3.4.4 Выбор режимов по постоянному току и расчет у–параметров полевых транзисторов

Маломощные высокочастотные ПТ по сравнению с БТ работают при больших токах покоя и напряжениях , уменьшение І_ОС и u_СИ относительно указанных значений приводит к существенному ухудшению усилительных свойств ПТ из-за падения крутизны S.

Предварительный выбор режима ПТ по І_ОС и u_СИ нужно производить в указанных пределах, при этом должно выполняться условие

u_СИ < Е_С ,

где Е_С – напряжение питания стоковых цепей радиотракта или РП в целом.

Из справочника необходимо выбрать следующий минимальный перечень электрических параметров ПТ с указанием режима измерения:

• крутизна проходной характеристики S при t = +25⁰С;

• максимальная (предельная) частота f_max, в качестве f_max может быть использована частота, на которой нормируется коэффициент усиления по мощности К_р или коэффициент шума N;

• коэффициент шума N или другие шумовые параметры;

• входное сопротивление Rвх или активная составляющая входной проводимости на частоте измерения f_изм, иногда приводится в виде графика или ;

• выходное сопротивление R_вых или активная составляющая выходной проводимости ;

• входная емкость С_вх = С_3И = С₁₁;

• выходная емкость С_вых = С_СИ = С₂₂;

• проходная емкость С_пр = С_3С =С₁₂ .

Если в справочнике приводится несколько значений параметров, то нужно брать нормируемое значение (максимальное или минимальное), а не типовое, которое обычно отмечается звездочкой.

Для большей достоверности расчетов значения электрических параметров можно скорректировать, используя графики зависимости Iс, u_СИ от f, если они приводятся в справочнике.

Расчет у–параметров для схемы ОИ

1 Входная проводимость

,

где g_11и – активная составляющая входной проводимости, имеет сильную зависимость от частоты;

– реактивная составляющая входной проводимости;

– круговая рабочая частота;

– входная емкость.

Рассчитываем:

а) (31)

где – активная составляющая входной проводимости на частоте измерения f_ИЗМ из справочника;

f – максимальная рабочая частота в составе радиотракта.

Если данные по R_вх или g_вх в справочнике отсутствуют, то с достаточной для практики погрешностью можно принять объемное (распределенное) сопротивление истока

, (32)

где S = S_{ср. геом.} – см ниже п.3 расчета.

Тогда

;

б) . (33)

2 Выходная проводимость

,

где g_22И – активная составляющая выходной проводимости, слабо зависит от частоты;

– реактивная составляющая;

– выходная емкость.

Рассчитываем:

а) .

Если данные по R_вых или g_вых в справочнике отсутствуют, то с достаточной для практики погрешностью можно принять g_вых = (20 ÷ 100)·10^–6 См;

б) С_22И = С_вых = С_СИ.

Если данные по С_вых в справочнике отсутствуют, то можно принять С_СИ =С_ЗИ.

3 Проводимость прямой передачи (крутизна транзистора)

,

где Y_21И – модуль проводимости прямой передачи для f < 0,1f_max слабо зависит от f;

φ_21И – фаза проводимости прямой передачи для f < 0,1f_max можно считать φ_21И ≈ 0

Рассчитываем:

, (34)

где S_min , S_max – крайние значения S из справочника

4 Проводимость обратной передачи

,

где ,

- проходная емкость транзистора из справочника.

Примерное содержание п. 3.4 в ПЗ:

• перечислить основные критерии и обосновать выбор транзисторов с указанием места использования в радиотракте при выборе двух и более типов;

• выбрать режимы транзисторов по постоянному току;

• привести перечень электрических параметров транзисторов из справочника;

• произвести расчет у–параметров.

Пример 3. Рассчитать у–параметры для схемы ОЭ транзистора КТ 3120А.

Исходные данные:

• максимальная рабочая частота в составе радиотракта f = 109 МГц;

• напряжение питания Е_к = 9В;

• режим по постоянному току: ток покоя І_OK = 1мА, напряжение u_кэ = 4В;

• электрические параметры транзистора КТ 3120 из справочника [33]:

• статический коэффициент передачи тока в схеме ОЭ ;

• граничная частота коэффициента передачи тока ;

• постоянная времени цепи обратной связи ;

• коэффициент шума ;

• емкость коллекторного перехода .

Расчет у–параметров для схемы ОЭ

1 Определяем среднее геометрическое значение h_21Э, используемое в дальнейших расчетах по формуле (20)

h_21Э = h_{21Э ср. геом.} = .

2 Определяем активное (дифференциальное) сопротивление эммиттерного перехода по формуле (21)

,

где – температурный потенциал при Т = 300К;

.

3 Определяем объемное сопротивление базы из формулы (19)

,

где – активная емкость коллекторного перехода по формуле (22).

Для эпитаксиально–планарных транзисторов , принимаем .

4 Входное сопротивление транзистора в схеме с ОБ по формуле (23)

.

5 Рассчитываем граничную частоту транзистора по крутизне по формуле (24)

.

Чтобы можно было не учитывать зависимость у–параметров, должно выполняться условие (17)

.

Условие выполняется, тогда основные составляющие у–параметров для схемы ОЭ определяем следующим образом.

6 Активная составляющая входной проводимости по формуле (25)

.

7 Входная емкость по формуле (26)

.

8 Активная составляющая выходной проводимости по формуле (27)

,

где h_22Б – активная выходная проводимость транзистора в схеме ОБ, параметр в справочнике отсутствует, поэтому для I_ОК = 1мА можно принять ориентировочное значение h_22Б = 110^–6 См.

9 Выходная емкость по формуле (28)

10 Рассчитываем модуль проводимости прямой передачи по формуле (29)

11 Проходная емкость

Пример 4. Рассчитать у–параметры для схемы ОИ транзистора КП 323А

Исходные данные:

– максимальная рабочая частота в составе радиотракта f = 27 МГц;

– напряжение питания Ес = 9В;

– режим по постоянному току: ток покоя I_ОС = 3мА, напряжение u_СИ = 5В;

– электрические параметры транзистора КП 323А из справочника [33];

– максимальная рабочая частота f_max = 400 МГц;

– электродвижущая сила шума ;

– крутизна проходной характеристики ;

– входная емкость ;

– проходная емкость .

Расчет у–параметров для схемы ОИ

1 Активная составляющая входной проводимости по формуле (33)

,

где r_И – неуправляемое сопротивление истока, рассчитываем по формуле (32)

;

.

2 Входная емкость

.

3 Активная составляющая выходной проводимости.

Так как данные по g_вых и R_вых в справочнике отсутствуют, то с достаточной для практики погрешностью принимаем ориентировочное значение

.

4 Выходная емкость

Так как данные по С_вых в справочнике отсутствуют, принимаем

.

5 Модуль проводимости прямой передачи

.

6 Проходная емкость

.