4.5. Составление и расчет принципиальной электрической схемы

4.5.1. Расчет малошумящего усилителя

При построения МШУ необходимо обеспечить высокую устойчивость схемы при работе на СВЧ диапазонах поэтому в качестве активных элементов выбираем полевые транзисторы. Данные транзисторы включаются по схеме с общим истоком. С помощью последовательного соединения усилительных каскадов достигается необходимый коэффициент усиления. Рабочая точка транзисторов задается с помощью подачи напряжения смещения на затворы от источника , такой способ задания рабочей точки обеспечивает минимальный возможный коэффициент шума входной цепи транзистора.

_Полоса рабочих частот МШУ:

МГц, МГц,

_{Требуемый коэффициент усиления МШУ:}

,

_.

Для построения усилителя выбираем арсенидгаллиевый полевой СВЧ транзистор MGF4918E, выполненный на основе HEMT (high electron mobility transistor) технологии. Данный транзистор обладает малым значением коэффициента шума на частоте 12 ГГц (см. табл.4.5.1) и предназначен для применения в приёмной аппаратуре. Режим работы для транзистора первого каскада выбираем исходя из критерия минимума коэффициента шума (Uзи = -2 В, Uси = 2 В, Iс = 10 мА), для последующих каскадов используем режим, обеспечивающий максимум устойчивого усиления.

Таблица 4.5.1

F, ГГц	4	8	12	14	18
	0,29	0,43	0,6	0,68	0,8

_{Оптимальный коэффициент усиления по мощности:}

дБ,

_,

_{Коэффициент шума транзистора:}

Рассчитаем требуемое число каскадов:

, _.

Запишем S-параметры для транзистора MGF4918E на частоте F0.

Найдем вспомогательные параметры транзистора и проверим его на устойчивость:

_{, .}

_{, .}

_{, .}

_{, .}

_.

_{, .}

Рассчитаем инвариантный коэффициент устойчивости:

,

_.

Мы увидим, что усилитель безусловно устойчив при любых Г1 и Г2, если выполнятся следующее требование:

_,

_{, , ,}

_{, ,}

_{, .}

Все условия выполняются, значит усилитель устойчив. Так при двустороннем сопряженном согласовании транзистора максимальный коэффициент усиления, который можно получить будет равен:

, _.

Как видим, данный коэффициент усиления недостаточен, поэтому, нам необходимо несколько таких же каскадов МШУ. Чтобы добиться нужного усиления, каскады будем включать последовательно.

Рассчитываются коэффициенты отражения по входу и выходу:

, _.

, _.

Расчитаем необходимые сопротивления источника сигнала и нагрузки в плоскости транзистора:

, _.

, _.

Рассчитаем коэффициент шума МШУ:

,

Примем шумовую температуру усилителя соответствующую коэффициенту шума: :

, где К.

Из всего вышесказанного следует, что применение выбранной элементной базы позволит обеспечить соответствие параметров проектируемого МШУ требованиям технического задания.

23