Из таблицы следует, что дроссельный каскад потребляет в несколько раз меньше, напряжение источника питания для него нужно небольшое, что выгодно отличает данную схему. В дальнейших расчетах она и будет использоваться.

Выбор транзистора осуществляется исходя из технического задания, по которому можно определить предельные электрические и частотные параметры требуемого транзистора. В данном случае они составляют (с учетом запаса 20%):[6]

I_{к доп}  > 1.2*I_к0=0.84 А

U_{к доп} > 1.2*U_кэ0=21.6 В                                                                                                (1.8)

Р_{к доп} > 1.2*P_расс=15.2 Вт

f_т= (3-10)*f_в=(3-10)*250 МГц.

Этим требованиям с достаточным запасом отвечает широко распространенный транзистор КТ 934В, справочные данные которого приведены ниже [7]:

I_к=2 А

U_кэ=60 В

P_к=30 Вт

F_т= 960 МГц.

 при

1.3.3. Расчет эквивалентных схем транзистора КТ934В.

а) Модель Джиаколетто.

Модель Джиаколетто представлена на рис.1.7.

Рисунок 1.7 - Эквивалентная схема Джиаколетто.

Необходимые для расчета справочные данные:

, постоянная цепи обратной связи.

, статический коэффициент передачи тока базы.

, емкость коллекторного перехода.

Найдем при помощи постоянной времени цепи обратной связи сопротивление базового перехода нашего транзистора:[5]

                                                                                                                       (1.9)

Из справочных данных мы знаем, что при  , а  на 18В. Для того, чтобы свести параметры к одной системе воспользуемся формулой перехода:[1]

                                                                                    (1.10)

в нашем случае:

Теперь, зная все параметры, можно найти сопротивление:

, тогда

Найдем значение коллекторной емкости в рабочей точке по той же формуле перехода:

Найдем значения оставшихся элементов схемы:

, где                                         (1.11)

 – паспортное значение статического коэффициента передачи,

 – сопротивление эмиттеного перехода транзистора

Тогда

Емкость эмиттерного перехода: , где  – типовое значение граничной частоты коэффициента передачи тока, взятое из паспортных данных транзистора.[7]

Найдем оставшиеся параметры схемы:

                                                                                            (1.12)

                                                                                            (1.13)

                                                                                      (1.14)

б) Однонаправленная модель.[4]

Однонаправленная модель представлена на рис.1.8.

Рисунок 1.8 - Однонаправленная модель.

При определении значений элементов высокочастотной модели воспользуемся паспортными данными транзистора:[7]

                                                                                                       (1.15)

где  – входное сопротивление,  – выходная емкость,  – выходное сопротивление.В паспортных данных значение индуктивности.[7]

где  – индуктивности выводов базы и эмиттера.

В результате получим:

1.3.4. Расчет схем термостабилизации транзистора КТ 934В.

Эмиттерная термостабилизация приведена на рис.1.9.[8]

Рисунок 1.9 Схема эмитерной термостабилизации.

Расчет номиналов элементов осуществляется исходя из заданной рабочей точки. Напряжение на эмиттере должно быть не менее 3-5 В (в расчетах возьмем 3В), чтобы стабилизация была эффективной.

Рабочая точка:

U_кэ0= 18В,

I_к0=0.7А.

Учтя это, получим:

, где , а коллекторный ток – , что было получено ранее, тогда:  и                                                                        1.16)

Видно, что рассеиваемая мощность довольно велика.

Базовый ток будет в  раз меньше коллекторного тока:

,                                                                                             (1.17)

а ток базового делителя на порядок больше базового:

                                                                                                   (1.18)

Учтя то, что напряжение питания будет следующим:

,                                                                                   (1.19)

найдем значения сопротивлений, составляющих базовый делитель:

                                          (1.20)

                                                                            (1.21)

Схема активной коллекторной термостабилизации усилительного каскада приведена на рис.1.10.

Рисунок 1.10 – Схема активной коллекторной термостабилизации.

В качестве управляемого активного сопротивления выбран транзистор КТ361А со средним коэффициентом передачи тока базы 50.[9] Напряжение на

 сопротивлении цепи коллектора по постоянному току должно быть больше 1 В или равным ему, что и применяется в данной схеме [4].

