2. Выбор, обоснование и энергетический расчёт принципиальной схемы.

2.1. Расчет автогенератора.

Исходные данные:

- частота генератора f_г=13,2 МГц;

Выбираем схему представленную, на рисунке:

Рисунок 2.1.1 – Схема кварцевого автогенератора.

В качестве задающего генератора выбираем кварцевый автогенератор, который может обеспечить высокую стабильность частоты. Выбираем вариант схемы, в которой кварцевый резонатор выполняет роль индуктивности.

1. Из справочника выбираем транзистор малой мощности КТ331 с граничной частотой f_t=250 МГц. Его паспортные данные:

С_­к=5 пФ; С_э=8 пФ;

τ_ос=120 пс;

u_отс=0.6 В; u_{к доп}=15 В;

i_{к доп}=20 мА; u_{б доп}=3 В;

Р_доп=17 мВт;

S_гр=20 мА/В.

Считаем, что средний коэффициент усиления тока В=20.

Граничные частоты: f_β=f_t/B=12.5 МГц; f_α =f_β+ f_t=262.5 МГц.

Активная часть коллекторной ёмкости С_кэ=С_к/2=2.5 пФ и сопротивление потерь в базе r_б=τ_ос/С_ка=48 Ом.

2. Расчет корректирующей цепочки:

(2.1.1)

(2.1.2)

(2.1.3)

(2.1.4)

Крутизна переходной характеристики транзистора с коррекцией (2.1.5)

2. Расчёт электрического режима.

Выбираем i_{k max}=0.8*i_{к доп}=16 мА; U_К0=0.3*u_{к доп}=4.5 В; К_ОС=1; θ=60˚; тогда α₀=0.218; α₁=0.391; γ₀=0.109; cos θ=0.5.

Рассчитываем основные параметры генератора:

(2.1.6)

(2.1.7)

(2.1.8)

(2.1.9)

(2.1.10)

(2.1.11)

(2.1.12)

(2.1.13)

(2.1.14)

(2.1.15)

(2.1.16)

(2.1.17)

(2.1.18)

4. Расчет резонатора.

L_HZ=1.25 мкГ, Q_HZ=125. Считаем что Q₀=Q_L. Вычисляем параметры элементов резонатора:

2.1.19-25)

5. Расчёт ёмкостей ссв и с2.

Чтобы сопротивление нагрузки , пересчитанное к выходным электродам транзистора, не снижало заметно добротность контура, примемДобротность последовательной цепочки С_СВR_Н отсюда ёмкость связиёмкость, пересчитанная параллельно ёмкости С₂:

(2.1.26)

6.Расчёт цепи смещения:

(2.1.27-28)

Проверка: (2.1.29)

(2.1.30-33)

7. Расчет цепи питания:

R_БЛ=5R_K=100 Ом; выбираем 1/ω_рС_БЛ1=0.1 Ом; тогда С_БЛ1=0.16 мФ.

Е_П=U_K0+I_K0R_БЛ=4.5+3.5*0.1=4.85 В.

8. Найдём нестабильность частоты кварцевого автогенератора:

; (2.1.34)

Где (2.1.35)

(2.1.36)

Отсюда относительная нестабильность частоты:

(2.1.37)

2.2. Расчёт усилителя мощности.

Исходные данные:

- частота генератора f_г=1912(МГц);

- выходная мощность Р_вых=0.4 мВт.

Выбираем схему, представленную на рисунке 2.1.1., взятую из [2].

Рисунок 2.2.1. – Схема усилителя мощности.

Рассчитаем генератор на транзисторе 3П602А-2 на частоте 1912МГц, номинальный режим - граничный.

Определим параметры транзистора 3П602А-2

крутизна тока стока S=60..100 мА/В,

напряжение отсечки Е_отс=-5..-5.2 В и Е_{отс з}=0.5 В,

пороговое напряжение на стоке Е_со=0.5..0.8 В,

граничная частота f_т=11..13 ГГц,

сопротивления r_kан=10 Ом, r_з=2 Ом, r_и=2.5 Ом, r_с=3 Ом,

емкости С_зк=0.65 пФ, С_сз=0.2 пФ, С_ск=0.04 пФ,

индуктивность L_и=0.15 нГн,

допустимые напряжения на стоке Е_{с доп}=7 В, на затворе Ези доп=3.5 В,

ток I_{c нас}=200 мА,

тепловые параметры t_{н доп}=130˚С,

Р_{рас доп}=0.45..0.9 Вт.

Реактивные элементы внутри корпуса транзистора нГн,пФ,нГн,пФ,нГн,пФ,нГн,пФ.

Выбираем Е_с=7 В. Задаёмся θ=120˚, при котором cos(120)=-0.5, α₀(120)=0.405, α₁(120)=0.53, γ₀(120)=0.63, γ₁(120)=0.804, π-120˚=60˚, cos(60˚)=0.5, γ₀(60˚)=0.109, sin(60˚)=0.886, γ₂(60˚)=(2/3*3.14)*(0.866)=0.138.

1. Оцениваем максимально возможную мощность:

(2.2.1)

2. Задаёмся Р_с1=0.3 Вт.

3. Определяем амплитуду первой гармоники тока стока:

(2.2.2)

4. Рассчитываем амплитуду первой гармоники напряжения на стоке:

(2.2.3)

5. Находим эквивалентное сопротивление:

(2.2.4)

6. Определяем постоянную составляющую тока:

(2.2.5)

7. Рассчитываем потребляемую мощность:

(2.2.6)

8. Определяем значения усреднённых по первой гармонике емкостей С_зк и С_сз:

(2.2.7-11)

9. Определяем:

(2.2.12)

10. Вычисляем усреднённое сопротивление канала по первой гармонике:

(2.2.13)

11. Рассчитываем сопротивление r_ос. Для этого находим вспомогательные коэффициенты α, β, ёмкость С₀ и Х:

(2.2.14-18)

12. Рассчитываем выходную мощность:

(2.2.19)

13. Рассчитываем составляющие сопротивления нагрузки:

(2.2.20-21)

13. Определим значения элементов L_вх, C_вх, r_вх в эквивалентной схеме входной цепи:

(2.2.22-23)

(2.2.24)

13. Рассчитываем составляющие входного сопротивления :

(2.2.25-26)

13. Рассчитываем амплитуду входного тока:

(2.2.27)

13. Находим входную мощность и коэффициент усиления по мощности:

(2.2.28-29)

13. Определяем КПД:

(2.2.30)

13. Вычисляем рассеиваемую в транзисторе мощность:

(2.2.31)

13. Определяем напряжение на затворе:

(2.2.32)

13. Рассчитываем максимальное напряжение на затворе:

(2.2.33)

13. Расчёт входного сопротивления транзистора с учётом ,,,- элементов проводят в следующей потребности.

Пересчитывают последовательное соединение ив эквивалентное параллельное:

(2.2.34-35)

Результирующее с учётом сопротивления ёмкости, равного

(2.2.36-37)

Пересчитывают параллельное соединение ив эквивалентное параллельное:

(2.2.38-39)

К добавляем сопротивление индуктивности.

(2.2.40)

Пересчитывают последовательное соединение ив эквивалентное паралельное:

(2.2.41-42)

Результирующее с учётом сопротивления ёмкости, равного

(2.2.43-44)

Пересчитывают параллельное соединение ив эквивалентное последовательное:

(2.2.45-46)

К добавляем сопротивление индуктивности:

Входное сопротивление транзисторагдеи