Паспортные данные микросхем цифровых синтезаторов частоты КФ1015ПЛ3А, КФ1015ПЛ3Б

Комплексные амплитуды токов и напряжений эквивалентной схемы транзистора

ω = 2π(f_min ∙ f_max)^1/2 ≈ 3,863∙10⁹ рад/с

ω_Г = 2πf_Г ≈ 4,084∙10⁹ рад/с а) -0,842 + j2,117 (А); б) I_Э = I + I_Г1 = 0,781 + j 2,117 (А);

в) U_Э = I_Э (r’_Э+jωL_Э) = -0,074 + j 0,214 (B);

г) U_П1 = -j(1-g₁)I/ωC_Э = 1,192 + j 0,474 (B);

д) Uс_КА=U_Г1 + U_П1 = 17,779 + j 0,474 (B);

e) Iс_КА = jωC_КА ∙Uс_КА = -0,015 + j 0,551 (A);

ж) I_r’б = I + Iс_КА = -0,857 + j 2,668 (A);

з) U_r’б = r’_б ∙I_r’б= -1,714 + j 5,336 (B);

u) Uс_КП = U_r’б  + Uс_КА = 16,065 + j 5,810 (B);

к) Iс_КП = jω∙C_КП∙Uс_КП = -0,360 + j 0,996 (A);

л) r_К = 1/r’_К(jωC_К)² = 116,340 (Ом); { r’_К = 1,0 Ом}

м) I_rк = Uс_КП/r_К = 0,138 + j 0,050(A);

н) I_Б1  = I_rк + I_r’б + Iс_КП = -0,479 + j 3,714 (A);

o) U_Lб = jω∙L_БI_Б1  = -24,390 - j 3,146 (B);

п) Uв = Uэ + U_Lб + U_r’б + U_П1 = -24,986 - j 2,878 (B);

p) I_К1 = I_Г1 - Iс_КА  - Iс_КП  - Ir_к = 1,860 - j 1,597 (A).

11. Напряжение на нагрузке

U_К = U_Г1- U_Э = 16,661 - j 0,214 (B).

12. Входное сопротивление транзистора

Z_{вх1 ОЭ} = Uв/I_Б1 =1,542 + j 6,274 (Ом).

13. Мощность первой гармоники, отдаваемая в нагрузку

Pвых = 0,5(ReU_К ∙ReI_К1 + ImU_К ∙ImI_К1) = 15,666 (Вт).

14. Требуемая мощность возбуждения

Pв = 0,5(ReUв ∙ReI_Б1 + ImUв ∙ImI_Б1) = 4,012 (Вт).

15. Постоянная составляющая коллекторного тока

I_К0 = I_Г1/g₁(q) = 1,127 (A); {где g₁(q) = 1,44 — коэфф-т формы для угла отсечки

θ ≈ 106^о }

16. Мощность потребляемая от источника питания

P₀ = I_К0 ∙Е_К0 = 27,050 (Вт).

17. Коэффициент полезного действия каскада

h = (P_ВЫХ/(P₀ + Pв)) ∙100 % = 57,915 %.

18. Коэффициент усиления по мощности

К_Р = P_ВЫХ/P_В = 3,905.

19. Мощность рассеиваемая на транзисторе

P_РАС = P₀ + P_В – P_ВЫХ = 15,396 (Вт).

20. P_РАС = 15,396 Вт < P_{мах.доп} = (t_П - t_К)/R_ПК = 25,0 (Вт);

21.Сопротивление нагрузки на внешних выводах транзистора

Z_Н = (U_К/I_К1) - jωL_К = 5,212 + j 4,352 (Oм).

Из п.20 видно, что для обеспечения нормального температурного режима усилительного элемента необходимо устройство охлаждения – радиатор. Для транзистора температурой среды является внутренняя температура корпуса передатчика, приблизительно равная температуре радиатора. Тогда температура радиатора не должна превышать:

t_раб.max = t_П.max – R_П-С∙P_расс = 120  – 3,8∙15,396 = 61,5 ^oC.

По графику рис.11.12 [?]находим, что  при такой t_раб.max = 61,5 ^oC площадь радиатора, необходимого для охлаждения транзистора, составляет S ≈ 250 см² .

