2.4. Усилитель мощности 1

Как видно из предыдущего пункта усилитель мощности 1 должен развить выходную мощность в 0,5Вт. Схема усилителя мощности 1 совпадает со схемой усилителя мощности 2 и приведена на рис 5.

Рис 5. Принципиальная схема усилителя мощности 1.

В качестве активного элемента выбираем кремниевый мезапланарный n-p-n транзистор КТ 603Б. Приведем характеристики этого транзистора:

• граничная частота f_Т=200МГц;

• максимально допустимый ток базы I_Бмах=0,05А;

• максимально допустимый ток коллектора I_Кмах=0,6А;

• максимальное напряжение коллектор-эмиттер U_{кэ мах доп}=80В;

• емкость коллекторного перехода С_к=15пФ;

• постоянная времени цепи обратной связи τ_К=25пс;

• постоянная рассеиваемая мощность Р_Кспр=1Вт;

• индуктивность эмиттерного вывода L_э=3нГн;

• статический коэффициент передачи по току h_21Э=10...80;

• температура перехода t_п=120˚С.

Задаемся напряжением источника питания:

Е_К берём 12В;

Ток первой гармоники определим следующим способом:

Задаются углом отсечки θ=90°,тогда

Учитывая, что коэффициент передачи по току на рабочей частоте равен определим максимальный базовый ток:

Следовательно, мощность, которую необходимо подать на вход этого каскада, составляет:

Поскольку мощность, которую необходимо подать на вход усилителя мощности Р_ВХ.УМ1=50мВт равна выходной мощности автогенератора (50 мВт), то расчет усилителей мощности закончен.

3.Электрический расчет каскадов

3.1.Автогенератор

Схема автогенератора приведена на рис 8.

Для реализации автогенератора воспользуемся транзистором КТ371АМ.

• граничная частота f_Т=3ГГц;

• максимально допустимое напряжение база-эмиттер U_БЭмах=4В;

• максимально допустимый ток коллектора I_Кмах=60мА;

• максимальное напряжение коллектор-эмиттер U_{кэ мах доп}=15В;

• емкость коллекторного перехода С_к=3пФ;

• постоянная рассеиваемая мощность Р_Кспр=225 мВт;

• индуктивность эмиттерного вывода L_э=21нГн;

• статический коэффициент передачи по току h_21Э=60…100;

• температура перехода t_п=150˚С;

• постоянная времени цепи обратной связи τ_к=60пс.

Определяем крутизну проходной характеристики:

где- коэффициент передачи по току на частоте генерации,- крутизна по базовому переходу.

Рис.6. Принципиальная схема автогенератора.

-коэффициент передачи по току;

-омическое сопротивление базы;

-крутизна по эмиттерному переходу;

В автогенераторах для получения высокой стабильности частоты рекомендуется выбирать режим с I_К1<10мА. Задаемся током первой гармоники коллекторного тока I_К1=10мА, тогда:

-сопротивление рекомбинации;

Определяем граничную частоту по крутизне:

Поскольку выполняется условие , то мы можем считать наш транзистор неинерционным и можем применять изложенную ниже методику расчета автогенератора.

Выбираем напряжение источника питания:

Задаемся напряжением источника питания

Задаемся углом отсечки , тогда.

Определим максимально допустимые коэффициенты обратной связи:

Таким образом, наиболее жесткие требования по коэффициенту обратной связи (k) определяются допустимым током I_Кмах (k<0,06).

Задаемся k=0,06.

Определим следующие параметры, характеризующие режим работы:

1. Амплитуда напряжения возбуждения:

2. Амплитуда коллекторного напряжения:

.

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

4. Высота импульсов коллекторного тока:

5. Постоянный ток коллектора, постоянный ток базы:

6. Максимальное обратное напряжение между базой и эмиттером:

7. Мощность, отдаваемая цепью коллектора:

8. Мощность, рассеиваемая коллектором:

Для получения заданного режима работы активного элемента требуется коллекторная нагрузка с проводимостью равной:

Теперь произведем расчет параметров колебательной системы. По заданию нам необходимо рассчитать частотно-модулирующий автогенератор. В таком случае в колебательный контур, на который нагружен активный элемент, должен быть включен элемент, параметры которого задают вид модуляции. Таким элементом является варикап. Выбор варикапа производим по справочным параметрам: граничной частоте и добротности.

Q_СПР=150

U_{ОБР МАХ}=28В

F_СПР=50МГц

Св_MIN=17пФ

Св_MAX=24пФ

К_Д=0,7

<U_K0=6В

Необходимое условие выполняется Q_РАБ > 60

Эквивалентная схема автогенератора приведена на рис.9.

Рис.7. Эквивалентная схема автогенератора.

Выбираем емкость колебательной системы:

Индуктивность колебательной системы:

-высокочастотное напряжение на варикапе;

- модулирующее низкочастотное колебание;

характеристическое сопротивление контура определится следующим образом:

Задаемся ненагруженной добротностью Q_нен=100

коэффициент включения транзистора в контур:

Определим затухание нагруженного контура

Определим требуемое сопротивление нагрузки автогенератора:

Рассчитаем мощность, отдаваемую в нагрузку: