2001
Содержание
1.Введение..........................................................................................3
2.Техническое задание......................................................................4
3.Расчётная часть…...........................................................................5
3.1 Структурная схема усилителя...........................................…..5
3.2 Распределение линейных искажений в области ВЧ ........….5
3.3 Расчёт выходного каскада……………………………............5
3.3.1 Выбор рабочей точки..................................................5
3.3.2 Выбор транзистора......................................................6
3.3.3 Расчёт эквивалентных схем
транзистора.......….…………………………...............7
3.3.4 Расчёт цепи термостабилизации
и выбор источника питания …........…………...........9
3.3.5 Расчёт элементов ВЧ коррекции...............................15
3.4 Расчёт промежуточного каскада.…………............................…………………….............18
3.4.1 Выбор рабочей точки……………………….............18
3.4.2 Выбор транзистора………………………….............18
3.4.3 Расчёт эквивалентных схем
транзистора………………………………….............19
3.4.4 Расчёт цепи термостабилизации..…………............19
3.4.5 Расчёт цепи коррекции между входным
и промежуточным каскадами....................................20
3.5 Расчёт входного каскада...........……………………..............23
3.5.1 Выбор рабочей точки....................………….............23
3.5.2 Выбор транзистора...........……………………..........23
3.5.3 Расчёт эквивалентных схем
транзистора …............………....……………............24
3.5.4 Расчёт цепей термостабилизации.............................25
3.5.5 Расчёт входной корректирующей цепи...................25
3.6 Расчёт выходной корректирующей цепи..............................26
3.7 Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей……………………………………………...............28
4 Заключение…………………………………………….…………31
Литература
1.Введение
В данной курсовой работе требуется рассчитать блок усиления мощности нелинейного локатора (БУМ). БУМ является одним из основных блоков нелинейного локатора, он обеспечивает усиление сканирующего по частоте сложного сигнала.
БУМ должен иметь малый уровень нелинейных искажений и высокий коэффициент полезного действия, обеспечивать заданную выходную мощность в широкой полосе частот и равномерную амплитудно-частотную характеристику нелинейного локатора.
При проектировании любого усилителя основной трудностью является обеспечение заданного усиления в рабочей полосе частот. В данном случае полоса частот составляет 20-500 МГц. С учётом того, что усилительные свойства транзисторов значительно ухудшаются с ростом частоты, то разработка устройства с подъёмом АЧХ на таких частотах является непростой задачей. Наиболее эффективным представляется использование в данном случае межкаскадных корректирующих цепей 3-го порядка. Такая цепь позволит оптимальным, для нашего случая, образом получить нужный коэффициент усиления с нелинейными искажениями, не выходящими за рамки данных в задании.
2. Техническое задание
Усилитель должен отвечать следующим требованиям:
Рабочая полоса частот: 20-500 МГц
Линейные искажения
в области нижних частот не более 1.5 дБ
в области верхних частот не более 1ю5 дБ
Коэффициент усиления 15 дБ
Выходная мощность 5 Вт
Диапазон рабочих температур: от +10 до +50 градусов Цельсия
Сопротивление источника сигнала и нагрузки Rг=Rн=50 Ом
3. Расчётная часть
3.1 Структурная схема усилителя.
Зная, что каскад с общим эмиттером позволяет получать усиление около 7 дБ, оптимальное число каскадов данного усилителя равно трём. Предварительно распределим на каждый каскад по 6 дБ. Таким образом, коэффициент усиления устройства составит 18 дБ, из которых 15 дБ требуемые по заданию, а 3 дБ будут являться запасом усиления.
Структурная схема, представленная на рисунке 3.1, содержит кроме усилительных каскадов корректирующие цепи, источник сигнала и нагрузку.
EMBED PBrush
Рисунок 3.1
3.2 Распределение линейных искажений в
области ВЧ
Расчёт усилителя будем проводить исходя из того, что искажения распределены как 1 дБ на каждый каскад БУМ.
Расчёт выходного каскада
3.3.1 Выбор рабочей точки
Координаты рабочей точки можно приближённо рассчитать по следующим формулам [1]:
EMBED Equation.3 , (3.3.1)
где EMBED Equation.3 (3.3.2)
EMBED Equation.3 , (3.3.3)
где EMBED Equation.3 – начальное напряжение нелинейного участка выходных
EMBED Equation.3 характеристик транзистора, EMBED Equation.3 .Возьмем
Так как в выбранной мной схеме выходного каскада сопротивление коллектора отсутствует, то EMBED Equation.3 . Выходное напряжение и выходной ток транзистора можно рассчитать по формулам:
EMBED Equation.3
, (3.3.4)
. (3.3.5)
EMBED Equation.3
При подстановке значений, получаем .
Рассчитывая по формулам 3.3.1 и 3.3.3, получаем следующие координаты рабочей точки:
EMBED Equation.3 мА, EMBED Equation.3 В.
Найдём мощность, рассеиваемую на коллекторе
EMBED Equation.3 12.18 Вт.
3.3.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется с учётом следующих предельных параметров:
граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ
EMBED Equation.3 ;
предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер
EMBED Equation.3 ;
предельно допустимого тока коллектора
EMBED Equation.3 ;
предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе
EMBED Equation.3 .
Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ916А. Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ EMBED Equation.3 МГц;
Постоянная времени цепи обратной связи EMBED Equation.3 пс;
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ EMBED Equation.3 ;
Ёмкость коллекторного перехода при EMBED Equation.3 В EMBED Equation.3 пФ;
Индуктивность вывода базы EMBED Equation.3 нГн;
Индуктивность вывода эмиттера EMBED Equation.3 нГн.
Предельные эксплуатационные данные:
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер EMBED Equation.3 В;
Постоянный ток коллектора EMBED Equation.3 мА;
Температура перехода EMBED Equation.3 К.
Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току для выходного каскада представлены на рисунке 3.2. Напряжение питания выбрано равным 24,36 В.
EMBED PBrush
Рисунок 3.2
3.3.3 Расчёт эквивалентных схем транзистора
Расчёт схемы Джиаколетто:
Соотношения для расчёта усилительных каскадов основаны на использовании эквивалентной схемы транзистора, предложенной Джиаколетто, справедливой для области относительно низких частот.
Схема модели представлена на рисунке 3.3.
INCLUDEPICTURE "A:\\RIS6L.BMP" \* MERGEFORMAT
Рисунок 3.3
EMBED Equation.3 Элементы схемы можно рассчитать, зная паспортные данные транзистора, по формулам [2]:
Проводимость базового вывода :
EMBED Equation.3
, (3.3.6)
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 Где - ёмкость коллекторного вывода, при напряжении на транзисторе равном 10 В. Значение этой ёмкости можно вычислить. Для этого нужно знать паспортное значение коллекторной ёмкости и значение напряжение ,при котором снималась паспортная ёмкость. Пересчёт производится по формуле:
EMBED Equation.3
. (3.3.9)
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 Проводимости и оказываются много меньше проводимости нагрузки усилительных каскадов, в расчётах они обычно не учитываются.
Проведя расчёт по формулам 3.3.6 ? 3.3.9, получаем значения элементов схемы:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 пФ
пФ
Расчёт высокочастотной модели:
Поскольку рабочие частоты усилителя заметно больше частоты EMBED Equation.3 , то из эквивалентной схемы можно исключить входную ёмкость, так как она не влияет на характер входного сопротивления транзистора. Индуктивность же выводов транзистора напротив оказывает существенное влияние и потому должна быть включена в модель. Эквивалентная высокочастотная модель представлена на рисунке 3.4. Описание такой модели можно найти в [2].
EMBED PBrush
Рисунок 3.4
Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам.
Входная индуктивность:
EMBED Equation.3 , (3.3.10)
где EMBED Equation.3 –индуктивности выводов базы и эмиттера.
