Расчет предоконечного каскада

Предварительный расчет выходного каскада был проведен в параграфе 1 данной работы. Согласно ему, колебательная мощность предоконечного каскада составляет 48 мВт.

В нем применен транзистор КТ315А (n-p-n) с параметрами:

Pk max = 150мВт; fmax≥250 МГц; Uэбо max = 6В; Ik max = 100 мА.

Согласно заданию напряжение питания передатчика определено

Еп = 3В

Ток первой гармоники определим следующим способом:

Ik1 = 2Р1/Ек                                                           (8)

Ik1 = 2*0,048/3 = 32 мА

Что не превышает допустимый ток Ik max = 100 мА.

Сопротивление потерь коллектора вычислится, как [6, с. 37]:

r’k = 1/(ω^2*Ck^2*rk^2 )                                                  (9)

r’k = 1/(2*π*65*106*24*10-12)2*0,5 = 20,8 кОм

Коэффициент использования коллекторного напряжения в граничном  режиме:

                                        (10)

ξгр = 0,5/(1+2/(1*20800))*(1+√((16*0,048*(1+2/(1*20800)))/(1*〖0,032〗^2 ))) = 0,62

Напряжение и первая гармоника тока нагрузки:

Uk max = ξгр*Ek max                                              (11)

Uk max = 0,62*3 = 1,86 В

Ik max = (2*Pmax)/(Uk max)                                                       (12)

Ik max = 2*48/1,86 = 51,6 мА

Полезная нагрузка и полное сопротивление:

Rk = (Uk max)/(Ik max)                                                          (13)

Rk = 1,86/0,0516 = 36 Ом

R’k = (r^' k*Rk)/(r^' k+Rk)                                                         (14)

R’k = 20,8*36/(20,8+36) = 13,2 Ом

Амплитуда первой гармоники тока:

Ir1 max = Ik1 max*(1+Rk/r'k)                                                (15)

Ir1 max = 51,6*(1+36/20,8) = 140 мА

Параметры  Sn, rβ, S, А, В:

Sn = (42,5*Ir1 max )/(1+3,66*〖10〗^(-3)*t^0 C)                                                 (16)

Sn = 42,5*0,14/(1+0,0037*150) = 3,8 См

rβ = β0/Sn                                                      (17)

rβ = 15/3,8 = 3,9 Ом

S = β0/(rб+rβ+rэ(β0+1))                                                  (18)

S = 15/(0,7+3,9+0,1*16) = 2,4 См

A = 0,65+0,15*(ωτ*Cэ)/S                                                 (19)

A = 0,65+0,15*2*3,14*65*10^6*300*10^-12/2,4 = 0,66

B = 0,67+(ωτ*Cэ)/S                                                  (20)

B = 0,67+2*3,14*65*10^6*300*10^-12/2,4 = 0,72

Коэффициент разложения γ1

γ1 = A/(B-(Ec0-Ec)/(Ir1max )*ωτ*Cэ)                                                (21)

γ1 = 0,66/(0,72-((0-0,7)/0,14)* 2*3,14*65*10^6*300*10^-12) = 0,49

По  таблицам  коэффициентов  разложения [7, с. 215] находим

cosθ = 0,12, g1(θ) = 1,6

Амплитуда тока базы:

                                           (22)

Iб max = 0,2*(0,14*(1,1+2*3,14*65*10^6*24*10^-12*15)+1,06*2*3,14*65*10^6*24*10^-12) = 37 мА

Модуль коэффициента передачи по току:

|Ki| = Ik1max/Iбmax                                               (23)

|Ki| = 51,6/37 = 1,4

Пиковое значение обратного напряжения на эмиттере:

eэ обр. max = - (Ir1 max*(1+cosθ))/(ωτ*Cэ*γ1) +E’c                                           (24)

eэ обр. max = -(0,14*(1+0,12))/ (2*3,14*65*10^6*24*10^-12*0,49)+1,86 =      -2,8 В

Составляющие входного сопротивления транзистора для тока первой гармоники:

                                   (25)

rвх1 = (0,7*(1+2*3,14*65*10^6*24*10^-12*36*0,49)+ 2*3,14*65*10^6*0,3*10^-9*0,49+0,1)/(1+2*3,14*65*10^6*24*10^-12*36*0,49) = 0,83 Ом

                            (26)

Хвх = 2*3,14*65*10^6*2*10^-9+(2*3,14*65*10^6*0,35*10^-9-(1-0,49)/(2*3,14*65*10^6*2*300*10^-12)-0,1*0,2*0,49)/(1+2*3,14*65*10^6*24*10^-12*36*0,49) = 0,84 Ом

