Измерительно-контрольное устройство для тестера параметров радиоэлементов

Особое внимание должно быть уделено конструированию ИГ для СВЧ РЭ.

В данном дипломном проекте именно этим вопросам уделено особое внимание. Результат конструирования ИГ для измерения СВЧ транзисторов приведён в п.5.

4  Расчётная часть

4.1  Расчёт согласующе-трансформирующих цепей

Существует много факторов, которые ограничивают точность измерения параметров мощных СВЧ транзисторов. К этим факторам в первую очередь нужно отнести малые значения (до единиц Ом и меньше) импедансов со стороны базы и коллектора, а также существенные частотные зависимости этих импедансов.

Измерения производятся в стандартном пятидесятиомном тракте. При этом КСВ приближается к единице, а точность существенно уменьшается. Точность измерения можно увеличить с помощью применения согласующе-трансформирующих цепей (СТЦ).

СТЦ на входе и выходе по существу являются трансформирующими сопротивления полосовыми фильтрами (ПФ); они должны обеспечивать заданную степень согласования существенно различающихся полных сопротивлений в определённой полосе частот справа и слева от несущей частоты. За пределами полосы пропускания степень рассогласования может быть значительной. Следует выделить три приёма проектирования таких ПФ.

Первый основан на теории трансформирующих ПФ типа фильтра нижних частот Чебышева, рисунок 4.1. При большой разнице R₀ и R₅ рассогласование на нулевой частоте очень велико, и цепь на рисунке  4.1 является трансформирующим ПФ.

R₀                          L^'₂=g₂                       L^'₄=g₄

g₀=1

U_Г                                                                                                                g₅

R₅

C^'₁=g₁                        C^'₃=g₃                  

Рисунок  4.1- Схема трансформирующего фильтра нижних частот

Второй приём основан  на переходе от фильтров низкой частоты (НЧ) к полосовым фильтрам.

Простейший третий приём основан на использовании отрезков четвертьволновых линий или их эквивалентов, выполненных на сосредоточенных элементах.

Расчёт параметров СТЦ производится по формулам

,                                                     (4.1)

,                                                     (4.2)

,                                                      (4.3)

,                                                  (4.4)

,                                             (4.5)

,                                               (4.6)

,                                              (4.7)

,                                             (4.8)

где  R₀, R₅ – согласуемые сопротивления, Ом;

g₁, g₂, g₃, g₄ – нормированные значения параметров элементов;

w_В – верхняя частота полосы, Гц;

w_Н – нижняя частота полосы, Гц;

w_СР – средняя частота полосы, Гц.

Исходные данные для расчёта базовой СТЦ:

−  R₀= 50 Oм, R₅= 5 Ом, w_СР= 860 МГц;

−  Dw/w₀=0,2, g₁= 1.62, g₂=0.585 (взяты из /10, таблица 4.1./).

   Ом

  пФ

пФ

 нГн

 нГн

Исходные данные для расчёта коллекторной  СТЦ:

−  R₀= 50 Oм, R₅= 10 Ом, w_СР= 860 МГц;

−  Dw/w₀=0,2, g₁= 1.27, g₂=0.704 (взяты из /10, таблица 4.1./).

  Ом

  пФ

пФ

 нГн

 нГн

Результаты расчёта параметров базовой и коллекторной СТЦ по формулам  (4.1)-(4.8) сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1.- Результаты расчёта параметров СТЦ

4.2  Расчет радиатора транзистора

Исходными данными для расчёта радиатора транзистора являются:

−  Ф – рассеиваемая мощность, Вт;

−  А_И – площадь контакта транзистора с радиатором, м²;

−  R_ВН – внутреннее тепловое сопротивление транзистора, К/Вт;

−  R_К – тепловое сопротивление контакта, К/Вт;

−  (t_р)_доп – допустимая температура коллекторного перехода, ⁰С;

−  t_С – температура окружающей среды, ⁰С;

−  условие теплообмена (свободная или вынужденная конвекция и т.д.).

Расчёт радиатора транзистора проводится по следующей методике /11/. Сначала определяется температура t_И в месте крепления транзистора

,                             (4.9)

где     t_Р – допустимая температура коллекторного перехода транзистора, ⁰С;

t_с – температура окружающего воздуха, ⁰С;

Ф – мощность, рассеиваемая транзистором, Вт;

R_ВН – внутреннее тепловое сопротивление транзистора, К/Вт;

R_К – тепловое сопротивление контакта, К/Вт.

Принимая в первом приближении b¹=1,2 находим

,                                          (4.10)

где     t_S – средняя температура основания радиатора, ⁰С;

b - безразмерный коэффициент.

Задавая примерную площадь радиатора, исходя из дополнительных соображений (например, допустимый объём в блоке) рассчитывают плотность теплового потока

,                                                (4.11)

где    Ф – мощность, рассеиваемая транзистором, Вт;

А – площадь основания радиатора, м².

По графику приведённому в /11, рисунок  Б12/ определяют возможный вид оребрения радиатора.

Находят коэффициент эффективной теплоотдачи, необходимый для обеспечения заданного теплового режима

,                                          (4.12)

где     Ф – мощность, рассеиваемая транзистором, Вт;

А – площадь основания радиатора, м²;

u_S= t_S - t_с – средний перегрев основания радиатора, ⁰К.

По графикам представленным в /11, рисунок  Б9/ выбирают наиболее близкий профиль радиатора.

Для расчёта радиатора транзистора КТ9142 исходные данные следующие:

−  Ф= 50  Вт;

−  А_И =2,497×10^-4 м²;

−  R_ВН = 0,9 К/Вт;

−  R_К = 1,3 К/Вт;

−  (t_р)_доп =200 ⁰С;

−  t_С =25⁰С;

−  условие теплообмена – свободная конвекция.

Тогда согласно приведённой методике

Примерная площадь основания радиатора  А=0,016875 м². Для этой площади рассчитываем плотность теплового потока по формуле