курсач / 00_Курсовая_Работа_БРВ2201_Бригада6_ОПРПУдТВ
.pdf
Входная мощность, |
требуемая |
для |
оконечного каскада |
равна |
Pвх=1.449 W, а выходная |
мощность |
ГУН |
равна PГУН 0.01 W. |
Так как |
Pвх>PГУН, то необходимо поставить еще один усилительный каскад.
3.5 Расчет предоконечного каскада
Рассчитаем пиковую мощность и мощность с запасом для предоконечного каскада по формулам 3.1.4-3.1.5.
Вычисление пиковой мощности для перерасчета:
Pвх.п Pвх PikFactor=1.449 W
Расчет запаса по мощности для выбора транзистора для предоконечного каскада:
Pвх.ЗАП Pвх.п+Pвх.п 0.2=1.739 W
Вкачестве транзистора для предоконечного каскада был выбран BLF202
[10]от фирмы NXP Semiconductor.
Рисунок 3.5.1 – Транзистор BLF202
Таблица 3.5.1 – Основные технические параметры транзистора BLF202
Параметр |
Значение |
|
Мощность |
2 W |
|
Рабочие частоты |
1-175 MHz |
|
Входная емкость (Cвх, Ciss) |
5.3 |
pF |
Выходная емкость (Cвых, Coss) |
7.8 |
pF |
Емкость обратной связи (Cпрох, Crs) |
1.8 |
pF |
Сопротивление в отрытом |
3.5 Ω |
|
состоянии сток-исток (Rнас,Rds(on)) |
|
|
Крутизна (S) |
0.135 S |
|
Напряжение питания (EC, Eпит) |
12.5 V |
|
Напряжение отсечки (Eотс, Vgsth) |
2 V |
|
В рамках расчета, угол отсечки равен θ=90 deg (определен в пункте 3.2). В рамках расчета для предоконечного каскада PОК Pвх=1.449 W.
Для расчета будут использоваться формулы с 3.4.1 по 3.4.37.
Расчет выходной стоковой цепи.
Расчет граничного коэффициента использования выходного напряжения:
ξгр 0.5+0.5 1- 8 PОК Rнас =0.847
α1(θ) EC2
Так как была принята работа в перенапряженном режиме, то коэффициент κ, требуемый для расчета коэффициента использования, будет равен κ 1.01.
Расчет значения коэффициента использования:
ξ κ ξгр=0.855
Расчет амплитуды переменного напряжения на стоке:
UC ξ EC=10.689 V
Расчет первой гармоники стокового тока:
IC1 2UPОК =0.271 A
C
Расчет максимального значения высоты импульса стокового тока:
iC_max αIC1(θ) =0.542 A
1
Вычисление тока, потребляемого от источника питания:
IC0 α0(θ) iC_max=0.173 A
Расчет амплитуды второй гармоники тока стока:
IC2 αn(2,θ) iC_max=0.115 A
Расчет номинального сопротивления стоковой нагрузки
RЭКВ IUC =39.419 Ω
C1
Мощность, потребляемая от источника питания:
P0 EC IC0=2.158 W
Потери в стоковой цепи:
Pпот P0-PОК=0.709 W
Тогда КПД стоковой цепи будет равен:
η PОК 100%=67.159%
P0
Расчет входной цепи.
Расчет напряжения возбуждения, необходимого для создания тока стока в IC1=0.271 A
UЗИ |
|
IC1 |
+D UC=4.124 V ; |
|
α1 |
(θ) S (1-cos(θ)) |
|||
|
|
Расчет напряжения смещения на затворе. Поскольку каскад должен работать в классе B с углом отсечки θ=90 deg, то напряжение смещения будет равно напряжению отсечки транзистора (т.к. ).
EЗ Eотс- UЗИ-D UC cos(θ)=2 V
Коэффициент X, учитывающий дополнительные потери в паразитных емкостях транзистора, можно вычислить по формуле:
|
Ri RЭКВ |
Cпрох |
; |
X 1+ 1+γ1(θ) S |
|
Сси |
|
|
Ri+RЭКВ |
|
, где Ri – внутреннее сопротивление транзистора, можно вывести из формулы: S Ri D 1, следовательно, Ri S1D =740.741 Ω.
