20 Примеры расчета узкополосных усилителей

Последовательность проектирования широкополосных усилителей СВЧ обычно включает следующие этапы: выбор активных элементов, выбор электрической схемы и режимов по постоянному току, расчет со- гласующих цепей и цепей постоянного тока, разработка топологии. При проектировании узкополосных усилителей необходимо дополнительно проектирование фильтров сосредоточенной селекции. 2.2.1. Выбор активного элемента и схемы включения В качестве активных элементов современных усилителей СВЧ для РПУ широко применяются малошумящие биполярные транзисторы (БТ) и полевые транзисторы с затвором типа барьера Шотки (ПТШ). Транзи- сторы выбирают по ряду параметров, из которых основными являются: – рабочая частота транзистора 0 f ; – коэффициент усиления по мощности Kp ; – коэффициент шума Nш ; – конструктивное оформление. В относительно низкочастотной части СВЧ диапазона (ниже 3 ГГц) предпочтительнее использовать БТ. На частотах выше 4 ГГц коэффициент шума ПТШ меньше, чем у БТ

Как было указано ранее, усилитель промежуточной частоты (УПЧ) будет обеспечивать основное усиление в радиоприемнике. Как и ПЧ выполним УПЧ на биполярном транзисторе, но уже другой марки - КТ368А. В нем также осуществляется наряду с усилением частотная фильтрация (избирательность). Для этого УПЧ содержит колебательный контур (коллекторная нагрузка), настроенный на ПЧ, рассчитанную ранее.

Схема УПЧ:

Параметры контура LкСк - те же, что и контура ПЧ. Рассчитаем коэффициенты включения транзистора, на котором собран ПЧ, в контур (m) и следующего каскада в этот же контур (n):

тогда полагаем m1=1 и = 4,860 См

Коэффициент передачи транзисторного усилителя промежуточной частоты считается по следующей формуле:

= 9553.4

Проведем расчет параметров УПЧ:

· Предельное значение коэффициента усиления каждого каскада:

К0 ПРЕД =

· Коэффициент устойчивого усиления: КУСТ =

· Коэффициент передачи каскада: К01 =, т.к.

· Количество каскадов усиления:. Проверим правильность расчета: должно выполняться следующее неравенство:. Действительно, К014 = 1.64·104, что больше = 9553.4. Число каскадов УПЧ равно 4.

Расчет элементов каждого каскада УПЧ (все каскады УПЧ сделаем одинаковыми). Исходные данные:

· ЕП = 9 В;

· ток коллектора, обеспечивающий рассчитанный ранее коэффициент усиления, был рассчитан в эскизном проектировании IК = 6 мА;

· = 0,636 В;

· f0 = 10 МГц;

· g11 = 2,311*10-3 См.

· для кремниевых транзисторов, к которым относится выбранный нами, обратный ток коллектора IКБ 0 при температуре Т0 = 293 К, равен несколько наноампер - зададимся этим током: 2 нА;

· Определим изменение обратного тока коллектора:

= 128 мкА

· Находим тепловое смещение напряжения базы:

= 0,18 В, где γ = 1,8 мВ/К

· Рассчитываем необходимую нестабильность коллекторного тока:

= 2.05 мА

· Вычисляем сопротивления резисторов:

Ом (Е24 - 120)

кОм (Е24 - 5,1к)

кОм (Е24 - 75к)

· Подсчитаем емкость конденсатора в цепи автосмещения:

= 1 мкФ (по номиналу ряда Е24 - 1мкФ)

· Выберем величину блокировочной емкости Сбл : реактивное сопротивление этой емкости для тока радиочастоты должно быть как можно меньше, то есть быть коротким замыканием по току высокой частоты, поэтому, по номиналу Е24 емкость возьмем 1нФ, что соответствует сопротивлению 16 Ом.