6.3 Расчет эквивалентных параметров транзистора

Рисунок 15 – Эквивалентная схема входного каскада

Входная проводимость g и крутизна S₀ эквивалентной схеме рисунка 1 определяется через низкочастотные значения параметров транзистора:

6.4 Расчет цепей питания и термостабилизации

6.4.1 Расчет цепей питания

Определяется потенциал базы:

Где U_бэП – напряжение база-эмиттер в рабочей точке, U_бэП = (0.6…0.9)В (для кремниевых транзисторов).

Затем определяются номинальные значения сопротивлений для резисторов (R + R_ос), R и R

= 2/(0,05+0,65)*103=2,9 кОм,

=2,5/0,5=5 кОм,
=(6,3-2,5)/(0,5+0,05)*103=10 кОм.

6.4.2 Расчет нестабильности тока покоя коллектора с учетом действия эмиттерной термостабилизации

Оценивается результирующий уход покоя транзистора в заданном диапазоне температуры окружающей среды.

а) Определяется приращение тока коллектора, вызванного тепловым смещением проходных характеристик:

=0,3430,5=0,9 мА,

где ΔU_бт – приращение напряжения U_бэ0, равное

| | =225= 50 мВ,

где ε_Т – температурный коэффициент напряжения (ТКН)

 2-3мВ/град;

Т - разность между температурой коллекторного перехода Т и справочным значением этой температуры Т (обычно 25 C)

б) определяется приращение тока коллектора ΔI_kП2, вызванного изменения обратного (неуправляемого) тока коллектора ΔI_kбо:

=600 мкА4=2400 мкА= 2,4 мА,

где по справочным данным приращение обратного тока коллекторного перехода ΔI_kбо равно

мкА

в) приращение коллекторного тока, вызванного изменением h_21Э, определяется из справочных данных соотношением:

Учет влияния параметров схемы термостабилизации осуществляется через коэффициент термостабилизации, которые для эмиттерной схемы термостабилизации равны:

=1/(1+0,343 ×2900)=1;
=. ,

= /( + )=5×10/(5+10)=3,3 кОм.

Здесь R_б – параллельное соединение резисторов R_б1 и R_б2.

Общее абсолютное изменение коллекторного тока транзистора с учетом действия схемы термостабилизации определяется следующим выражением:

,,
=1×0,9 + 0,015(0,6+2,4)= 0,9мА.

Относительная нестабильность коллекторного тока составит:

В тоже время абсолютный уход коллекторного напряжения в рабочей точке не более:

В тоже время абсолютный уход коллекторного напряжения в рабочей точки будет не более

0,9*10-3(290+700)=0,8 В,

что вполне приемлемо для стабильной работы каскада в рабочем диапазоне температур, т.к. нами предусмотрен запас при выборе рабочей точки более 1 В.

6.5Расчет по переменному току основных характеристик входного каскада в области верхних частот (малых времен)

6.5.1 Определен коэффициент усиления каскада без обратной связи в области средних частот:

=0,343 ×354 =121;

Где S_о – низкочастотное значение крутизны транзистора в рабочей точке

6.5.2 Оценено требуемое значение постоянной времени каскада в области ВЧ (МВ)

Для ШУ с заданной верхней граничной частотой:

с

Где М_вi – доля частотных искажений (в относительных единицах), распределенных на каскад.

6.5.3 Рассчитано ожидаемое значение постоянной времени в области ВЧ (МВ)

В данном случае задан коэффициент усиления каскада К_i =16, поэтому можно воспользоваться формулой для приближенного расчета сопротивления обратной связи R_ос, т.к. коэффициент усиления без обратной связи достаточно большой (К₀=121)

К_iОС≈R_экв/R_ос

Отсюда сопротивление обратной связи :

R_ос ≈R_экв/ К_iОС= 354/16≈22 Ом

Глубину ООС при последовательной связи по току можно определить из выражения:

Коэффициент передачи с ООС немного меньше, чем заданный, примерно на 10%, что вполне допустимо при заданной точности исходных данных.

Вычисляем постоянную времени каскада в области ВЧ (МВ) с учетом ООС:

Таким образом, полученные значения τ_вос с учетом неточности исходных данных (среднее значение h₂₁) и погрешности расчетов практически удовлетворяют заданным. Следовательно, быстродействие каскада в области верхних частот будет обеспечено.

нс.

В заключении расчета входного каскада необходимо определить АЧХ, ЛАЧХ и М_вi в области верхних частот по формулам:

_{= 2,5}

= 7,9 дБ., =1,5=3,5 дБ

Рисунок 16 - ЛАЧХ

Рисунок 17 - АЧХ

Рисунок 18 - коэффициент частотных искажений

Где ω_вi – верхняя частота среза АЧХ данного каскада, определяемая через постоянную времени τ_во или τ_вос, которая находится из выражений:

6.5.4 Определяются входные параметры каскада

а) входное сопротивление каскада с учетом ОС

где =3,3 кОм – эквивалентное сопротивление базового делителя по переменному току (параллельное соединение и ).

- входное сопротивление каскада с ОЭ с учетом ОС , которое равно:

= Ом;

Тогда:

= кОм

Требуемое значение входного сопротивления можно получить введением дополнительного сопротивления:

б) входную динамическую емкость с учетом влияния ОС определяем из выражения:

Выходное сопротивление увеличится из-за влияния ОС до значения

6.5.5 Для расчета требуемых постоянных времени разделительных и блокировочных цепей каскада используется значение коэффициента частотных искажений на нижней рабочей частоте М_нj=1,17, определенное в п.3.1.2 . При этом учитываются соответствующие значения сопротивлений входных, выходных и разделительных цепей.

Т.к. искажения распределены одинаково между цепями, то для входной, выходной и блокировочной цепей находим

Значения емкости разделительных конденсаторов разделительных цепей будут соответственно равны

Рассчитаем блокирующей емкости в цепи эмиттера по формуле

где R_ЭЭ – эквивалентное сопротивление, которое определяется выходным сопротивлением каскада со стороны эмиттера R_выхЭ, сопротивлением обратной связи R_ос и режимным сопротивлением R _Э

Ом,
Ом,

6.5.6 Далее вычисляются в области нижней частоты эквивалентные постоянные времени для усилителя с ООС из выражения

,

где j- номер разделительной или блокировочной цепей;

- значения постоянных времени разделительных и блокировочных цепей без обратной связи или с обратной связью.

6.5.7В нашем примере присутствует ООС, поэтому

с.

6.5.8В заключение определяются ожидаемые АЧХ, ЛАЧХ и М_нi оконечного каскада в области нижних частот по формулам:

а) АЧХ и ЛАЧХ:

= 11
=21 дБ

Рисунок 19 - ЛАЧХ

Рисунок 20 - АЧХ

б) ожидаемый коэффициент частотных искажений:

=1,5=3,5 дБ

Рисунок 21 - коэффициент частотных искажений

Рисунок 22 – измеренная АЧХ

	fВ, МГц	fН, МГц	KВ, дБ	KН, дБ
Вычисленное
Замеренное

Таблица 3 - Сравнение расчетной части с измерениями

где ω_{н-нижняя} – частота среза АЧХ данного каскада, определяем через эквивалентные постоянные времени τ_но или τ_нос:

6.5.9 Расчет фильтрующей цепи питания

При параллельном включении фильтрующей цепи номиналы ее элементов определяются из следующих соотношений:

кОм

нФ

где - напряжение источника питания оконечного каскада.

- напряжение питания промежуточного каскада.