Вычисление значения коэффициента X:
|
Ri RЭКВ |
Cпрох |
=1.814 |
X 1+ 1+γ1(θ) S |
|
Cвых |
|
|
Ri+RЭКВ |
|
Первая гармоника тока затвора:
|
|
|
|
RЭКВ |
|
|
|
|
X 2 π Fmax Cвых 1+ |
Ri |
IC1 |
|
|
IЗ1 |
|
|
|
|
=0.041 A |
|
S γ1 |
(θ) |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
Входной ток определяется по формуле:
Iвозб IЗ1+ |
UЗИ |
; |
|
Rдоп |
|||
|
|
, где Rдоп – сопротивление обеспечивающее предыдущему каскаду нагрузку. Его можно найти из соотношения: Rдоп |XCвх|.
Тогда его значение можно найти как модуль реактивного сопротивления входной емкости:
1
Rдоп 2 π Fmax Cвх =278.048 Ω
Тогда значение входного тока:
Iвозб IЗ1+ UЗИ =0.055 A
Rдоп
Расчет входного сопротивления модуля:
rвх IUЗИ =74.374 Ω
возб
Требуемая мощность на входе будет равна:
Pвх UЗИ Iвозб =114.339 mW 2
Расчет коэффициента усиления по мощности:
KP |
PОК |
=12.674 |
раз |
|
Pвх |
||||
|
|
|
KP_dB 10 log KP,10 =11.029 dB
Ниже на рисунке 3.5.3 представлена схема предоконечного каскада.
Рисунок 3.5.3 – Принципиальная схема предоконечного каскада
Емкость разделительного конденсатора в цепи затвора C2 определяется из соотношения:
|XC2| |
1 |
≤ |
rвх |
|
2 π f C |
50 |
|||
|
|
, где |XC2| – модуль реактивного сопротивления конденсатора C2. Тогда, емкость разделительного конденсатора C2 будет равна:
50
C2 2 π Fmin rвх =1.223 nF
Емкость разделительного конденсатора в цепи стока C1 определяется из соотношения:
|XC1| |
1 |
≤ |
RЭКВ |
|
2 π f C |
50 |
|||
|
|
, где |XC1| – модуль реактивного сопротивления конденсатора C1. Тогда, емкость разделительного конденсатора C1 будет равна:
50
C1 2 π Fmin RЭКВ =2.307 nF
Ток через делитель R1-R2 можно определить по следующей формуле:
Iдел REЗ = 7.193 10-3 A
доп
Расчет сопротивления делителя R1:
R1 ECI-EЗ = 1.46 103 Ω
дел
Тогда мощность, рассеиваемая на резисторе R1:
PR1 Iдел2 R1=0.076 W
Получившаяся мощность больше 1 W, что может привести к перегреву, поэтому целесообразно будет применить конвертор понижающий напряжение до EП 5 V. Пересчитаем сопротивление R1 и рассеиваемую на
нем мощность по формулам 3.4.31 и 3.4.32:
R1 EПI-EЗ =417.073 Ω
дел
PR1 Iдел2 R1=0.022 W
Сопротивление резистора R2 Rдоп=278.048 Ω (формула 3.4.22). Тогда мощность, рассеиваемая на резисторе R2 будет равна:
PR2 Iдел2 R2=0.014 W
Блокировочная катушка индуктивности в цепи затвора определяется из соотношения:
|XL2| 2 π f L≥50 rвх
, где |XL2| – модуль реактивного сопротивления катушки L2. Тогда, индуктивность блокировочной катушки L2 будет равна:
L2 |
50 rвх |
=6.764 μH |
|
2 π Fmin |
|||
|
|
Блокировочная катушка индуктивности в цепи стока определяется из соотношения:
|XL1| 2 π f L≥50 RЭКВ
, где |XL1| – модуль реактивного сопротивления катушки L1.
Тогда, индуктивность блокировочной катушки L1 будет равна:
L1 50 RЭКВ =3.585 μH
2 π Fmin
Входная мощность, требуемая для предоконечного каскада равна Pвх=0.114 W, а выходная мощность ГУН равна PГУН 0.01 W. Так как Pвх>PГУН, то необходимо поставить еще один усилительный каскад.
3.6 Расчет каскада предварительного усиления
Рассчитаем пиковую мощность и мощность с запасом для каскада предварительного усиления (КПУ) по формулам 3.1.1-3.1.4.
Вычисление пиковой мощности для перерасчета:
Pвх.п Pвх PikFactor=0.114 W
Расчет запаса по мощности для выбора транзистора для каскада предварительного усиления:
Pвх.ЗАП Pвх.п+Pвх.п 0.2=0.137 W
В качестве транзистора для каскада предварительного усиления был выбран PD84001 [11] от фирмы STMicroelectronics.