Входное сопротивление:
EMBED Equation.3 , (3.3.11)
Крутизна транзистора:
EMBED Equation.3 , (3.3.12)
Выходное сопротивление:
EMBED Equation.3 . (3.3.13)
Выходная ёмкость:
EMBED Equation.3 . (3.3.14)
В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы:
EMBED Equation.3 нГн;
EMBED Equation.3 пФ;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 А/В;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 пФ.
3.3.4 Расчёт цепей термостабилизации и выбор источника питания
Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная.
3.3.4.1 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.
EMBED PBrush
Рисунок 3.5
Расчёт, подробно описанный в [3], заключается в следующем: выбираем напряжение EMBED Equation.3 (в данном случае EMBED Equation.3 В) и ток делителя EMBED Equation.3 (в данном случае EMBED Equation.3 , где EMBED Equation.3 – ток базы), затем находим элементы схемы по формулам:
EMBED Equation.3 ; (3.3.15)
EMBED Equation.3 , (3.3.16)
где EMBED Equation.3 – напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В;
EMBED Equation.3 . (3.3.17)
Получим следующие значения:
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 Ом.
3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация
Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.5. Её описание и расчёт можно найти в [2].
EMBED PBrush
Рисунок 3.6
В качестве VT2 возьмём КТ916А. Выбираем падение напряжения на резисторе EMBED Equation.3 из условия EMBED Equation.3 (пусть EMBED Equation.3 В), затем производим следующий расчёт:
EMBED Equation.3 ; (3.3.18)
EMBED Equation.3 ; (3.3.19)
EMBED Equation.3 ; (3.3.20)
EMBED Equation.3 ; (3.3.21)
EMBED Equation.3 , (3.3.22)
где EMBED Equation.3 – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ транзистора КТ361А;
EMBED Equation.3 ; (3.3.23)
EMBED Equation.3 ; (3.3.24)
EMBED Equation.3 . (3.3.25)
Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 по переменному току был заземлён.
3.3.4.3 Эмиттерная термостабилизация
Принцип действия эмиттерной термостабилизации представлен на рисунке 3.6. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [3].
EMBED PBrush
Рисунок 3.7
Расчёт производится по следующей схеме:
1.Выбираются напряжение эмиттера EMBED Equation.3 и ток делителя EMBED Equation.3 (см. рис. 3.7), а также напряжение питания EMBED Equation.3 ;
2. Затем рассчитываются EMBED Equation.3 .
3. Производится поверка – будет ли схема термостабильна при выбранных значениях EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 . Если нет, то вновь осуществляется подбор EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 . Возьмём EMBED Equation.3 В и EMBED Equation.3 мА. Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле EMBED Equation.3 В. Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:
EMBED Equation.3 ; (3.3.25)
EMBED Equation.3 ; (3.3.26)
EMBED Equation.3 . (3.3.27)
Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной производится расчёт приведённых ниже величин.
Тепловое сопротивление переход – окружающая среда:
EMBED Equation.3 , (3.3.28)
где EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 – справочные данные;
EMBED Equation.3 К – нормальная температура.
Температура перехода:
EMBED Equation.3 , (3.3.29)
где EMBED Equation.3 К – температура окружающей среды (в данном случае взята максимальная рабочая температура усилителя);
EMBED Equation.3 – мощность, рассеиваемая на коллекторе.
Неуправляемый ток коллекторного перехода:
EMBED Equation.3 , (3.3.30)
где EMBED Equation.3 – отклонение температуры транзистора от нормальной;
EMBED Equation.3 лежит в пределах EMBED Equation.3 А;
EMBED Equation.3 – коэффициент, равный 0.063–0.091 для германия и 0.083–0.120 для кремния.
Параметры транзистора с учётом изменения температуры:
EMBED Equation.3 , (3.3.31)
где EMBED Equation.3 равно 2.2(мВ/градус Цельсия) для германия и
3(мВ/градус Цельсия) для кремния.
