Усилитель генератора с емкостным выходом (стр. 2 из 4)
Расчет прямой по постоянному току:
Еип=Uкэ0
Расчет прямой по переменному току:
, 
, 
, 
.Проведем сравнительный анализ двух схем.
Таблица 2.1 - Сравнительный анализ схем
| Параметр | Еип, В | Ррасс, Вт | Рпотр, Вт | Iк0, мА | Uкэ0, В |
| Rк | 47.5 | 10.2 | 29.45 | 0.62 | 16.5 |
| Дроссель | 16.5 | 5.1 | 5.1 | 0.31 | 16.5 |
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%):
Iк доп> 1.2*Iк0=0.372 А
Uк доп > 1.2*Uкэ0=20 В (2.8)
Рк доп > 1.2*Pрасс=6.2 Вт
Fт= (3-10)*fв=(3-10)*200 МГц.
Этим требованиям с достаточным запасом отвечает транзистор 2Т 916А [1], сравнительные справочные данные которого приведены ниже:
Iк=2 А – максимально допустимый постоянный ток коллектора,
Uкэ=55 В – максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер,
Pк=20 Вт – выходная мощность при 1ГГц,
Fт= 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,Lэ=0.35 нГн, индуктивность эмиттерного выхода,
Lб=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:Uкэ0= 16.5В,
Iк0=0.31А.
Номинал резистора Rэ находится по закону Ома:
. (2.17)Емкость СЭ обеспечивает беспрепятственное прохождение высокочастотной составляющей эмиттерного тока. Рассчитывается по формуле:
. (2.18)Тогда
.Мощность, рассеиваемая на резисторе RЭ:
. (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.