R1вх УЧ=5,4957 Ом;
Реактивная составляющая входного сопротивления:	X1вх УЧ=-3,4953 Ом;
Коэффициент усиления по мощности:	KУЧ=9,9589;
Мощность возбуждения:	0,0552266 Вт;
Мощность, потребляемая от источника питания:	1,1288 Вт;
Электронный КПД:	ηэ=48,72%;
Рассеиваемая мощность:	0,634064 Вт;
Диссипативная составляющая сопротивления нагрузки:	R1вых УЧ=180,013 Ом;
Реактивная составляющая сопротивления нагрузки:	X1вых УЧ=40,34 Ом;
Выходная мощность	Pвых УЧ=0,55 Вт;
Коэффициент умножения	n=2;
Угол отсечки	56,0 °;
Входная частота	fвх=0,25 ГГц;
Напряжение питания	E0=19,0 В.

4.2.2. расчет элементов принципиальной схемы умножителя частоты

Опираясь на проведенный расчет, получаем: