Расчет усилителя мощности предоконечного каскада (УМ)

При расчёте УМ используют параметры транзистора из структурной схемы, определенные по методике.

4. Расчет коллекторной цепи транзистора.

4.1.  Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе U_{к кр} в критическом режиме:

угол отсечки 120⁰>θ_нч>80⁰  ,       

Е_к – напряжение питания берутся из расчета структурной схемы.

 

P₁– мощность 1-ой гармоники на коллекторе, рассчитываемого каскада (оконечного, предоконечного или промежуточного).

 

4.2. Максимальное напряжение на коллекторе.

 

4.3.  Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

 

4.4.  Постоянная составляющая коллекторного тока:

 

4.5.  Высота импульса коллекторного тока:                                  

, 

 

где -максимально допустимый коллекторный ток (приводится в справочнике)

3.85A 6 А

 

4.6.  Мощность, потребляемая от источника питания:

 

 

4.7.  Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:

проверка:

 

4.8.  Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

- допустимая мощность рассеиваемая на коллекторе (из справочника)

4.9.  Сопротивление коллекторной нагрузки:

R_экв. для мощных ВЧ-генераторов имеет малую величину и может составлять доли Ома, величина >100 (Ом) характерна для усилителей напряжения и маломощных УМ и НЧ-умножителей частоты.

 

5. Расчет базовой (входной) цепи транзисторного генератора по схеме ОЭ.

 

5.1.  Амплитуда первой гармоники базового тока:

где =38,73 –статический коэффициент усиления по току

или типовое значение для выбранного транзистора

h_{21э тип} = 35 (из справочника)

коэффициент усиления по току на рабочей частоте (из расчёта структурной схемы)

= 10

 

при правильном выборе транзистора

С_к – емкость коллекторного перехода;

f_раб – рабочая частота усилителя мощности.

 

5.2.  Максимально возможная величина сопротивления на радиочастоте резистора, включенного между базовым и эмиттерным выводами транзистора:

                     при

 

 

RБК

Rдоп

                                                   

 

С_к – емкость коллекторного перехода.

 

Если R_БК< 500 [Ом], то R_БК применять не рекомендуется,

если R_БК> 500 [Ом], то необходимо проверить целесообразность подключения R_БК.

определим мощность рассеивания

Если условие

0.101 < 1.412

не выполняется, то R_БК не подключается.

При подключении R_БК проверяем:

Полученное значение должно удовлетворять условию:

 

5.3. Величина дополнительного резистора R_доп, задающего смещение Е_БЭ=Е_отс, т.е. θ=90⁰.

 

 

где Е_отс=Е′;

;

h_21э – коэффициент передачи по току на рабочей частоте h_21э=

;из расчёта структурной схемы

h_21эо – статистический коэффициент передачи по току, из расчёта структурной схемы

 

Если R_доп.< 1 (Ом), то вместо R_доп. в схему включают дроссель.

 

Uвх

 

 

Если , то расчет проведен правильно, в дальнейших расчетах используется R_доп.

Если , то принять

 

5.4.Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

0.492< 4

5.5.

 

 

 

С_КА – активная (внутренняя) часть емкости коллекторного перехода

 

 

где С_К = С_КА + С_КП,

С_КП – пассивная (внешняя) часть емкости коллекторного перехода,

  ζ – зависит от технологии изготовления транзистора, данные приведены в табл.3.

 

 

транзистор	сплавной	сплавно-диффузионный	меза	планарный меза-планарный, эпитаксиально-планарный
ζ	1	2	3	3…4

 

 

 

 

Если R_вхоэ – отрицательное, то усилитель мощности будет работать неустойчиво, необходимо изменить режим УМ или ввести R_Экорр.

 

 

 

 

5.6. Входная мощность:

5.7. Коэффициент усиления по мощности:

 

 

6. Расчет согласующих цепей.

 

X2

X1

Rэкв

ρ

RА  или Rвх

 

 

В дальнейших формулах подставляем величину добротности Q, которой задались для одиночного П-контура Q = 2.9

 

Параметр контура	Значения параметра для П-контура
	одного
Полоса пропускаемых частот
КПД системы контуров

 

где Q_x.x- добротность ненагруженного контура, Q_x.x= 100.

 

Прежде чем приступить к расчету параметров фильтра, необходимо убедиться также в том, что заданное сопротивление нагрузки (фидера или антенны) больше минимально допустимого:

 

для одного П-контура

или R_{ВХ след.каск.}>R_Нmin

 

Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки берется из энергетического расчета усилителя мощности

Сначала рассчитываются параметры схемы по формулам таблицы.

 

 

Этапы расчета	Формулы для расчета схем
	Рис. 3.1,а
1.
2.
3.
4.
5.
6.

 

Проверяем добротность

, расчет фильтра верен.

Элементы фильтров определяются по формулам:

 

Рассчитаем С₁

Рассчитаем С₂

 

Рассчитаем L₁

 

Рассчитав емкости фильтров, необходимо номиналы конденсаторов выбирать по стандартному ряду, учитывая паразитные емкости транзистора (рис. 3.1,а).

где С_к – емкость коллекторного перехода,

Поскольку конденсатор с отрицательным номиналом не имеет смысла, рассчитываем фильтры другого типа. Аналогично подбираются конденсаторы для других вариантов схем.

 

 

Схема	Расчетные соотношения	КПД
	Общий случай
Т2-цепочка	R0>R1>R2 R0=1858Ом

 

Элементы фильтров определяются по формулам:

 

 

Рассчитаем С₁

Рассчитаем С₂

Рассчитаем L₁

 

Рассчитав емкости фильтров, необходимо номиналы конденсаторов выбирать по стандартному ряду Е24.