EMBED Equation.3 , (3.3.32)
где EMBED Equation.3 (1/ градус Цельсия).
Определим полный постоянный ток коллектора при изменении температуры:
EMBED Equation.3 , (3.3.33)
где
EMBED Equation.3 . (3.3.34)
Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 . (3.3.35)
Рассчитывая по приведённым выше формулам, получим следующие значения:
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 К;
EMBED Equation.3 К;
EMBED Equation.3 А;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 А;
EMBED Equation.3 А.
Как видно из расчётов условие термостабильности выполняется.
Из всех рассмотренных выше типов термостабилизации была выбрана активная коллекторная термостабилизация, как наиболее подходящая для моего усилителя. Активным элементом был выбран транзистор КТ361A.
3.3.4.4 Выбор источника питания
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 При выборе номинала источника питания нужно учитывать выбранный вид термостабилизации. При активной коллекторной термостабилизации на резисторе дополнительно будет падать 1 вольт. Таким образом номинал источника питания будет складываться из напряжения в рабочей точке транзистора и падения напряжения на . Тогда:
В
3.3.5 Расчет элементов ВЧ коррекции
В качестве ВЧ коррекции мною была выбрана межкаскадная корректирующая цепь 3-го порядка. Но после расчёта коэффициента усиления выходного каскада оказалось, что каскад даёт слишком малое усиление, а именно – около 2.5 дБ. После расчёта промежуточного каскада были получены примерно такие же результаты. В результате общее усиление, выдаваемое трёмя каскадами усилителя, вышло равным примерно 11 дБ, вместо 15 требуемых. Для увеличения коэффициента усиления третий каскад на транзисторе КТ916А был заменен каскадом со сложением напряжения, выполненным на транзисторе КТ948Б. Для активного элемента промежуточного каскада был выбран транзистор КТ913Б.
Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 3.8.
INCLUDEPICTURE "A:\\RIS50L.BMP" \* MERGEFORMAT
Рисунок 3.8
Расчёт каскада полностью описан в [2].
При условии:
EMBED Equation.2 (3.3.36)
EMBED Equation.3 Каскад выдает напряжение, равное входному, оставляя неизменным ток, отдаваемый предыдущим каскадом. Поэтому ощущаемое сопротивление нагрузки каскада равно половине сопротивления нагрузки, а его входное сопротивление также равно половине сопротивления нагрузки, вплоть до частот соответствующих . При выполнении условия (3.3.36) коэффициент усиления каскада в области ВЧ описывается выражением:
EMBED Equation.3
,
Где:
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 ;
EMBED Equation.2 ;
EMBED Equation.2 ;
EMBED Equation.2 );
EMBED Equation.2 .
EMBED Equation.3 В случае получения оптимальной по Брауде АЧХ, значения
равны:
EMBED Equation.2 ; (3.3.37)
EMBED Equation.2 . (3.3.38)
Так как был использован каскад со сложением напряжения, произошло смещение рабочей точки, рассчитанной ранее. Напряжение в рабочей точке транзистора КТ948Б будет равно 13.2 вольт. Ток останется неизменным, т.е. будет равен 0.5 ампер. Также можно поменять номинал источника питания - взять его равным 14.2 вольт.
Так как каскад со сложением напряжения осуществляет подъём АЧХ, т.е. улучшает её форму, будем считать, что каскад не вносит линейных искажений и не требует МКЦ. Тогда произведём пересчёт искажений: 2 дБ отдадим на промежуточный каскад и 1 дБ на входной.
Основные технические характеристики транзистора КТ948Б:
EMBED Equation.3 Электрические параметры:
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ EMBED Equation.3 МГц;
Постоянная времени цепи обратной связи, при напряжении 10 вольт, EMBED Equation.3 пс;
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ EMBED Equation.3 ;
Ёмкость коллекторного перехода EMBED Equation.3 пФ;
Индуктивность вывода базы EMBED Equation.3 нГн;
Индуктивность вывода эмиттера EMBED Equation.3 нГн.