Усиление по мощности:

Кр = |Ki|*Rk/r1вх                                                      (27)

Кр = 1,4^2*(36/0,83) = 85

Постоянная составляющая коллекторного тока, мощность, потребляемая от источника питания, электронный КПД коллектора:

Ik0max = Ir1max/(g1(θ))                                               (28)

Ik0max = 140/1,6 = 87,5 мА

P0max = Ik0max*Ekmax                                                 (29)

P0max = 0,0875*3 = 260 мВт

η = Pнmax/P0max                                                         (30)

η = 150/260 = 0,58

Мощность рассеяния на транзисторе, входная мощность:

Pрас max = P0max - Pнmax + Pнmax/Kp                                       (31)

Pрас max = 260-150+150/85 = 111,7 мВт

Pвх max = Pнmax/Kp                                                 (32)

Pвх max = 150/85 = 1,7 мВт

Составляющие сопротивления нагрузки, приведенные к внешнему выводу коллектора в параллельном эквиваленте:

                                  (33)

Rн = ((0,0098*(1-0,0079)*1296-0,82)^2+1296)/ 5,48 = 261,8 Ом

                               (34)

Хн = 261,8*36/(0,0098*(1-0,0079)*1296-0,82) = 800 Ом

Далее определяется средняя мощность рассеяния на транзисторе за период частоты модуляции:

Ррас. мод = (Pрас max )/(1+М)^2 *(1+M^2/2)                                              (35)

Ррас. мод = 111,7/4*3 = 83,8 мВт

Как видим  Ррасс мод не превосходит Ррасс доп.

Глубина  модуляции  предоконечного  каскада,  обеспечивающая стопроцентную модуляцию тока оконечного каскада:

                                            (36)

Мпред = (37-2*3,14*65*10^6*300*10^-12*1,86)/(37+2*3,14*65*10^6*300*10^-12*1,86) = 0,98

3.2 Расчет коллекторной цепи генератора

Колебательная мощность каскада в максимальном режиме

P1max = P1мол = P1ном                                           (37)

По формуле (1) определено P1max = 0,24 Вт.

Напряжение питания определено заданием в 3В.

Угол отсечки и коэффициенты Берга (таблица 4.1 [1])

θ = 900;  cosθ = 0; α0(θ) = 0,319; α1(θ) = 0,5; α2(θ) = 0,212;

α3(θ) = 0; α4(θ) = 1,57.

Крутизна линии критического режима [8]

Sкр = 0,003

Коэффициент использования напряжения питания

ξкр = 0,5+0,5*√(1-(8*Р1ном)/(α1(θ)*Sкр*Еп^2 ))                                           (38)

ξкр = 0,5+0,5*(1-8*0,24/(0,5*0,003*9)^0,5) = 0,72

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе

Ukm1 = ξкр*Еп*(1+mАм),                                            (39)

где mАм = 0 при ЧМ.

Ukm1 = 0,72*3*1 = 2,16 В

Проверим неравенства

(1+ ξкр)*Еп<Uкб max                                          (40)

5,16<25 – истинно.

Uk max = 1,25*Еп*(1+mАм)≤ Uk доп

3,75<25 – истинно.

Условия выполняются, значит Еп = 3 В допустимо.

Определим амплитуду первой гармоники коллекторного тока

Ikm1 = (2*P1ном)/Ukm1                                                      (41)

Ikm1 = 2*240/2,16 = 222 мА

Постоянная составляющая коллекторного тока

Ik0 = (α0(θ))/(α1(θ))* Ikm1                                                  (42)

Ik0 = (0,319/0,5)*222 = 142 мА

Максимальный импульсный коллекторный ток

Ik max имп = Ik0/(α0(θ))                                                        (43)

Ik max имп = 142/0,319 = 445 мА

Проверим условие

Ik max имп ≤ Ik0 доп                                                   (44)

445<600 – истинно.

Максимальная мощность, потребляемая от источника питания

P0 max = P0 ном = Uk max*Ik0                                         (45)

P0 max = 3,75*0,142 = 0,53 Вт

Определим кпд коллекторной цепи

η = (Р1 ном)/(Р0 ном)                                                           (46)

η = 0,24/0,53 = 0,45

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора

Рк рас = P0 max – P1 max                                           (47)

Рк рас = 0,53-0,24 = 0,29 Вт

Проверим неравенство

Рк рас < Рк рас доп

0,29 < 0,5 – истинно.

Сопротивление нагрузки активного элемента

Rн кр = (U^2 km1)/(2*P1max)                                                    (48)

Rн кр = 2,16^2/(2*0,24) = 9,7 Ом