Рисунок 3.6.1 – Транзистор PD84001
Ниже в таблице 3.6.1 представлены основные технические параметры транзистора PD84001.
Таблица 3.6.1 – Основные технические параметры транзистора PD84001
Параметр |
Значение |
|
Мощность |
1 W |
|
Рабочие частоты |
до 1000 MHz |
|
Входная емкость (Cвх, Ciss) |
14.7 |
pF |
Выходная емкость (Cвых, Coss) |
13.3 |
pF |
Емкость обратной связи (Cпрох, Crs) |
1.3 pF |
|
Сопротивление в отрытом |
1.5 |
Ω |
состоянии сток-исток (Rнас,Rds(on)) |
|
|
Крутизна (S) |
0.4 S |
|
Напряжение питания (EC, Eпит) |
7.5 |
V |
Напряжение отсечки (Eотс, Vgsth) |
3 V |
|
Крутизна была рассчитана по графику технического описания [11, с. 6] транзистора, представленном на рисунке 3.6.2
Рисунок 3.6.2 – График зависимости Vgs от ID транзистора PD84001
Расчет крутизны транзистора:
S |
ΔID |
|
|130 mA-110 mA| |
0.4 S |
(3.6.1) |
|
ΔVGS |
|3.6 V-3.65 V| |
|||||
|
|
|
|
Врамках расчета, угол отсечки равен θ=90 deg (определен в пункте 3.2).
Врамках расчета для КПУ PОК Pвх=0.114 W.
Для расчета будут использоваться формулы с 3.4.1 по 3.4.37.
Расчет выходной стоковой цепи.
Расчет граничного коэффициента использования выходного напряжения:
ξгр 0.5+0.5 1- 8 PОК Rнас =0.988
α1(θ) EC2
Так как была принята работа в перенапряженном режиме, то коэффициент κ, требуемый для расчета коэффициента использования, будет равен κ 1.01.
Расчет значения коэффициента использования:
ξ κ ξгр=0.998
Расчет амплитуды переменного напряжения на стоке:
UC ξ EC=7.481 V
Расчет первой гармоники стокового тока:
IC1 2UPОК =0.031 A
C
Расчет максимального значения высоты импульса стокового тока:
iC_max αIC1(θ) =0.061 A 1
Вычисление тока, потребляемого от источника питания:
IC0 α0(θ) iC_max=0.019 A
Расчет амплитуды второй гармоники тока стока:
IC2 αn(2,θ) iC_max=0.013 A
Расчет номинального сопротивления стоковой нагрузки
RЭКВ IUC =244.764 Ω
C1
Мощность, потребляемая от источника питания:
P0 EC IC0=0.146 W
Потери в стоковой цепи:
Pпот P0-PОК=0.032 W
Тогда КПД стоковой цепи будет равен:
η PОК 100%=78.346%
P0
Расчет входной цепи.
Расчет напряжения возбуждения, необходимого для создания тока стока в IC1=0.031 A
UЗИ |
|
IC1 |
+D UC=0.228 V ; |
|
α1 |
(θ) S (1-cos(θ)) |
|||
|
|
Расчет напряжения смещения на затворе. Поскольку каскад должен работать в классе B с углом отсечки θ=90 deg, то напряжение смещения будет равно напряжению отсечки транзистора (т.к. ).
EЗ Eотс- UЗИ-D UC cos(θ)=3 V
Коэффициент X, учитывающий дополнительные потери в паразитных емкостях транзистора, можно вычислить по формуле:
|
Ri RЭКВ |
Cпрох |
; |
X 1+ 1+γ1(θ) S |
|
Сси |
|
|
Ri+RЭКВ |
|
, где Ri – внутреннее сопротивление транзистора, можно вывести из формулы: S Ri D 1, следовательно, Ri S1D =250 Ω.
Вычисление значения коэффициента X:
|
Ri RЭКВ |
Cпрох |
=3.515 |
X 1+ 1+γ1(θ) S |
|
Cвых |
|
|
Ri+RЭКВ |
|
Первая гармоника тока затвора:
|
|
|
|
RЭКВ |
|
|
|
|
X 2 π Fmax Cвых 1+ |
Ri |
IC1 |
|
|
IЗ1 |
|
|
|
|
=9.596 mA |
|
S γ1 |
(θ) |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
Входной ток определяется по формуле:
Iвозб IЗ1+ |
UЗИ |
; |
|
Rдоп |
|||
|
|
, где Rдоп – сопротивление обеспечивающее предыдущему каскаду нагрузку. Его можно найти из соотношения: Rдоп |XCвх|.