.
Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ 610 А. Его
основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
1.
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;
2.
Постоянная времени цепи обратной связи пс;
3.
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;
4.
Ёмкость коллекторного перехода при В пФ;
5.
Индуктивность вывода базы нГн;
6.
Индуктивность вывода эмиттера нГн.
Предельные эксплуатационные данные:
1.
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;
2.
Постоянный ток коллектора мА;
3.
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт;
4.
Температура перехода К.
3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора
3.3.3.1
Схема Джиаколетто
Многочисленные исследования показывают, что даже на умеренно
высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором.
Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазоне частот
удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем.
Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в
себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Наиболее
распространенная эквивалентная схема- схема Джиаколетто,
которая представлена на рисунке 3.6. Подробное описание схемы можно
найти [3].
Рисунок 3.6 – Схема Джиаколетто
Достоинство
этой схемы заключается в следующем: схема Джиаколетто с достаточной
для практических расчетов точностью отражает реальные свойства
транзисторов на частотах f£0.5fт; при последовательном
применении этой схемы и найденных с ее помощью Y — параметров
транзистора достигается наибольшее единство теории ламповых и
транзисторных усилителей.
Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и
приведенными ниже формулами [2].
Справочные
данные для транзистора КТ610А:
Cк — емкость коллекторного перехода,
tс — постоянная времени обратной связи,
bо — статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.
Найдем
значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле:
(3.3.12)
где U¢кэо– справочное или паспортное значение напряжения;
Uкэо – требуемое
значение напряжения.
Сопротивление базы рассчитаем по формуле:
(3.3.13)
Статический
коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:
(3.3.14)
Найдем ток
эмиттера по формуле:
(3.3.15)
А
Найдем
сопротивление эмиттера по формуле:
(3.3.16)
где Iэо– ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА.
Проводимость
база-эмиттер расчитаем по формуле:
(3.3.17)
Определим диффузионную емкость по формуле:
(3.3.18)
Крутизну
транзистора определим по формуле:
(3.3.19)
3.3.3.2 Однонаправленная модель
Поскольку рабочие частоты усилителя заметно больше частоты , 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 3.7.
Описание такой модели можно найти в [2].
Рисунок 3.7
Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже
формулам [2].
Входная индуктивность:
,
(3.3.20)
где –индуктивности выводов базы и эмиттера.
Входное сопротивление:
,
(3.3.21)
где , причём , и – справочные данные.
Крутизна транзистора:
,
(3.3.22)
где , , .
Выходное сопротивление:
.
(3.3.23)
Выходная ёмкость:
.
(3.3.24)
В соответствие с этими формулами получаем следующие значения
элементов эквивалентной схемы:
нГн;
пФ;
Ом
Ом;
А/В;
Ом;
пФ.
3.3.4 Расчет полосы пропускания.
Проверим обеспечит ли выбранное сопротивлении обратной связи Rос,
расчитанное в пункте 3.3.1, на нужной полосе частот требуемый
коэффициент усиления, для этого воспользуемся следующими
формулами[2]:
(3.3.25)
(3.3.26)
Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле
(3.3.12):
Найдем сопротивление базы по формуле (3.3.13):
Статический
коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле
(3.3.14):
Найдем ток
эмиттера по формуле (3.3.15):
А
Найдем
сопротивление эмиттера по формуле (3.3.16):
Ом
Определим диффузионную емкость по формуле (3.3.18):
пФ
,
(3.3.27)
,
(3.3.28)
где Yн – искажения приходящиеся на каждый
конденсатор;
дБ,
или
(3.3.29)
Гц
Выбранное
сопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.
3.3.5 Расчёт цепей термостабилизации
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 3.8)
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 3.8
Расчёт, подробно описанный в [3], заключается в следующем: выбираем
напряжение (в данном случае 7В) и ток делителя (в данном
случае , где – ток базы), затем находим элементы схемы по
формулам:
;
(3.3.30)
,
(3.3.31)
где – напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В;
.
(3.3.32)
Получим следующие значения:
Ом;
Ом;
Ом.
3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация
Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных
каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на
рисунке 3.9. Её описание и расчёт можно найти в [2].
Рисунок 3.9
В качестве VT1 возьмём КТ361А. Выбираем падение напряжения на
резисторе из условия (пусть В), затем производим следующий
расчёт:
;
(3.3.33)
;
(3.3.34)
;
(3.3.35)
;
(3.3.36)
,
(3.3.37)
где – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ
транзистора КТ361А;
;
(3.3.38)
;
(3.3.39)
.
(3.3.40)
Получаем следующие значения:
Ом;
мА;
В;
кОм;
А;
А;
кОм;
кОм.
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
Для выходного каскада выбрана эмиттерная термостабилизация, схема
которой приведена на рисунке 3.10. Метод расчёта и анализа
эмиттерной термостабилизации подробно описан в [3].
Рисунок 3.10
Расчёт производится по следующей схеме:
1.Выбираются напряжение эмиттера и ток делителя (см.
рис. 3.4), а также напряжение питания ;
2. Затем рассчитываются .
3. Производится поверка – будет ли схема термостабильна при
выбранных значениях и . Если нет, то вновь осуществляется
подбор и .
В данной работе схема является термостабильной при В и мА.
Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то
напряжение питания рассчитывается по формуле В. Расчёт величин
резисторов производится по следующим формулам:
;
(3.3.41)
;
(3.3.42)
.
(3.3.43)
Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной
производится расчёт приведённых ниже величин.
Тепловое сопротивление переход – окружающая среда:
,
(3.3.44)
где , – справочные данные;
К – нормальная температура.
Температура перехода:
,
(3.3.45)
где К – температура окружающей среды (в данном случае взята
максимальная рабочая температура усилителя);
– мощность, рассеиваемая на коллекторе.
Неуправляемый ток коллекторного перехода:
,
(3.3.46)
где – отклонение температуры транзистора от нормальной;
лежит в пределах А;
– коэффициент, равный 0.063–0.091 для германия и 0.083–0.120
для кремния.
Параметры транзистора с учётом изменения температуры:
,
(3.3.47)
где равно 2.2(мВ/градус Цельсия) для германия и
3(мВ/градус Цельсия) для кремния.
,
(3.3.48)
где (1/ градус Цельсия).
Определим полный постоянный ток коллектора при изменении
температуры:
, (3.3.49)
где
.
(3.3.50)
Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение
условия:
,
где
.
(3.3.51)
Рассчитывая по приведённым выше формулам, получим следующие
значения:
Ом;
Ом;
Ом;
Ом;
К;
К;
А;
Ом;
;
Ом;
А;
А.
Как видно из расчётов условие термостабильности не выполняется.
3.4 Расчёт входного каскада по постоянному току
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
заменяется на входное сопротивление последующего каскада. Но,
при малосигнальном режиме, за основу можно брать типовой режим
транзистора (обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов мА и
В). Поэтому координаты рабочей точки выберем следующие мА, В.
Мощность, рассеиваемая на коллекторе мВт.
3.4.2 Выбор транзистора
Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями,
приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор
КТ371А. Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
1. граничная частота коэффициента передачи тока в схеме
с ОЭ ГГц;
2. Постоянная времени цепи обратной связи пс;
3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ
;
4. Ёмкость коллекторного перехода при В пФ;
5. Индуктивность вывода базы нГн;
6. Индуктивность вывода эмиттера нГн.
Предельные эксплуатационные данные:
1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;
2. Постоянный ток коллектора мА;
3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора
Вт;
4. Температура перехода К.
3.4.3 Расчет входного каскада
Как уже отмечалсь в качестве входного каскада будем испльзовать
каскад с комбинированной отрицательной обратной связью состоящцю из
и обладающая, как и выходной наибольшей
широкополосностью, и одновременно играет роль согласующего
устройства между выходным каскадом и генератором, его схема по
переменному току изображена на рисунке 3.11.
Рисунок 3.11
Сопротивление обратной связи Rос находим исходя из следующих
соотношений [2]:
(3.4.1)
(3.4.2)
Входное сопротивление выходного каскада равно сопротивлению
генератора:
Ом.
Выбрали сопротивление в цепи эмиттера такое, чтобы выполнялись выше
записанные равенства (3.4.1) и (3.4.2):
Ом.
Тогда исходя из соотношений (3.4.1) и (3.4.2) находим сопротивление
обратной связи:
Ом.
3.4.4 Расчёт эквивалентной схемы транзистора
3.4.4.1
Схема Джиаколетто
Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на
рисунке 3.6. Расчёт её элементов производится по формулам,
приведённым в пункте 3.3.3.1.
Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и
приведенными ниже формулами.
Ом
продолжение
Усилитель модулятора лазерного излучения 2
27
0
16 минут
Темы:
Понравилась работу? Лайкни ее и оставь свой комментарий!
Для автора это очень важно, это стимулирует его на новое творчество!