Предельные эксплуатационные данные:
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер EMBED Equation.3 В;
Постоянный ток коллектора EMBED Equation.3 А;
Температура перехода EMBED Equation.3 К.
По формулам 3.3.6 ? 3.3.9 получаем значения элементов модели Джиаколетто:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 пФ
пФ
По формулам 3.3.10 ? 3.3.14 получаем значения элементов ВЧ модели:
EMBED Equation.3 нГн;
EMBED Equation.3 пФ;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 А/В;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 пФ.
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 Используя эти данные, вычисляем значения для элементов по формулам 3.3.37-3.3.38, а также значения элементов схемы термостабилизации, используя формулы 3.3.18 ? 3.3.25.
Значения :
EMBED Equation.3
Значения элементов схемы термостабилизации:
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 .
Коэффициент усиления выходного каскада – 6 дБ.
3.4 Расчёт промежуточного каскада
3.4.1 Выбор рабочей точки
При расчёте требуемого режима транзистора промежуточных и входного каскадов по постоянному току, следует ориентироваться на соотношения, приведённые в пункте 3.3.1 с учётом того, что EMBED Equation.3 заменяется на входное сопротивление последующего каскада. Так как выходной каскад является каскадом со сложением напряжения, то координаты рабочей точки у промежуточного каскада те же, что и у выходного.
3.4.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ913Б. Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ EMBED Equation.3 ГГц;
Постоянная времени цепи обратной связи EMBED Equation.3 пс, при напряжении 10 вольт;
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ EMBED Equation.3 ;
Ёмкость коллекторного перехода при EMBED Equation.3 В EMBED Equation.3 пФ;
Индуктивность вывода базы EMBED Equation.3 нГн;
Индуктивность вывода эмиттера EMBED Equation.3 нГн.
Предельные эксплуатационные данные:
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер EMBED Equation.3 В;
Постоянный ток коллектора EMBED Equation.3 А;
Температура перехода EMBED Equation.3 К.
3.4.3 Расчёт эквивалентных схем транзистора
Используя формулы 3.3.6 ? 3.3.9, получаем значения элементов модели Джиаколетто:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
3.4.4 Расчёт цепи термостабилизации
Метод расчёта схемы идентичен приведённому в пункте 3.3.4.2. Элементы схемы термостабилизации будут равны соответствующим элементам схемы термостабилизации выходного каскада. Это следует из схемы включения выходного каскада. Таким образом, элементы схемы будут следующими:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 .
3.4.5 Расчёт цепи коррекции между входным и промежуточным каскадами
В качестве цепи коррекции использована межкаскадная корректирующая цепь 3-го порядка. Схема включения цепи представлена на рисунке 3.9.
Рисунок 3.9
Используя схему замещения транзистора, показанную на рисунке 3.4, схему (рисунок 3.9) можно представить в виде эквивалентной схеме, показанной на рисунке 3.10.
EMBED Word.Picture.8
Рисунок 3.10
Расчёт такой схемы подробно описан в [2].
Коэффициент прямой передачи каскада на транзисторе Т2, при условии использования выходной корректирующей цепи, равен:
EMBED Equation.2 ; (3.4.1)
Где EMBED Equation.2 (3.4.2)
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2 - нормированное относительно EMBED Equation.2 Т2 сопротивление нагрузки;
EMBED Equation.2 = EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 = EMBED Equation.2 - нормированные относительно EMBED Equation.2 Т1 и EMBED Equation.2 значения EMBED Equation.2 и EMBED Equation.2 . При заданных значениях EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , соответствующих требуемой форме АЧХ каскада, нормированные значения EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 рассчитываются по формулам:
EMBED Equation.2 (3.4.3)
где EMBED Equation.2 ;
EMBED Equation.2 ;
EMBED Equation.2 ;
EMBED Equation.2 ;
EMBED Equation.2 ;
EMBED Equation.2 ;
EMBED Equation.2 ;
EMBED Equation.2 ,
EMBED Equation.2 ,
EMBED Equation.2 = EMBED Equation.2 - нормированные значения EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 .
В теории фильтров известны табулированные значения EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 соответствующие требуемой АЧХ цепи описываемой функцией вида 3.3.26
Для выравнивания АЧХ в области НЧ используется резистор EMBED Equation.2 , рассчитываемый по формуле:
EMBED Equation.2 (3.4.4)
При работе каскада в качестве промежуточного, в формуле 3.3.27 EMBED Equation.2 принимается равным единице, при работе в качестве входного EMBED Equation.2 =0.
После расчёта EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , истинные значения элементов находятся из соотношений:
EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 . (3.4.5)
В нашем случае значения EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 и EMBED Equation.2 следующие:
EMBED Equation.2 = 75 А;
EMBED Equation.2 = 3.72 пФ;
EMBED Equation.2 = 2.75 нГн;
EMBED Equation.2 =0.719 Ом;
При условии, что линейные искажения составляют 2 дБ, берём значения EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 из таблицы приведённой в [2]:
EMBED Equation.2 = 3.13
EMBED Equation.2 = 2.26
EMBED Equation.2 = 3.06
Тогда, из формул описанных выше, получаем:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
D = 1.01
B = -4.023
A = 0.048
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Тогда нормированные значения межкаскадной корректирующей цепи равны:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Истинные значения элементов:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Значения EMBED Equation.2 и получились следующими:
EMBED Equation.3
3.5 Расчёт входного каскада
3.5.1 Выбор рабочей точки
Что бы впоследствии не ставить дополнительный источник питания, возьмём тоже напряжение в рабочей точке, что и в остальных каскадах. Ток в рабочей точке будет равен току коллектора транзистора промежуточного каскада, поделённому на коэффициент усиления промежуточного каскада (в разах) и умноженному на 1.1. Тогда получаем следующие координаты рабочей точки:
EMBED Equation.3
3.5.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ939А. Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ EMBED Equation.3 ГГц;
Постоянная времени цепи обратной связи EMBED Equation.3 пс, при напряжении 10 вольт;
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ EMBED Equation.3 ;
Ёмкость коллекторного перехода при EMBED Equation.3 В EMBED Equation.3 пФ;
Индуктивность вывода базы EMBED Equation.3 нГн;
Индуктивность вывода эмиттера EMBED Equation.3 нГн.
Предельные эксплуатационные данные:
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер EMBED Equation.3 В;
Постоянный ток коллектора EMBED Equation.3 мА;
Температура перехода EMBED Equation.3 К.
3.5.3 Расчёт эквивалентных схем транзистора
Расчёт ведётся по формулам, описанным в пункте 3.3.3.
Для схемы Джиаколетто получаем такие значения элементов:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 пФ
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Для элементов ВЧ модели:
EMBED Equation.3 нГн;
EMBED Equation.3 пФ;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 А/В;
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 пФ.
3.5.4 Расчёт схемы термостабилизации
Расчёт схемы ведётся по формулам, описанным в пункте 3.3.4.2. Значения элементов схемы:
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 .
3.5.5 Расчёт входной корректирующей цепи
Для входной корректирующей цепи также была выбрана межкаскадная корректирующая цепь 3-го порядка, описанная в пункте 3.4.5.
