Выбор транзистора и расчёт сопротивлений в схеме прямого модулятора

При выборе транзистора будем руководствоваться следующими требованиями к его техническим характеристикам:

- Постоянный ток коллектора не менее 120 мА;

- Частота среза не менее 8.5 МГц;

Приведённым требованиям удовлетворяет кремниевый n-p-n транзистор КТ660Б. Данный транзистор предназначен для применения в переключающих и импульсных устройствах, в цепях вычислительных машин, в генераторах электрических колебаний и имеет следующие электрические параметры:

- Статический коэффициент передачи h21э тока в схеме ОЭ при Uкб=10 В, Iэ=2 мА: h21эмин = 200, h21эмакс = 450;

- Напряжение насыщения коллектор – эмиттер Uкэнас при Iк=500 мА, Iб=50 мА, не более: 0.5 В;

- Напряжение насыщения коллектор – эмиттер Uкэнас’ при Iк=10 мА, Iб=1 мА, не более: 0.035 В;

- Напряжение насыщения база – эмиттер Uбэнас при Iк=500 мА, Iб=50 мА, не более: 1.2 В;

- Ёмкость коллекторного перехода Ск при Uкб=10 В, не более: 10 пФ;

- Обратный ток коллектора Uкобр при Uкб=10 В, не более: 1 мкА;

- Обратный ток эмиттера Uэобр при Uбэ=4 В, не более: 0.5 мкА;

Предельные эксплуатационные данные:

- Постоянное напряжение коллектор – база Uкбmax: 30 В;

- Постоянное напряжение коллектор – эмиттер Uкэmax                    при Rбэ<1 кОм: 30 В;

- Постоянное напряжение коллектор–эмиттер Uкэmax при Iэ£10мА: 25 В

- Постоянное напряжение база–эмиттер Uбэmax: 5 В;

- Постоянный ток коллектора Iкmax: 800 мА;

- Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Pmax: 0.5 Вт.

Далее зададим режим работы транзистора (рабочую точку). Для выбора режима используется семейство выходных характеристик транзистора для схемы с общим эмиттером, параметром которых является ток базы. При этом должно выполняться следующее условие для напряжения покоя коллектора: Uкэо £ 0.45×Uкmax. Пусть (с учётом приведённого условия) Uкэо=6 В. Поскольку для модуляции полупроводникового лазера необходим пороговый ток 40 мА, то Iко=40 мА, тогда ток покоя базы Iбо=0.135 мА. Поскольку максимальный ток накачки лазера 120 мА, то максимальный ток коллектора составит Iкм=120 мА, тогда Uкэм=1.7 В и Iбм=0.47 мА. По входным характеристикам транзистора определим напряжение базы покоя Uбо=0.71 В и Амплитудное значение Uбм=0.74 В.

Таким образом, режим работы транзистора определяется следующими параметрами:

- напряжение покоя коллектора:          Uкэо=6 В;

- ток покоя коллектора:                                 Iко=40 мА;

- ток покоя базы:                                   Iбо=0.135 мА;

- напряжение покоя базы:                     Uбо=0.71 В;

- Амплитуда тока базы:                                 Iбм=0.47 мА;

- Амплитуда напряжения на коллекторе:     Uкэм=1.7 В;

- Амплитуда тока коллектора:                       Iкм=120 мА;

- Амплитуда напряжения на базе:        Uбм=0.74 В.

Задав режим работы транзистора, переходим к расчету элементов схемы модулятора (рисунок 6.4). Здесь транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а полупроводниковый лазер находится в цепи коллектора.

 

Падение напряжения в эмиттерной цепи должно удовлетворять условию:

где Еп – напряжение питания модулятора.

Зададимся стандартным напряжением питания Еп=12 В, тогда:

 

Сопротивление Rэ рассчитывается по формуле:

 

Ток делителя Iд должен не менее, чем в шесть раз превосходить ток покоя базы Iбо:

 

Соотношение между напряжением на эмиттерном сопротивлении и сопротивлении фильтра можно распределить по-разному. Для обеспечения более глубокой стабилизациирежима лучше взять URэ ≥ Uф.

Пусть:

 

Тогда сопротивление фильтра определяется следующим образом:

 

 

Падение напряжения на сопротивлении делителя Rб’’ равно сумме падения напряжения на сопротивлении в цепи эмиттера и напряжении смещения на базе транзистора:

 

Тогда сопротивление делителя Rб’’:

Аналогично найдём сопротивление Rб’:

Для схемы с эмиттерной стабилизацией напряжение питания распределяется между тремя резисторами выходной цепи (Rэ, Rк, Rф), лазерным излучателем и транзистором:

 

,где Uд = 2 В – падение напряжения на полупроводниковом лазере;

URф – падение напряжения на сопротивлении в цепи коллектора.

Осюда:

 

Тогда сопротивление в цепи коллектора равно: