Блок усиления мощности нелинейного локатора

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. 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. 3.3 Расчёт выходного каскада 3.3.1 Выбор рабочей точки Координаты рабочей точки можно приближённо рассчитать по следующим формулам [1]: (3.3.1) где (3.3.2) (3.3.3) где – начальное напряжение нелинейного участка выходных

Электрические параметры: 1. 2. 3. 4. В 5. 6. Предельные эксплуатационные данные: 1. 2. 3. Нагрузочные прямые по переменному и постоянному току для выходного каскада представлены на рисунке 3.2. Напряжение питания выбрано равным 24,36 В. 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. Рисунок 3.3 Элементы схемы можно рассчитать, зная паспортные данные транзистора, по формулам [2] : Проводимость базового вывода : , (3.3.6)

Пересчёт производится по формуле: , (3.3.7) Ёмкость коллекторного вывода: Ёмкость эмитерного вывода:

Проведя расчёт по формулам 3.3.6 3.3.9, получаем значения элементов схемы:

Входная индуктивность: , (3.3.10) где Входное сопротивление: (3.3.11) Крутизна транзистора: , (3.3.12) Выходное сопротивление: . (3.3.13) Выходная ёмкость: (3.3.14) В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы: 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. Рисунок 3.5 Расчёт, подробно описанный в [3], заключается в следующем: выбираем напряжение (в данном случае – ток базы), затем находим элементы схемы по формулам: (3.3.15) , (3.3.16) где (3.3. 17 ) Получим следующие значения: 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]. Рисунок 3.6 В качестве VT 2 возьмём КТ 916 А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия ; (3.3.18) ; (3.3.19) ; (3.3.20) ; (3.3.21) , (3.3.22) где – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ транзистора КТ3 61 А ; (3.3.23) ; (3.3.24) . (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 VT 1 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]. Рисунок 3. 7 Расчёт производится по следующей схеме: 1.Выбираются напряжение эмиттера и ток делителя (см. рис. 3.7), а также напряжение питания 2. Затем рассчитываются 3. Производится поверка – будет ли схема термостабильна при выбранных значениях и и мА. Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле (3.3. 25 ) (3.3.2 6 ) . (3.3.2 7 ) Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной производится расчёт приведённых ниже величин.

Тепловое сопротивление переход – окружающая среда: (3.3.2 8 ) где – справочные данные; Температура перехода: (3.3.2 9 ) где – мощность, рассеиваемая на коллекторе.

Неуправляемый ток коллекторного перехода: (3.3.30) где – отклонение температуры транзистора от нормальной; лежит в пределах – коэффициент, равный 0.063–0.091 для германия и 0.083–0.120 для кремния.

Параметры транзистора с учётом изменения температуры: (3.3. 31 ) где равно 2.2(мВ/градус Цельсия) для германия и 3(мВ/градус Цельсия) для кремния. (3.3. 32 ) где Определим полный постоянный ток коллектора при изменении температуры: (3.3. 33 ) где (3.3. 34 ) Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия: где (3.3. 35 ) Рассчитывая по приведённым выше формулам, получим следующие значения: Ом; 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 КТ361 A . 3.3.4.4 Выбор источника питания 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. Рисунок 3.8 Расчёт каскада полностью описан в [2] . При условии: (3.3.3 6 ) . При выполнении условия (3.3.36) коэффициент усиления каскада в области ВЧ описывается выражением:

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: Электрические параметры: 7. 8. 9. 10. 11. 12. Предельные эксплуатационные данные: 4. 5. 6. По формулам 3.3.6 3.3.9 получаем значения элементов модели Джиаколетто:

Электрические параметры: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Предельные эксплуатационные данные: 1. 2. 3. 3.4.3 Расчёт эквивалентных схем транзистора Используя формулы 3.3.6 3.3.9, получаем значения элементов модели Джиаколетто:

Электрические параметры: 7. 8. 9. 10. 11. 12. Предельные эксплуатационные данные: 4. 5. 6. 3.5.3 Расчёт эквивалентных схем транзистора Расчёт ведётся по формулам, описанным в пункте 3.3.3. Для схемы Джиаколетто получаем такие значения элементов: