Проектирование радиопередающих устройств с угловой модуляцией, страница 12

Рис. 3.3. Схема ВУМ с параллельным соединением АЭ

 Рис. 3.4. Схема ВУМ на основе двух однотактных модулей

Таким образом, любая из приведенных схем обладает своими достоинствами и недостатками, и задача разработчика состоит в правильном выборе одной из них.

3.1. Расчет параметров транзисторов

Параметры транзисторов, необходимые для выполнения  последующих расчетов, берутся из справочной литературы. В учебных пособиях по проектированию  генераторных устройств [2, 5, 8 и др.] можно найти  подробные сведения по некоторым часто применяемым транзисторам.

Вместе с тем в справочниках часто указаны не параметры физической схемы замещения транзисторов, а  параметры, которые легко измерить и использовать при отбраковке и сортировке транзисторов по группам. К таким параметрам  относятся следующие:

()  - статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ;

- постоянная времени цепи обратной связи;

- полная емкость коллекторного перехода при некотором напряжении между коллектором и базой транзистора;

      - предельная частота транзистора;

    - номинальное напряжение источника коллекторного питания;

 - сопротивление насыщения; 

 - индуктивности вводов транзистора.

На рис. 3.5 приведена физическая схема замещения биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ. Схемы замещения полевых транзисторов приведены и описаны в [1,2,5 ] и др.

1

Рис. 3.5. Физическая схема замещения транзистора с ОЭ

Опираясь на приведенные в справочниках сведения, можно рассчитать параметры элементов физической схемы замещения и предельные частоты транзистора .

Воспользуемся методикой, предложенной в [8].

1. Рассчитывается  крутизна проходной характеристики транзистора по переходу Б-Э:

,

,

где  - амплитуда первой гармоники тока коллектора в амперах, - температура перехода в ⁰С. Температуру перехода принимают равной  (120…150) ⁰С  для кремниевых транзисторов и  (70…80) ⁰С – для германиевых транзисторов, но меньше предельно допустимой температуры, указанной в справочнике.

Значение при известной колебательной мощности можно оценить по формуле

.

2. Рассчитывается сопротивление рекомбинации: 

           .

3. Рассчитывается емкость открытого эмиттерного перехода, образованная барьерной  и диффузионной   емкостями:

;  .

Если предельная частота   в справочнике не приводится, но известно значение  на частоте , то значение  рассчитывается по формуле

.

4. Рассчитываются емкости ,  и распределенное сопротивление базы :

.

Коэффициент  для многоэмиттерных транзисторов принимают равным 2…3, для других типов транзисторов – единице.

5. Рассчитывается коэффициент передачи от внешних зажимов Б-Э к эмиттерному переходу на низкой частоте:

.

В этой формуле  - сопротивление стабилизации, которое применяют в многоэмиттерных структурах. Если оно не приведено в справочнике, то его можно оценить по формуле

.

6. Рассчитывается крутизна проходной характеристики:

.

7. Рассчитывается крутизна входной характеристики:

.

8. Рассчитывается величина сопротивления:

,

где  - сопротивление тела коллектора. Величина .

9. Рассчитывается проницаемость поля  коллектора:

.

10. Рассчитываются предельные частоты транзистора:

.

11. Рассчитывается величина сопротивления насыщения. В справочнике она задается в виде напряжения насыщения при определенном токе коллектора:

.

Если в справочной литературе эти сведения отсутствуют, то величину этого сопротивления можно приблизительно оценить по формуле

.

Кроме того, из справочников выписываются предельно допустимые значения токов, напряжений  транзистора,  максимальная мощность рассеяния, температуры переходов, тепловые сопротивления и некоторые другие сведения.

3.2. Энергетический расчет ВУМ

Энергетический расчет генераторов проводится на мощность, которую должен отдавать в коллекторную нагрузку один АЭ ВУМ,

с последующим пересчетом основных энергетических показателей на всю схему. За рабочую частоту целесообразно принять среднюю частоту рабочего диапазона.

В литературе можно найти методики энергетического расчета, предложенные разными авторами [2, 5, 9, 10]. Каждая из этих методик имеет свои достоинства и недостатки. В настоящем учебном пособии используется методика, которая базируется на методике, изложенной в [2]. Она справедлива для рабочих частот до (0,5…0,8) f_т. Для более высоких  частот рекомендуется использовать методики, изложенные в [8, 10].

Расчет коллекторной цепи транзисторного усилителя мощности

1. Для выбранного класса работы АЭ определяются значения коэффициентов Берга  и коэффициент .

2. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе в критическом режиме

.

3. Максимальное напряжение на коллекторе

.

Коэффициент (1,2…1,3) учитывает присутствие на коллекторе напряжения, развиваемого высшими гармониками.

4. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

.

5. Постоянная составляющая коллекторного тока

.

6. Высота импульса коллекторного тока

.

7. Мощность, потребляемая от источника питания,

.

8. КПД по коллекторной цепи (электронный КПД)

.

9. Мощность рассеяния на коллекторе транзистора

,

где  - модуль отражения, который имеет место при КСВ в фидере, равном двум.

10. Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки, при котором обеспечивается критический режим работы усилителя,

.

Расчет базовой  цепи  транзисторного усилителя мощности

При расчете базовой цепи предполагается, что между базой и эмиттером транзистора по ВЧ включен резистор . Согласно [5], резистор  выравнивает постоянные времени базовой цепи при переходе транзистора из закрытого состояния в открытое и обратно. Это обеспечивает сохранность косинусоидальной формы импульса коллекторного тока и его угла отсечки , а также ограничивает пиковое значение напряжения на эмиттерном переходе. Особенно эффективно влияние  в области низких и средних рабочих частот, т.е. . В области высоких частот влияние резистора  незначительно и его можно не ставить. Однако в расчетных формулах параметр  следует оставлять.