Усилитель широкополосный (стр. 2 из 5)
Используем требуемые параметры задания: Rн=50 Ом,
.  |
Принципиальная схема дроссельного каскада по переменному току изображена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2-Схема дроссельного каскада по переменному току.
1) Найдем напряжение в рабочей точке:
(3.9)2) Постоянный ток коллектора:
(3.10)3) Выходная мощность усилителя:
(3.11)4) Напряжение источника питания равно:
(3.12)5) Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:
(3.13)6) Мощность, потребляемая от источника питания:
(3.14)7) КПД:
(3.15)Таблица 3.1 - Характеристики вариантов схем коллекторной цепи.
| Еп,В | Iко,А |  ,Вт | Uкэо,В |  ,Вт |  ,Вт |  ,% | |
| Резистивный каскад | 17 | 0,22 | 3,74 | 6 | 0,25 | 1,32 | 6,685 |
| Дроссельный каскад | 11,5 | 0,11 | 1,265 | 6 | 0,25 | 0,66 | 19,763 |
Из рассмотренных вариантов схем питания усилителя видно, что лучше выбрать дроссельный каскад.
3.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора для оконечного каскада осуществляется с учетом следующих предельных параметров:
1) Граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ:
, (3.16)где
из технического задания.Найдем граничную частоту усиления транзистора по току в схеме с ОЭ:
(3.17)2) Предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер:
(3.18)3) Предельно допустимого тока коллектора:
(3.19)4) Допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе:
(3.20)Тип проводимости транзистора может быть любой для ШУ.
Анализируя требуемые параметры, выбираем транзистор КТ913А.
Это кремниевый эпитаксиально-планарный n-p-nгенераторный сверхвысокочастотный.
Предназначенный для работы в схемах усиления мощности, генерирования, умножения частоты в диапазоне 200 – 1000 МГц в режимах с отсечкой коллекторного тока.
Выпускается в герметичном металлокерамическом корпусе с полосковыми выводами.
Основные параметры транзистора:
1) Граничная частота коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ:
fГ =900 МГц;
2) Постоянная времени цепи обратной связи:
τс=18пс;
3) Емкость коллекторного перехода при Uкб=28В:
Ск=7пФ;
4) Емкость эмиттерного перехода:
Cэ=40пФ;
5) Максимально допустимое напряжение на переходе К-Э:
Uкэ max= 55В;
6) Максимально допустимый ток коллектора:
Iк max = 0,5А;
Выберем следующие параметры рабочей точки:
Т.к. транзистор хорошо работает только начиная с 6В то примем
.3.3 Расчёт и выбор схемы термостабилизации
Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования предъявляются к температурной стабильности каскада. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: эмиттерная, пассивная коллекторная, и активная коллекторная. Рассчитаем все три схемы, а затем определимся с выбором конкретной схемы стабилизации.
3.3.1 Эмиттерная термостабилизация
Эмиттерная термостабилизация широко используется в маломощных каскадах, так как потери мощности в ней при этом не значительны и её простота исполнения вполне их компенсирует, а также она хорошо стабилизирует ток коллектора в широком диапазоне температур при напряжении на эмиттере более 5В.
Рисунок 3.3-Схема каскада с эмиттерной термостабилизацией.
Рассчитаем параметры элементов данной схемы:
1) Необходимое напряжение питания:
Еп=URэ+Uкэ0+Iк0*Rк (3.21)
Значение источника питания необходимо выбирать из стандартного ряда, поэтому выберем напряжение URэ с учетом того, что Еп=10В, Rк=0Ом:
2)Напряжение на Rэ:
URэ=Eп-Uкэ0+Iк0*Rк=10В-6В=4В (3.22)
3) Сопротивление эмиттера:
(3.23)4) Напряжение на базе транзистора:
Uб=URэ+0,7В = 4,7В (3.24)
5) Базовый ток транзистора:
Iб=
(3.25)6) Ток делителя:
Iд=5×Iб=5,5мА, (3.26)
где Iд – ток, протекающий через сопротивления Rб1 и Rб2.
Сопротивления делителей базовой цепи:
7) Rб1=
(3.27)8) Rб2=
(3.28)Наряду с эмиттерной термостабилизацией используются пассивная и активная коллекторные термостабилизации.
3.3.2 Пассивная коллекторная термостабилизация
Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.4) используется на малых мощностях и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу через базовый делитель.
Рисунок 3.4 - Схема пассивной коллекторной термостабилизации
Расчет заключается в выборе URк и дальнейшем расчете элементов схем по формулам:
Выберем URк=5В;
1) Еп = URк + Uкэ0=5В+6В=11В, (3 29)
где URк - падение напряжения на Rк.
2) Сопротивление коллектора:
(3.30)3) Сопротивление базы: Rб=
(3.31)4) Ток базы:
(3.32)3.3.3 Активная коллекторная термостабилизация
Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.5.
Рисунок 3.5 - Активная коллекторная термостабилизация
Для расчета схемы термостабилизации необходимо сначала выбрать напряжение на резисторе Rк, а затем рассчитать токи и напряжения на втором транзисторе, и следующим шагом рассчитать значения элементов схемы:
1)
(3.33)2) Uкэ0vt2=Uкэ0vt1/2 = 6В/2 = 3В (3.34)
3) URб2=Uкэ0vt2-0,7В = 3В-0,7В = 2,3В (3.35)
4) Iк02=Iб01=110мА (3.36)
5) Iк01=Iб01*β01=110мА*100 = 11А (3.37)
6) Rб2=URб2/Iк02=2,3В/110мА = 20,9Ом (3.38)
7) Uб2=Uкэ0vt1-0,7В=6В-0,7В = 5,3В (3.39)
8) Iдел=10Iбо2=110мА*10/100 = 11мА (3.40)
9) R1=Uб2/Iдел=5,3В/11мА = 481,818Ком (3.41)
10) R3= UR2/Iдел=(1+0,7)В/11мА =1 54,545Ом (3.42)
Из рассмотренных схем видно, что наиболее эффективной будет схема с эмиттерной термостабилизацией, т.к. каскад выходной и следовательно мощный, и диапазон усиливаемых частот не очень большой, то нет необходимости в другом виде термостабилизации.
3.4 Расчёт эквивалентной схемы замещения
При использовании транзисторов до (0,2 - 0,3)fт возможно применение упрощенных эквивалентных моделей транзисторов, параметры элементов эквивалентных схем которых легко определяются на основе справочных данных.
Эквивалентная схема биполярного транзистора представлена на рисунке 3.6.
Рисунок 3.6 - Эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто)
1) Найдем ёмкость коллекторного перехода:
(3.43)2) Рассчитаем сопротивление базы:
Rб =τс/Ск=18пс/11,465пФ = 1,57Ом (3.44)
gб=
=0,637Cм (3.45)3) Рассчитаем сопротивление эмиттера:
rэ=
= 
=0,618Ом, (3.46)