Усилитель модулятора лазерного излучения
p align="right">Рисунок 3.6 - Схема Джиаколетто Достоинство этой схемы заключается в следующем: схема Джиаколетто с достаточной для практических расчетов точностью отражает реальные свойства транзисторов на частотах f 0.5fт ; при последовательном применении этой схемы и найденных с ее помощью Y- параметров транзистора достигается наибольшее единство теории ламповых и транзисторных усилителей. Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами [2]. Справочные данные для транзистора КТ610А: Cк- емкость коллекторного перехода,с- постоянная времени обратной связи,о- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ. Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле : (3.3.12) где Uкэо - справочное или паспортное значение напряжения; Uкэо - требуемое значение напряжения. Сопротивление базы рассчитаем по формуле: (3.3.13) Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле: (3.3.14) Найдем ток эмиттера по формуле: (3.3.15) А Найдем сопротивление эмиттера по формуле: (3.3.16) где Iэо - ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА. Проводимость база-эмиттер расчитаем по формуле: (3.3.17) Определим диффузионную емкость по формуле: (3.3.18) Крутизну транзистора определим по формуле: (3.3.19) 3.3.3.2 Однонаправленная модель Поскольку рабочие частоты усилителя заметно больше частоты , то из эквивалентной схемы можно исключить входную ёмкость, так как она не влияет на характер входного сопротивления транзистора. Индуктивность же выводов транзистора напротив оказывает существенное влияние и потому должна быть включена в модель. Эквивалентная высокочастотная модель представлена на рисунке 3.7. Описание такой модели можно найти в [2]. Рисунок 3.7 Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам [2]. Входная индуктивность: , (3.3.20) где -индуктивности выводов базы и эмиттера. Входное сопротивление: , (3.3.21) где , причём , и - справочные данные. Крутизна транзистора: , (3.3.22) где , , . Выходное сопротивление: . (3.3.23) Выходная ёмкость: . (3.3.24) В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы: нГн; пФ; Ом Ом; А/В; Ом; пФ. 3.3.4 Расчет полосы пропускания. Проверим обеспечит ли выбранное сопротивлении обратной связи Rос, расчитанное в пункте 3.3.1, на нужной полосе частот требуемый коэффициент усиления, для этого воспользуемся следующими формулами[2]: (3.3.25) (3.3.26) Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле (3.3.12): Найдем сопротивление базы по формуле (3.3.13): Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле (3.3.14): Найдем ток эмиттера по формуле (3.3.15): А Найдем сопротивление эмиттера по формуле (3.3.16): Ом Определим диффузионную емкость по формуле (3.3.18): пФ , (3.3.27) , (3.3.28) где Yн - искажения приходящиеся на каждый конденсатор; дБ, или (3.3.29) Гц Выбранное сопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот. 3.3.5 Расчёт цепей термостабилизации Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная. 3.3.4.1 Пассивная коллекторная термостабилизация Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.8) используется на малых мощностях и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу через базовый делитель. Рисунок 3.8 Расчёт, подробно описанный в [3], заключается в следующем: выбираем напряжение (в данном случае 7В) и ток делителя (в данном случае , где - ток базы), затем находим элементы схемы по формулам: ; (3.3.30) , (3.3.31) где - напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В; . (3.3.32) Получим следующие значения: Ом; Ом; Ом. 3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.9. Её описание и расчёт можно найти в [2]. Рисунок 3.9 В качестве VT1 возьмём КТ361А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия (пусть В), затем производим следующий расчёт: ; (3.3.33) ; (3.3.34) ; (3.3.35) ; (3.3.36) , (3.3.37) где - статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ361А; ; (3.3.38) ; (3.3.39) . (3.3.40) Получаем следующие значения: Ом; мА; В; кОм; А; А; кОм; кОм. Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости - таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 по переменному току был заземлён. 3.3.4.3 Эмиттерная термостабилизация Для выходного каскада выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.10. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [3]. Рисунок 3.10 Расчёт производится по следующей схеме: 1.Выбираются напряжение эмиттера и ток делителя (см. рис. 3.4), а также напряжение питания ; 2. Затем рассчитываются . 