5.Расчет цепей согласования

Межкаскадные цепи согласования (ЦС) обеспечивают трансформацию  входного сопротивления последующего каскада в оптимальное сопротивление нагрузки предыдущего каскада. На выходе оконечного каскада ЦС преобразуют сопротивление антенны в оптимальное сопротивление нагрузки транзистора.

Кроме того, ЦС должны обеспечивать заданные частотные характеристики усилителя. К цепям межкаскадной связи обычно не предъявляются особые требования по фильтрации. Если требования к допустимому уровню кратных гармоник на выходе невысоки (порядка 25…30 дБ), функции трансформации сопротивления антенны и подавления гармоник могут выполняться выходной ЦС. В противном случае используют дополнительные фильтры – фильтры гармоник.

5.1 Цепь согласования на входе транзисторного каскада.

Первая схема: R1 = 50 (Ом);

R1’ = R2’ = 8,781 (Ом).

1.  Q > = 2,167;  {Возьмем Q ≈ 2,2}

2.  X2 = R2’∙Q = 19,318;

L1 = X2/ω = 5,0 (нГн).

3.  X1 = -R1≈ -8,003;

C1 = -1/(X1∙ω) = 32,346 пФ {33 пФ}.

4.  X3 = -(R2’(1 + Q²))/(Q + X1/R1) = -25,138;

C2 = -1/(X3∙ω) = 10,298 пФ {12 пФ}.

Вторая схема: R2 = Re (Zвх) = 1,542 (Ом);

R1’ = R2’ = 8,781 (Ом).

1.  Q >2,167;  {Возьмем Q ≈ 2,2}

X2 = --9.649;

C3 = -1/(ω∙X2) = 26,828 пФ {27 пФ}.

2.  X3 = R1’/(Q - R2/X2) = 3,721;

L2 = X3/ω = 0,963 (нГн).

3.  X1 = -R1’/Q = -3,991;

C4 = -1/(ω∙X1) = 64,862 пФ {68 пФ}.

5.2 Цепь согласования на выходе транзисторного каскада

Первая схема: R1 = Re(Z_Н) = 5,212 Ом,

R2 = R_Н = 50 Ом

;

R1’ = 11,075 Ом;  R1’’ = 23,531 Ом.

1. X1 == 15,279; L1 = X1/ω = 2,860 (нГн);

2. X2 = --11,709; C1 = -1/(ωX2) = 36 пФ.

Вторая схема:

1.  X1 =15.790; L2 = X1/ω = 6,717 нГн;

2.  X2 = -R₂^’’ -27,499; C2 = 1/(ωX2) = 15 пФ.

Третья схема:

1.  X1 = X_L3 + X_C3 == 24,957.

2.  X2 = -R2-47,143; 

C4 = -1/ωX2 = 5,491 (пФ);  {5,6 пФ}.

3.  Возьмем C3 = 18 пФ

X_C3 = -1/ωC3 = -14,381;

X _L3 = X1 - X_C3= +39,338.

4.  L3 = X _L3/ω = 10,183 (нГн).

6.Расчет элементов цепей питания и смещения

Цепь питания

138,253 (нГн).

0,509 (пФ);  {0,51 пФ}

Цепь смещения.

40,903 (нГн).

7.Расчёт усилителя  ОЭ  малой мощности

В усилителях мощности транзисторы часто работают с нулевым смещением (U_В0 =0), что позволяет упростить схему и конструкцию.

В качестве активного элемента для маломощного каскада возьмем транзистор КТ316Б.

Условие учета индуктивностей выводов: если r’_б > ω_ГР∙L_Э , то индуктивности выводов не учитывается.

ω_ГР∙L_Э ≈ 37,699 (Ом).

= τ_K/С_КА ≈ 30 (Ом). { = τ_K/С_КА , τ_K ≈ 18 пс — пост. врем. цепи коллектора;

С_КА ≈ 0,6 пФ — емкость активной части коллекторного перехода; С_КП ≈ 1,4 пФ — емкость пассивной части коллекторного перехода}

 ≈ 0,3= 25 (Ом).

r’_б ≈ 30 Ом < 37,699 Ом. Следовательно при расчете будем учитывать L_ВЫВ.

