Расчет оконечного каскада усиления

В данном устройстве, которое необходимо рассчитать использован транзистор серии 2Т970А.

К его параметрам относятся:

1. Статический коэффициент передачи по току h_21э0 = 20

. Сопротивление материала базы r_б = 0.5 Ом

. Сопротивление материала эмиттера r_э = 0.15 Ом

. Сопротивление насыщения r_нас = 0.4 Ом

. Напряжение отсечки Е'_б = 0.3 В

. Граничная частота передачи по току f_т = 1000 МГц

. Емкость коллекторного перехода С_к = 150 пФ

. Емкость эмиттерного перехода С_э = 1800 пФ

. Индуктивность эмиттерного вывода L_э = 0.2 нГн

. Индуктивность базового вывода L_б = 1 нГн

. Индуктивность коллекторного вывода L_к = 0.87 нГн

Допустимые параметры:

. Предельное напряжение на коллекторе - эмиттере Е_кэдоп = 50 В

. Предельное напряжение на коллекторе Е_кдоп = 28 В

. Предельное напряжение на базе - эмиттере Е_бэдоп = 13 В

. Допустимое значение постоянной составляющей коллекторного тока I_к0доп = 1 А

Экспериментальные параметры:

16. Рабочая частота диапазона f_раб = 500 МГц                       

17. Мощность в нагрузке Р’_н = 100 Вт

. Коэффициент усиления по мощности К’_р = 5

. КПД ГВВ η = 50 %

20. Напряжение питания Е_п = 28 В. Выберем напряжение из нормали стандартных напряжений Е_п = 30 В.

. Постоянная времени коллекторного перехода τ_к = 12 пс

. Допустимая температура перехода t_доп = 160 ˚С

 

9. Расчет транзисторного автогенератора на основе трехточки

 

Автогенератором называется устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию РЧ колебаний без возбуждения извне.

Основной тип генераторов, высокостабильных по частоте гармонических колебаний в радиопередатчиках, - кварцевый генератор (КГ). Большая добротность и эталонность используемых в КГ резонаторов определяют высокую стабильность частоты генерируемых колебаний. Кварцевые резонаторы работают на объемных типах акустических (механических) колебаний. Кварцевые генераторы реализуются на частотах примерно до 100 МГц - при использовании нечетных механических гармоник колебаний кварцевого резонатора.

Однако работа на высших гармониках связана с некоторым усложнением схемы автогенератора, ухудшает его шумовые свойства. Так как в данной работе передатчик работает в диапазоне частот от 320 до 400 МГц, то целесообразно сделать автогенератор на 10 МГц, и поставить после него два умножителя частоты: один на 5, другой на 8.

Расчет автогенератора начинаем с выбора транзистора, он должен удовлетворять условию: f₀ < 0.5 f_s. Выберем маломощный высокочастотный транзистор КТ306А, обладающий следующими параметрами:

h_21э0 = 20, f_р = 300 МГц, С_к = 5 пФ, С_э = 4.5 пФ, L_э = L_б =11 нГн, Е_к = 9 В, Е^’_б = 0.3 B, r_нас = 10 Ом (так как данный параметр отсутствует, мы взяли типовое значение этого параметра у транзистора, близкого по свойствам к данному). Допустимые параметры: Е_кбдоп = 15 В, Е_кэдоп = 10 В, Е_эбдоп = 4 В, I_кдоп = 30 мА

1. Зададимся индуктивностью контура: L_к = 10 мкГн

2. Найдем емкость контура:

 

 

Из этой формулы найдем С_к/2 = С_к1= С_к2 = 140 пФ

Приведем это значение к нормали: С_к1= С_к2 = 150 пФ

3. Найдем размах импульса коллекторного тока:

 

i_кmaxдоп = 0.3* I_кдоп = 9 мА

 

4. Выбираем угол отсечки установившегося режима равным θ_у = 70˚

5. Находим значения составляющих коллекторного тока:

 

 

6. Определим граничный коэффициент использования питающего напряжения:

 

 

7. Найдем амплитуду коллекторного тока:

 

U_к = ζ*E_к = 0.78*9 = 7 В

 

. Определим полезную мощность каскада:

 

Р₁ = 0.5*I_к1* U_к = 0.5*3.924*10^-3*7 = 0.0137 Вт

 

. Определим мощность, потребляемую от источника:

 

Р₀ = I_к0* Е_к = 2.268*9*10^-3 = 0.02 Вт

 

. Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора:

 

Р_п = Р₀ - Р₁ = 0.02 - 0.0137 = 0.0067 Вт

 

. КПД каскада:

 

η= Р₁/ Р₀ = 68%

 

. Определим сопротивление коллекторной нагрузки:

 

R_экв = U_к/ I_к1 = 7/3.924*10^-3 = 1.8 кОм

 

. Найдем амплитуду напряжения первой гармоники:

 

U_б1 = i_кmax/S*(1-cosθ) = 0.136 В

Е_бу = Е^’_б - U_б1*cosθ = 0.25 В

I_б0 = I_к0/ h_21э0 = 2.268*10^-3/20 = 0.113 мА

 

. Делители напряжения R1 и R2 обеспечивают нужное смещение на транзисторе. Пусть Е_бн =1.5 В

. Найдем напряжение, падающее на сопротивлении R_авт

 

Е_Rавт = Е_бн - Е_бу = 1.5 - 0.25 =1.25 В

 

. Найдем постоянную составляющую тока эмиттера:

 

I_э0 = I_к0 + I_б0 = (2.268 + 0.113)*10^-3 = 2.38 мА

 

. Найдем значение сопротивления R_авт:

 

R_авт = Е_Rавт/ I_э0 = 1.25/2.38*10^-3 = 525 Ом

 

. Рассчитаем постоянный ток делителя:

 

I_д0 = 10* I_б0 = 1.13 мА

 

. Теперь рассчитаем значения делителей напряжения:

 

R₂ = Е_бн/ I_д0 = 1.5/ 1.13*10^-3 = 1.3 кОм

R₁ = (Е_к - Е_бн)/ I_д0 = 6.6 кОм

 

. Рассчитаем блокировочные элементы.

Блокировочные элементы препятствуют протеканию переменного тока в цепь питания.

Выбираем величину блокировочных деталей из условий:

 

* R_экв ≤ |X_Lбл|, тогда X_Lбл = 90 кОм -реактивное сопротивление индуктивности;

R_экв/50 ≥ |X_Сбл|, тогда X_Сбл = 36 Ом - реактивное сопротивление емкости.

 

С другой стороны:

 

X_Lбл = ω_р*L_бл

X_Сбл = 1/ ω_р*С_бл

 

Найдем из этих соотношений значения блокировочных элементов.

При моем значении тока I_к0 значение блокировочного дросселя выбирается стандартным L_бл= 1 мкГн

 

С_бл = 1.47*10^-11 = 14.7 пФ

 

В стандартном ряде емкостей выбираем конденсатор с емкостью

 

С_бл = 15 пФ

 

. Найдем напряжение, падающее на сопротивлении R_г:

 

Е_Rг = Е_п - Е_к - Е_{Rав т} = 17.75 В

 

Из нормали напряжений выберем ближайшее большее: 24 В

. Найдем значение сопротивления R_г:

 

R_г = Е_Rг/ (I_к0+ I_д0) = 24/ 3.39*10^-3 = 7 кОм

 

Для лучшей стабилизации частоты передатчика, лучше использовать кварцевые автогенератор. Для этого, вместо емкости ставим кварц, а один из конденсаторов делаем подстроечным.