3. Производится поверка - будет ли схема термостабильна при выбранных значениях и . Если нет, то вновь осуществляется подбор и . В данной работе схема является термостабильной при В и мА. Учитывая то, что в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле В. Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам: ; (3.3.41) ; (3.3.42) . (3.3.43) Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной производится расчёт приведённых ниже величин. Тепловое сопротивление переход - окружающая среда: , (3.3.44) где , - справочные данные; К - нормальная температура. Температура перехода: , (3.3.45) где К - температура окружающей среды (в данном случае взята максимальная рабочая температура усилителя); - мощность, рассеиваемая на коллекторе. Неуправляемый ток коллекторного перехода: , (3.3.46) где - отклонение температуры транзистора от нормальной; лежит в пределах А; - коэффициент, равный 0.063-0.091 для германия и 0.083-0.120 для кремния. Параметры транзистора с учётом изменения температуры: , (3.3.47) где равно 2.2(мВ/градус Цельсия) для германия и 3(мВ/градус Цельсия) для кремния. , (3.3.48) где (1/ градус Цельсия). Определим полный постоянный ток коллектора при изменении температуры: , (3.3.49) где . (3.3.50) Для того чтобы схема была термостабильна необходимо выполнение условия: , где . (3.3.51) Рассчитывая по приведённым выше формулам, получим следующие значения: Ом; Ом; Ом; Ом; К; К; А; Ом; ; Ом; А; А. Как видно из расчётов условие термостабильности не выполняется. 3.4 Расчёт входного каскада по постоянному току 3.4.1 Выбор рабочей точки При расчёте требуемого режима транзистора промежуточных и входного каскадов по постоянному току следует ориентироваться на соотношения, приведённые в пункте 3.3.1 с учётом того, что заменяется на входное сопротивление последующего каскада. Но, при малосигнальном режиме, за основу можно брать типовой режим транзистора (обычно для маломощных ВЧ и СВЧ транзисторов мА и В). Поэтому координаты рабочей точки выберем следующие мА, В. Мощность, рассеиваемая на коллекторе мВт. 3.4.2 Выбор транзистора Выбор транзистора осуществляется в соответствии с требованиями, приведенными в пункте 3.3.2. Этим требованиям отвечает транзистор КТ371А. Его основные технические характеристики приведены ниже. Электрические параметры: 1. граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ГГц; 2. Постоянная времени цепи обратной связи пс; 3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ; 4. Ёмкость коллекторного перехода при В пФ; 5. Индуктивность вывода базы нГн; 6. Индуктивность вывода эмиттера нГн. Предельные эксплуатационные данные: 1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер В; 2. Постоянный ток коллектора мА; 3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт; 4. Температура перехода К. 3.4.3 Расчет входного каскада Как уже отмечалсь в качестве входного каскада будем испльзовать каскад с комбинированной отрицательной обратной связью состоящцю из и обладающая, как и выходной наибольшей широкополосностью, и одновременно играет роль согласующего устройства между выходным каскадом и генератором, его схема по переменному току изображена на рисунке 3.11. Рисунок 3.11 Сопротивление обратной связи Rос находим исходя из следующих соотношений [2]: (3.4.1) (3.4.2) Входное сопротивление выходного каскада равно сопротивлению генератора: Ом. Выбрали сопротивление в цепи эмиттера такое, чтобы выполнялись выше записанные равенства (3.4.1) и (3.4.2): Ом. Тогда исходя из соотношений (3.4.1) и (3.4.2) находим сопротивление обратной связи: Ом. 3.4.4 Расчёт эквивалентной схемы транзистора 3.4.4.1 Схема Джиаколетто Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.6. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.1. Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами. Ом 3.4.4.2 Однонаправленная модель Эквивалентная схема имеет тот же вид, что и схема представленная на рисунке 3.7. Расчёт её элементов производится по формулам, приведённым в пункте 3.3.3.2 нГн; пФ; Ом Ом; А/В; Ом; пФ. 3.4.5 Расчет полосы пропускания Проверим добъёмся ли нужной полосы частот при выбранном сопротивлении Rос, для этого воспользуемся следующими формулами [2]: (3.4.3) (3.4.4) (3.4.5) (3.4.6) Используя формулы (3.3.18) и (3.3.19) найдем коэффициент N: Используя формулы (3.3.12), (3.3.13), (3.3.14), (3.3.15), (3.3.16), (3.3.18), и характеристики транзистора приведенной в пункте 3.4.2, убедимся в том, что выбранное сопротивление обратной связи обеспечит на нужной полосе частот требуемый коэффициент усиления: пФ. мА.
Страницы: 1, 2, 3
|