Расчет входной цепи широкополосного гвв
Расчет входной цепи УМ производится на основании рассчитанных параметров режима коллекторной цепи и следующих параметров транзистора: граничная частота коэффициента передачи тока fт, коэффициент передачи тока на низких частотах 0, емкость коллекторного перехода Ск, сопротивление базы rб, индуктивности выводов базы, эмиттера и коллектора Lб, Lэ и Lк, а также нижнюю fн и верхнюю fв рабочие частоты усилителя. Приводимая ниже методика расчета справедлива на частотах до (0,5...0,8) fт. На рис. 6.1 изображена обобщенная схема входной цепи УМ, параметры которой необходимо рассчитать.
1. Выходной сопротивление транзистора на частотах выше f = fт / 0 = 270/50 = 5,4 МГц.
Ri = 1 / тСк =
= 1/2π•270•106•400•10-12 = 1,47 Ом
2. Приведенное внутреннее сопротивление
R'i = Ri / 1 (1 - cos) = 2,95 Ом
3. Нагрузочный коэффициент
A = 1 / (1 + R'н/Ri’) = 1/(1 + 4,17/2,95) = 0,41
4. Резистивная и индуктивная составляющие входного сопротивления транзистора
r = rб + тLэA = 0 + 2π•270•106•1,6•10-9•0,41 = 1,51 Ом
L = Lб + Lэ + Lм = 1,9 + 1,6 + 20 = 23,5 нГн,
где Lм = (20...80) нГн - индуктивность монтажа входной цепи.
5. Добротность входной цепи транзистора на верхней рабочей частоте
Q = вL / r = 2π•27,5•106•23,5•10-9/1,51 = 2,69
Так как Q > 1, то необходимо включить добавочный резистор Rдоб = вL - r = 2π•27,5•106•23,5•10-9 – 1,51 = 2,46 Ом и в дальнейших расчетах принимать Lвх= L = 23,5 нГн; rвх = r + Rдоб = 4,06 Ом.
6. Среднее значение крутизны транзистора по переходу
Sп = Iэ0 / т , ≈ Iк0 / т = 5,5 / 0,026 = 211,54 А/В,
где т = 0,026 В - температурный потенциал при температуре 300 К.
7. Среднее значение диффузионной емкости открытого эмиттерного перехода
Cэ = Sп / т = 211,54•1012/2π•270•106 = 124694,95 пФ
8. Первая гармоника генератора тока в эквивалентной схеме транзистора
IГ1 = Iк1 / A = 8,65 / 0,41 = 21,1 А
9. Амплитуда напряжения на эмиттерном переходе
Uп = IГ1 / 1 Sп = 21,1 / 0,5•211,54 = 0,2 В
10. Эквивалентная емкость входной цепи транзистора с учетом коррекции
Cвх = 1 / вrвх = 1 /2π•27,5•106•4,06 = 1425,5 пФ
11. Емкость корректирующего конденсатора
Cкор = CэCвх / (Cэ - Cвх) = 124694,95•1425,5/(124694,95 - 1425,5) = 1442 пФ
12. Так как fн = 1,6 < fт/0 = 5,4, то необходимо включить корректирующий резистор.
Rкор = 0 / AωтСкор = 50 / 0,41•2π•270•106•1442•10-12 = 49,85 Ом.
13. Элементы цепи балластной нагрузки
Rбал = rвх / 1 (1 - cos) = 4,06 / 0,5 = 8,12 Ом;
Lбал = Rбал / в = 8,12•10-9 / 2π•27,5•106 = 74 нГн;
Cбал = 1 / в Rбал = 1 / 2π•27,5•106•8,12 = 712,7 пФ.
14. Входное сопротивление одного плеча двухтактного усилителя
Rвх = rвх / 1 (1 - cos) = 4,06 / 0,5 = 8,12 Ом.
15. Амплитуда напряжения на входе корректирующей цепи одного плеча усилителя
Uвх = UпCэ / Свх = 0,2•124694,95/1425,5 = 17,5 В
16. Входная мощность одного плеча усилителя
Р'вх = Uвх2 / 2Rвх = 17,52/2•8,12 = 18,85 Вт.
17. Коэффициент усиления каскада по мощности
Kp = P'1 / P'вх = 157/18/85 = 8,33.
Далее осуществляется перерасчет двухтактной схемы:
Р1 = 2Р'1 = 157•2 = 314 Вт;
Рвх = 2Р'вх = 2•18,85 = 37,7 Вт;
Rн = 2R'н = 2•4,17 = 8,34 Ом.