В нашем случае значения EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 и EMBED Equation.2 следующие:
EMBED Equation.2 = 50 А;
EMBED Equation.2 = 0;
EMBED Equation.2 = 0.345 нГн;
EMBED Equation.2 =1.076 Ом;
При условии, что линейные искажения составляют 1 дБ, берём значения EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 из таблицы приведённой в [2]:
EMBED Equation.2 = 2.52
EMBED Equation.2 = 2.012
EMBED Equation.2 = 2.035
Тогда, из формул описанных выше, получаем:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
D = 1.043
B = -3.075
A = 0.115
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Тогда нормированные значения межкаскадной корректирующей цепи равны:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Истинные значения элементов:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Значения EMBED Equation.2 и получились следующими:
EMBED Equation.3
3.6 Расчёт выходной корректирующей цепи
Расчёт КЦ производится в соответствии с методикой описанной в [2]. Схема выходной корректирующей цепи представлена на рисунке 3.11. Найдём EMBED Equation.3 – выходную ёмкость транзистора нормированное относительно EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 . Сама выходная ёмкость в данном случае является последовательным соединением коллекторных емкостей транзисторов КТ913Б и КТ948Б.
EMBED Equation.3 (3.6.1)
EMBED Equation.3 .
EMBED PBrush
Рисунок 3.11
Теперь по таблице, приведённой в [2], найдём ближайшее к рассчитанному значение EMBED Equation.3 и выберем соответствующие ему нормированные величины элементов КЦ EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 , а также EMBED Equation.3 –коэффициент, определяющий величину ощущаемого сопротивления нагрузки EMBED Equation.3 и модуль коэффициента отражения EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3
Найдём истинные значения элементов по формулам:
EMBED Equation.3 ; (3.6.2)
EMBED Equation.3 ; (3.6.3)
EMBED Equation.3 . (3.6.4)
EMBED Equation.3 нГн;
EMBED Equation.3 пФ;
EMBED Equation.3 Ом.
Рассчитаем частотные искажения в области ВЧ, вносимые выходной цепью:
EMBED Equation.3 , (3.6.5)
EMBED Equation.3 ,
или EMBED Equation.3 дБ.
3.7 Расчёт разделительных и блокировочных ёмкостей
EMBED PBrush На рисунке 3.12 приведена принципиальная схема усилителя. Рассчитаем номиналы элементов обозначенных на схеме. Расчёт производится в соответствии с методикой описанной в [1]
Рисунок 3.12
Рассчитаем ёмкость фильтра по формуле:
EMBED Equation.3 , (3.7.1)
EMBED Equation.3 где EMBED Equation.3 – нижняя граничная частота усилителя, а входного каскада, для нашего случая.
EMBED Equation.3 Ом;
EMBED Equation.3 нФ.
Так как разделительные ёмкости вносят искажения в области нижних частот, то их расчёт следует производить, руководствуясь допустимым коэффициентом частотных искажений. В данной работе этот коэффициент составляет 3дБ. Всего ёмкостей четыре, поэтому можно распределить на каждую из них по 0.75дБ.
Найдём постоянную времени, соответствующую неравномерности 0.75дБ по формуле:
EMBED Equation.3 , (3.7.2)
где EMBED Equation.3 – допустимые искажения в разах.
EMBED Equation.3
Величину разделительного конденсатора найдём по формуле:
EMBED Equation.3 , (3.7.3)
Тогда
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Величины блокировочных ёмкостей и дросселей найдем по формулам:
EMBED Equation.3
(3.7.4)
EMBED Equation.3
(3.7.5)
EMBED Equation.3
(3.7.6)
EMBED Equation.3
(3.7.7)
EMBED Equation.3
(3.7.8)
Тогда
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
4. Заключение
Рассчитанный усилитель имеет следующие технические характеристики:
1. Рабочая полоса частот: 20-500 МГц
2. Линейные искажения
в области нижних частот не более 1.5 дБ
в области верхних частот не более 1.5 дБ
3. Коэффициент усиления 21дБ
4. Выходная мощность - 5 Вт
5. Питание однополярное, Eп=14.2 В
6. Диапазон рабочих температур: от +10 до +50 градусов Цельсия
Усилитель рассчитан на нагрузку Rн=50 Ом
Усилитель имеет запас по усилению 6дБ, это нужно для того, чтобы в случае ухудшения, в силу каких либо причин, параметров отдельных элементов коэффициент передачи усилителя не опускался ниже заданного уровня, определённого техническим заданием.
