Расчет транзисторного усилителя мощности. Расчет маломощного умножителя частоты на маломощных биполярных транзисторах

1.  Расчет транзисторного усилителя мощности

Исходными данными для расчета являются выходная мощность Р1, рабочая частота f и температура среды.

1.1 Коэффициент использования транзистора по коллекторному напряжению в граничном режиме

где Р_Г – мощность, развиваемая эквивалентным генератором тока на выходе транзистора

В схемы с общим эмиттером за счет прямого прохождения части энергии со входа на выход 

Р_Г = Р₁ ×(0,75-0,9)

1.2. Амплитуда напряжения эквивалентного генератора (ЭГ)

U_Г = x × E_К

1.3. Амплитуда тока первой гармоники ЭГ

I_Г1 = 2 Р_Г / U_Г

1.4. Пиковое напряжение на коллекторе транзистора не должно превышать допустимое

U_{К ПИК}  = Е_К +U_Г < U_КЭ доп

1.5. Сопротивление нагрузки ЭГ

R_Н = U_Г / I_Г1

1.6. Крутизна по переходу

где t_р можно принять равной предельно допустимой, т.е. равной               (120-150)^оС для кремниевых транзисторов

1.7. Сопротивление рекомбинации неосновных носителей r_b и  крутизна статической характеристики S определяются как

r_b=H₂₁/S_{Р ,}

1.8. Напряжение смещение на базе транзистора примем равным нулю: Е_СМ=0. При этом угол отсечки q импульса тока  ЭГ близок к 90^О. Более точно угол отсечки q находится как корень уравнения F([С1] q)=0:

F(q)=E`c_Э2pf_Т10^-6(q-0,5sin2q)/pI_Г1-cosq-(1-c_Э2pf_Т10^-6/S)(sinq-q cosq)/p

где с_Э – емкость эмитерного перехода, пФ, f_Т – граничная частота, МГц, E` - напряжение отсечки тока транзистора (для кремниевых транзисторов равно 0,7 В); S  - крутизна транзистора, А/В

1.9. Коэффициенты разложения для нулевой и перовой гармонических составляющих g₀ и g₁:

g₀ = (sinq-qcosq)/p;      g₁ = (q-sinqcosq)/p

1.10. Пиковое обратное напряжение на эмиттерном переходе

Далее рассчитываем комплексные амплитуды токов и напряжений первых гармонических составляющих (комплексные амплитуды обозначены жирным шрифтом).

1.11. Управляющий ток

где t_Н – 0,4/(2pf_Т)  - время пролета неосновных носителей.

1.12. Ток эмиттера

1.13. Напряжение на сопротивление r_Э с учетом индуктивности L_Э

1.14. Первая гармоника напряжение на переходе 

1.15. Напряжение на C_КА  - активная емкость

1.16. Ток через емкость С_КА

1.17. Ток через сопротивление r_б

1.18. Напряжение на r_б  

1.19. Напряжение на C_KN – пассивной емкости коллекторного перехода

1.20. Ток через C_KN

1.21. Сопротивление потерь коллектора r_k, приведенное к параллельному эквиваленту относительно пассивной емкости коллекторного перехода:

r`_k = 1/ [(2pfC_k)²r_k]

1.22. Ток источника возбуждение  транзистора

1.23. Напряжение на индуктивности вывода базы

1.24.  Напряжение возбуждения транзистора

1.25. Первая гармоника тока  коллектора

1.26. Амплитуда напряжения для схемы с ОЭ

1.27. Входное сопротивление и входная проводимость  первой гармоники в схеме с ОЭ

1.28. Мощность возбуждения для схемы с ОЭ

1.29. Мощность в нагрузке в схеме с ОЭ

1.30. Постоянная составляющая тока коллектора I_k0=I_Г1g₀/g₀

1.31. Потребляемая мощность P₀=I_k0E_k

1.32. Коэффициент полезного действия h=P_Н/P₀

1.33. Коэффициент усиления по мощности k_Р=P_Н/P₁

1.34. Допустимая мощность рассеивания транзистора

P_{РАС.ДОП}=(t_Н.ДОП-t_К)/R_ПК

где t_Н.ДОП, t_К – допустимая температура перехода и температура корпуса транзистора соответственно; R_ПК – тепловое сопротивление переход-корпус транзистора (^ОС/Вт).

1.35. Мощность, рассеиваемая на транзисторе, не должна превышать допустимую

P_РАС=Р₀-Р_ВЫХ+Р_ВХ<Р_{РАС.ДОП}

1.36. Сопротивление нагрузки на внешних выводах транзистора

2.  Расчет мощного умножителя частоты

Умножители частоты на мощных СВЧ биполярных транзисторах, эффект умножения в которых  основан на нелинейной характеристики транзистора (за счет отсечки тока), работает в диапазоне частот от 100 МГц до 1Ггц. На жтих частотах необходимо учитывать емкость выводов закрытого