Энергетический расчет схемы:

.                                                  (1.22)

Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:

   .                                                                              (1.23)

Видно, что мощность рассеивания на отдельном резисторе уменьшилась в три раза по сравнению с предыдущей схемой. Рассчитаем номиналы схемы:

                                                    (1.24)

Номиналы реактивных элементов выбираются исходя из неравенств:

                                                                                                                   (1.25)

Этим требованиям удовлетворяют следующие номиналы:

L=30 мкГн (R_н=25 Ом) и С_бл=0.1 мкФ  (f_н=10 МГц).

Схема пассивной коллекторной термостабилизации приведена на рис. 1.11[8]

Рисунок 1.11 – Схема пассивной коллекторной термостабилизации.

В данной схеме напряжение на коллекторе должно изменяться в пределах от 5 до 10 В. Возьмем среднее значение– 7В.

Произведем энергетический расчет схемы:

.                                                                                (1.26)

Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:

.                                                                                   (1.27)

Видно, что при использовании данной схемы мощность будет максимальна.

Рассчитаем номиналы схемы:

.                                                                (1.28)

Сравнив эти схемы видно, что и с энергетической, и с практической точки зрения  более эффективно использовать активную коллекторную термостабилизацию, которая и будет использоваться далее.

1.3.5. Расчет выходной корректирующей цепи.

В рассматриваемом выше усилительном каскаде расширение полосы пропускания было связано по принципу последовательного соединения корректирующих цепей (КЦ) и усилительных элементов [10].

Пример построения такой схемы усилителя по переменному току приведен на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12 Схема усилителя с корректирующими цепями

При этом расчеты входных, выходных и межкаскадных КЦ ведутся с использованием эквивалентной схемы замещения транзистора приведенной на рисунке 1.8. Из теории усилителей известно [11], что для получения максимальной выходной мощности в заданной полосе частот необходимо реализовать ощущаемое сопротивление нагрузки, для внутреннего генератора транзистора, равное постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Это можно реализовать, включив выходную емкость транзистора (см. рисунок 1.8) в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Схема включения выходной КЦ приведена на рисунке 1.13.

Рисунок 1.13Схема выходной корректирующей цепи

От выходного каскада усилителя требуется получение максимально возможной выходной мощности в заданной полосе частот [12]. Это достигается путем реализации ощущаемого сопротивления нагрузки для внутреннего генератора транзистора равным постоянной величине во всем рабочем диапазоне частот. Одна из возможных реализаций - включение выходной емкости транзистора в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ. Расчет элементов КЦ проводится по методике Фано, обеспечивающей максимальное согласование в требуемой полосе частот.

По имеющейся выходной емкости каскада (вычисленной в пункте 1.3.3) найдем параметр b3, чтобы применить таблицу коэффициентов [13]:

.                           (1.29)

Из таблицы получим следующие значения параметров с учетом величины b3 (произведя округление ее):

C_1н=b1=1.9,     L_1н=b2=0.783,     C_1н=b3=1.292,     S=0.292,     1.605.

Разнормируем параметры и найдем номиналы элементов схемы:

.                                                                        (1.30)

1.3.6 Расчет элементов каскада со сложением напряжений

При выполнении условия (1.1) коэффициент усиления каскада в области верхних частот описывается выражением.

,

где  

;

;

;

;

.

Оптимальная по Брауде АЧХ каскада реализуется при расчете ,  по формулам [4]:

;                                                                                                        (1.31)

,                                                                                                 (1.32)

а значение  определяется из соотношения:

.                                       (1.33)

Рассчитать , ,  каскада со сложением напряжений приведенного на рисунке 1.1, при использовании транзистора КТ934В и условий: =25 Ом; =0,9.

По формулам (1.31), (1.32) получим

;)

,            

=625 Ом; =370 пФ.  Теперь по (1.33) найдем

=320 МГц.

Расчет оконечного каскада закончен.

1.4 Расчет предоконечного каскада.

1.4.1 Активная коллекторная термостабилизация.

Схема активной коллекторной термостабилизации предоконечного каскада аналогична активной коллекторной термостабилизации выходного каскада.

1.4.2 Расчет межкаскадной корректирующей цепи.