Исходные данные для расчета маломощного каскада:

- напряжение питания усилительного каскада E_K0 = 6,5 В;

- мощность, необходимая на выходе каскада P_ВЫХ = 65 мВт;

- граничная частота транзистора f_ГР = 1ГГц;

- крутизна линии граничного режима S_ГР = 0,05 См; 

- температура p-n-перехода t_П = 150^оС.

1.Коэффициент использования коллекторного напряжения

0,856.

2.Амплитуда напряжения, амплитуда тока первой гармоники и сопротивление нагрузки в коллекторной цепи:

5,564 (В);

0,023 (А);

 241,913 (Ом).

3.Расчет параметров эквивалентной схемы.

0,631 (См);

= 63,391 (Ом);

= 0,4 (См);

= 0,615;

= 17,833;

4.Параметр Ф(θ_Н ; Ω_S), определяющий угол отсечки:

 = 0,731.

5.По рассчитанным значениям Ф(θ_Н ; Ω_S) и Ω_S с помощью графика рис.2.3 [4] находим коэффициент разложения импульса выходного тока:

γ₁ ≈ 0,50.

6.Зная γ₁ с помощью приложения 2 [3] находим коэффициент формы:

g₁(q) = 1,570, а затем постоянную составляющую коллекторного тока:

I_K = I_Г1/g₁(q) = 0,015.

7.Находим значение напряжения возбуждения U_В

= 2,279 (В).

8.Активная и реактивная составляющие входного сопротивления току I_Г1: 

(Ом);

 (Ом);

Z_вх1 = r_вх1 + jּx_вх1 = 40,307 + jּ54,887 (Ом).

9.Коэффициент усиления по току K_I и коэффициент передачи по мощности K_P:

≈ 0,592;

≈ 2,1.

10.Мощность возбуждения P_В:

P_В = P_ВЫХ /К_Р ≈ 31,0 (мВт).

11.Мощность, потребляемая от источника питания P₀ и мощность рассеяния P_РАС, КПД:

P₀ = I_K×E_K0 = 98 (мВт);

P_РАС = P₀ - P_ВЫХ + P_В = 64 (мВт);

h = P_ВЫХ / P₀ = 66,327 %

12.Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:

U_{ЭБ пик} = -U_В + U_В0 = -2,279 (В);

U_{ЭБ пик} = -2,279 В < U_{ЭБ max} = 4 В.

Список литературы.

1.  Радиопередающие  устройства. Учебник для ВУЗов, — под ред. В.В.Шахгильдяна; 3-е изд.; М.: «Радио и связь», 1996г.

2.  Проектирование радиопередающих  устройств. Учебник для ВУЗов, — под ред. В.В.Шахгильдяна; 3-е изд., М.: «Радио и связь», 1993г.

3.  Радиопередающие  устройства, — под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина; М.: «Радио и связь», 1982г.

4.  Проектирование радиопередающих устройств СВЧ, — под ред. Г.М.Уткина; М.: «Советское радио», 1979г.

5.  Судовые радиопередающие устройства, — под ред. Э.К.Петрайма; М.: «Транспорт», 1985г.

6.  Андреев Г.А., Самойлов А.Г., Самойлов С.А., Схемотехника устройств формирования сигналов, — Владимир: 2001г.

7.  Муравьев О.Л. Радиопередающие устройства связи и вещания, — М.: «Радио и связь», 1983г.

8.  Устройства сложения и распределения мощностей ВЧ-колебаний,— под. ред. З.И.Моденя; М.: «Советское радио»,1980г.

9.  Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих  устройств. Учеб. пос. для ВУЗов. М.А.Сиверс; М.: «Радио и связь»,1989г.

10. Алексеев О.В. Усилители мощности с распределенным усилением, — М.: «Энергия», 1983г.

11. Справочник: Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги, — 1 т. (каталог); М.: «Радисофт», 2000г.

12.  Справочник: Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги, — 3 т. (каталог); М.: «Радисофт», 2000г.

13. Справочник: Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности, — под ред. А.В.Голомедова; М.: «Радио и связь», 1989г.

14. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам, — 4-е изд., перераб. и доп. Под общей ред. Н.Н.Горюнова; М.: «Энергия», 1978г.

9.Приложения

Приложение 1

Паспортные данные микросхем цифровых синтезаторов частоты