Электрический расчет каскадов усилителя сигнала гетеродина

 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАСКАДОВ ПРОЕКТИРУЕМОГО УСТРОЙСТВА

4.1 Расчёт усилителя сигнала гетеродина

Рисунок 4.1 Схема электрическая принципиальная усилителя сигнала гетеродина

Выбираем принципиальную схему, представленную на рисунке 4.1.

Исходные данные к расчёту:

G_p=20 dB  - коэффициент усиления;

F_minf_max=46,675 МГц  - диапазон частот;

Z_вых=50 Ом  - выходное сопротивление;

I_k=50 мА   - ток коллектора.

Порядок расчёта.

Для заданного коэффициента усиления по номограммам, приведённым на рис. 4.2, определяем значения R_э1: R_э1=5 Ом

Рис. 4.2. Семейство характеристик усилителя данного типа

Исходя из ряда сопротивлений выбираем R_э1=5,1 Ом типа МЛТ-0,125.

По номограмме на рисунке 4.2 определяем характеристики каскада:

F=5,8 dB   - коэффициент шума каскада;

IP₃=8 dB   - интермодуляционная составляющая третьего порядка;

KP_i=0 dBм   - уровень входной точки компрессии, то есть точки на амплитудной характеристике, где отклонение от линейного закона составляет 1dB.

Определяем сопротивление R_ф исходя из формулы:

R_фR_э1=2500;

R_ф=2500/R_э1;

R_ф=2500/5,1=490,2 Ом.

Исходя из ряда сопротивлений принимаем R_ф=470 Ом типа МЛТ-0,125

Определяем коэффициента усиления каскада по напряжению с учётом ОС по формуле:

G_u= (R_ф/R_э1)0,5,                                              (4.1)

G_u=(470/5,1)0,5=9,6.

Исходя из требуемого коэффициента усиления и тока коллектора выбираем транзистор КТ368 со следующими параметрами[8]:

h_21э=70   - статический коэффициент усиления тока;

f_т=4 ГГц   - граничная частота коэффициента усиления;

F=1,7 db   - коэффициент шума транзистора.

Произведём расчёт элементов питания транзистора по постоянному току. Задаёмся напряжением эмиттера по формуле:

U_0э=(0,15...0,25)U_пит                                         (4.2)

U_0э=0,16*13,6=2,2 В

Принимая ток эмиттера I_0э примерно равным току коллектора I_к находим сопротивление в цепи эмиттера по формуле:

R_Е=U_0э/I_к ,                                                 (4.3)

R_Е=2,2/(50 * 10^-3)=44 Ом.

Так как общее сопротивление R_Е состоит из двух последовательно выполненных резисторов, определяем величину R_э2 по формуле:

R_э2= R_Е - R_э1,                                               (4.4)

R_э2=44 - 5,1=38,9 Ом.

Исходя из ряда сопротивлений принимаем R_э2=39 Ом типа МЛТ-0,125.

Определяем падение напряжения на сопротивлении R2 по формуле:

U_R2 = (0,1 - 0,2) U_пит ,                                        (4.5)

U_R2 = 0,15 * 13,6 = 2,04 В.

Определяем сопротивление R2 по формуле:

R2 = U_R2/Т,                                                 (4.6)

R2 = 2,04/(50 * 10^-3) = 40,8 Ом.

Выбираем ближайшее значение  из ряда сопротивлений R2=39 Ом типа МЛТ-0,125.

Определяем ток базы в рабочей точке, соответствующий току коллектора I_к по формуле:

I_бо = I_к/f_min ,                                               (4.7)

I_бо = 50/70 = 0,71 мА.

Для стабилизации рабочей точки транзистора принимаем ток базового делителя по формуле:

I_д = 10*I_бо ,                                                (4.8)

I_д  = 10 * 0,71 = 7,1 мА.

Принимаем I_д = 10 мА.

Определяем напряжение базы транзистора в рабочей точке по формуле:

U_б0 = U_э + U_бэ0 ,                                           (4.9)

U_б0 = 2,2 + 0,7 = 2,9 В.

Определяем сопротивление R1 нижнего плеча базового делителя по формуле:

R1 = U_бо/I_д ,                                           (4.10)

R1 = 2,9/(10*10^-3)= 290 Ом.

Выбираем ближайшее из ряда сопротивлений R1 = 270 Ом  типа      МЛТ-0,125.

Для выбранного R1 уточняем ток базового делителя по формуле:

I_д = U_бо/R1 ,                                            (4.11)

I_д = 2,9/270 = 10,7 мА.

Определяем сопротивление R_ф верхнего плеча базового делителя по формуле:

R_ф =[U_пит - U_бо - (I_g+I_с) R2]/I_д,                              (4.12)

R_ф=[13,6-2,9-(50*10^-3 +10,7*10^-3)*39]/(10,7*10^-3)=778,7 Ом.

Принимаем R_f ближайшим из ряда сопротивлений R_ф=750 Ом типа    МЛТ-0,125.

Индуктивность L_ф определяем из условия Х_Lф < 500 Ом по низшей рабочей частоте:

2pf_нL_ф < 500

L_ф > 500/(2pf_н) ,                                        (4.13)

L_ф > 500/(2,0*3,14*46,6*10^-6) > 1,7*10^-6 Гн.

Примем L_ф = 2,2 мкГн.

Емкость С₁ определяем из условия Х_с1 10Ом на низшей рабочей частоте:

1/(2pf_нС₁) 10,

С₁ > 1/(10*2 f_нp),

С₁ > 1/(20 * p 46,6 * 10^-6) > 0,34 * 10^-9 Ф.

Принимаем С₁ =2,2 пФ типа К10-17Б.

Емкость С₂ определяем из условия Х_с2  1 Ом на низшей рабочей частоте:

1/(2pf_нС₂) < 1,

С₂ > 1/(2pf_н) ,                                          (4.14)

С₂ > 1/(2*3,14*46,6*10^-6)=3,14*10^-9   Ф.

Принимаем С₂=2,2нФ типа К10-17Б.

Определяем параметры трансформатора для согласования выходного сопротивления транзистора с сопротивлением z=50 Ом. Коэффициент трансформации такого трансформатора должен быть N = 1:1.

Волновое сопротивление линии должно быть:

Z_w=  R_выхZ ,                                            (4.15)

Z_w=  2 * 50 = 100 Ом.

Трансформатор выполняется медным эмалированным проводом на торроидальном сердечнике.

Обобщим полученные в результате расчета данные:

1) Сопротивление резистора R_е =5,1 Ом;

2) Сопротивление резистора R_ср = 470 Ом;

3) Транзистор VT   КТ368;