Межкаскадная корректирующая цепь (МКЦ) третьего порядка представлена на рис.1.14.[13]

Рисунок 1.14 - Межкаскадная корректирующая цепь третьего порядка.

Цепь такого вида обеспечивает реализацию усилительного каскада с АЧХ, лежащим в пределах необходимых отклонений с заданными частотными искажениями [1]. АЧХ в данном случае представляет собой полином. В теории фильтров известны табулированные значения коэффициентов , ,  соответствующие требуемой форме АЧХ цепи описываемой функцией данного типа. Учтя заданную неравномерность АЧХ () запишем эти коэффициенты:

Во входном каскаде будем использовать менее мощный транзистор КТ934Б[12], а не КТ934В, это диктуется требованиями к коэффициенту усиления и обеспечивает нормальное согласование каскадов и работу всего усилителя. параметры транзистора КТ934В таковы:

 при

Начиная с данного момента целесообразно воспользоваться помощью ЭВМ. Все расчеты, показанные ниже

Расчет заключается в нахождении ряда нормированных значений и коэффициентов, сперва находим нормированные значения :

,                                                                                      (1.34)

=  - нормированные значения , , .

Здесь  и  - выходное сопротивление и емкость транзистора КТ934В, а  и  - входное сопротивление и индуктивность транзистора КТ934В.

В результате получим:

Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты:

;

;                                                                                     (1.35)

;

получим:

Отсюда найдем нормированные значения , , и :

где         ;                                                                  (1.36)

;

;

.

При расчете получим:

и в результате:

                                                    (1.37)

Рассчитаем дополнительные параметры:

                                      (1.38)

где S₂₁₀- коэффициент передачи оконечного каскада.

Для выравнивания АЧХ в области нижних частот используется резистор , рассчитываемый по формуле:[4]

                                                                           (1.39)

Найдем истинные значения остальных элементов по формулам:

,        , ,                         (1.40)

Расчет предоконечного каскада окончен.

1.5 Расчет входного каскада.

Транзистор изменился, вместо КТ934В поставили КТ934Б. Принципы построения схемы не изменились.

1.5.1 Расчет эквивалентной схемы транзистора

В качестве эквивалентной схемы расчитаем однонаправленную модель транзистора.[4]

Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и формулами приведенными в пункте  1.3.2.

параметры транзистора КТ934Б таковы:[7]

 при

1.5.2 Активная коллекторная термостабилизация.

Схема активной коллекторной термостабилизации приведена на рис.1.15. Расчет схемы производится по той же методике, что и для оконечного каскада.

Рисунок 1.15 – Схема активной коллекторной термостабилизации.

Все параметры для входного каскада остались прежними, но изменилась рабочая точка:

U_кэ0= 17В,

I_к0= I_{к0предоконечного}/S_{210Vt предоконечного}=0.7/1.85=0.37 А.

Энергетический расчет:

Мощность, рассеиваемая на сопротивлении коллектора:

.

Рассчитаем номиналы схемы:

Номиналы реактивных элементов цепи выбираются исходя из неравенств:

.

Этому удовлетворяют номиналы

L=30 мкГн и С_бл=0.1 мкФ (f_н=10 МГц).

1.5.3 Входная корректирующая цепь.

Входная корректирующая цепь третьего порядка входного каскада приведена на рис.1.16.

Рисунок 1.16 – Входная корректирующая цепь третьего порядка.

Методика расчета та же самая, коэффициенты  те же, изменяются только нормированные значения , а именно значение , в связи с тем, что теперь на выходе стоит транзистор КТ934Б.

Произведем расчет:

,

,

=

Здесь значения входного и выходного сопротивления, выходной емкости и входной индуктивности соответствуют параметрам транзистора КТ934Б.

 и

Произведем расчет:

Получим:

Зная это, рассчитаем следующие коэффициенты:

;

;

;

получим:

Отсюда найдем нормированные значения , , и :

где         ;

;

;

.

При расчете получим:

и в результате:

Рассчитаем дополнительные параметры:

где S₂₁₀- коэффициент передачи входного каскада.

Найдем истинные значения элементов по формулам:

 - эквивалентное нагрузочное сопротивление, принцип его получения описан выше.

,      ,   ,

 

Расчет входного каскада окончен.

1.6 Расчет разделительных емкостей.

Устройство имеет 4 реактивных элемента, вносящих частотные искажения на низких частотах. Эти элементы – разделительные емкости. Каждая из этих емкостей по техническому заданию должна вносить не более 0.75 дБ частотных искажений. Номинал каждой емкости с учетом заданных искажений и обвязывающих сопротивлений рассчитывается по формуле [13]:

                                                                                       (1.41)

где  Y_н – заданные искажения;

R₁ и R₂ – обвязывающие сопротивления, Ом;

w_н – нижняя частота, Гц.

Приведем искажения, заданные в децибелах:

,                                                                                                                      (1.42)

где М – частотные искажения, приходящиеся на каскад, Дб. Тогда

 

Номинал разделительной емкости оконечного каскада:

Номинал разделительной емкости предоконечного каскада:

Номинал разделительной емкости промежуточного каскада:

Номинал разделительной емкости входного каскада:

1.7 Расчет коэффициента усилителя

На общий коэффициент усиления влияют предоконечный оконечний и входной каскады:

,

Переведем его в децибелы:

Заключение.

В результате выполненной курсовой работы получена схема электрическая принципиальная широкополосного усилителя мощности АМ, ЧМ сигналов. Найдена топология элементов и их номиналы

Основными требованиями, предъявляемыми к ШУМ, являются: обеспечение заданной мощности излучения в широкой полосе частот; малый уровень нелинейных искажений; высокий коэффициент полезного действия; стабильность характеристик в диапазоне температур.

В соответствии с указанными требованиями был разработан ШУМ на транзисторах КТ934В и КТ934Б, в котором использована схема выходного каскада со сложением напряжений [6], применена активная коллекторная термостабилизация, и четырехполюсные межкаскадные корректирующие цепи [4].

Технические характеристики ШУМ: полоса рабочих частот (10-250) МГц; номинальный уровень выходной мощности 10 Вт; коэффициент усиления 15 дБ; сопротивление генератора и нагрузки 50 Ом; напряжение питания 18 В.

Устройство, рассматриваемое в данной работе, может широко применяться на практике в различных системах поиска нелинейноатей.

Список использованных источников

1Титов А.А. Григорьев Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных каскадов на полевых транзисторах. – Томск, 2000. - 27 с.

2Титов А.А. Расчет диссипативной межкаскадной корректирующей цепи широкополосного усилителя мощности. //Радиотехника. 1989. № 2.

3Мамонкин И.Г.  Усилительные устройства:  Учебное пособие для вузов. – М.: Связь,  1977.

4 Титов А.А. Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных каскадов на биполярных транзисторах – http://referat.ru/download/ref-2764.zip

5 Титов А.А., Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Обихвостов В.Д. Широкополосный усилитель мощности для работы на несогласованную нагрузку. /Приборы и техника эксперимента. 1996. № 2.

6 Бабак Л.И. Анализ широкополосного усилителя по схеме со сложением напряжений. - Сб. статей. Наносекундные и субнаносекундные усилители. /Под ред. И.А. Суслова. - Томск: Изд-во Том. ун-та. 1976.

7 Зайцев А.А.,Миркин А.И., Мокряков В.В. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большей мощности: Cправочник-3-е изд. –М.: КубК-а, 

1995.-640с.: ил.

8 Болтовский Ю.Г. Расчёт цепей термостабилизации электрического режима транзисторов, методические указания. Томск: Изд-во Том. ун-та. 1976

9 Зайцев А.А.,Миркин А.И., Мокряков В.В. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Cправочник-3-е изд. –М.: КубК-а, 

1995.-360с.: ил.

10 Цыкин Г.С. Усилительные устройства.-М.: Связь, 1971.-367с.

11 Горбань Б.Г. Широкополосные усилители на транзисторах. – М.: Энергия, 1975.-248с.

12 Проектирование радиопередающих устройств./ Под ред. О.В. Алексеева. – М.: Радио и связь, 1987.- 392с.

13 Титов А.А., Бабан Л.И., Черкашин М.В. Расчет межкаскадной согласующей цепи транзисторного полосового усилителя мощности // Электронная техника СЕР, СВЧ – техника. – 2000. – вып. 1(475).