13. Выбор активных элементов для усилителей радиочастоты

Усилители радиочастоты (УРЧ) можно строить как на полевых, так и на биполярных транзисторах, как правило, в интегральном исполнении, но расчет такой же как в дискретном виде. Первые каскады приемников предпочтительней выполнять на полевых транзистора, так как они имеют меньший коэффициент шума, большее, чем у биполярных транзисторов, входное сопротивление, лучшую линейность усиления, больший динамический диапазон, и следовательно, лучшую многосигнальную избирательность.

При прочих равных условиях следует выбирать малошумящий активный элемент, который обеспечивает большее устойчивое усиление. Для этого выбирают транзистор с большей величиной отношения на верхней частоте диапазона. Здесь - модуль крутизны характеристики прямой передачи; - модуль проводимости внутренней обратной связи.

В УРЧ применяют высокочастотные маломощные транзисторы. Транзисторы надо брать с достаточным запасом по частоте, чтобы их параметры мало изменялись в диапазоне принимаемых частот. Для этого надо, чтобы , где - частота предельная по крутизне, то есть частота, на которой крутизна уменьшается в раз. В справочной литературе частота обычно не приводится. Ее надо рассчитать. Для биполярного транзистора определяется выражением:

,

где - граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером (ОЭ);

- входное сопротивление транзистора в схеме с общей базой (ОБ);

- общее сопротивление базы.

Общее сопротивление базы можно определить:

,

где - коэффициент, зависящий от типа транзисторов. Для диффузионных, сплавно-диффузионных, лизапланарных, планарных, эпитаксиальных ;

- постоянная времени коллекторной цепи (дается в справочнике);

- общая коллекторная емкость (дается в справочнике).

Входное сопротивление транзистора в схеме с ОБ определяется для выбранного режима формулой:

,

где (Ом) – сопротивление эмиттерного перехода;

- коэффициент усиления по току для схемы с ОЭ;

- ток эмиттера в точке покоя.

Как видим расчет , а следовательно и ведется для заданного конкретного режима транзистора по постоянному току.

Рекомендации по выбору режима биполярного транзистора по постоянному току следующие. Для улучшения шумовых свойств транзистора коллекторный ток следует брать малым, порядка 1...2 мА. Соответствующий ему ток базы определяется как

,

где - коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером .

По входной характеристике транзистора находится соответствующее значение напряжения между базой и эмиттером , которое необходимо для расчета элементов цепей питания транзистора ( ).

Значение напряжения между коллектором и эмиттером некритично, оно должно быть больше напряжения насыщения и меньше максимального допустимого напряжения. Для большинства транзисторов этим условиям соответствует В.

Значение граничной частоты можно определить как

,

где - частота, на которой измерено значение (дается в справочнике).

Для примера в таблице 13.1 приведены значения частоты для некоторых высокочастотных транзисторов, рассчитанные при токе коллектора мА. Если выбран другой режим, то значение следует уточнить.

Таблица 13.1

Тип транзис-тора	КТ339 п-р-п	КТ355 п-р-п	КТ363 п-р-п	КТ367 п-р-п	КТ368 п-р-п	КТ3721 п-р-п	КТ382
, мГц	300	1500	1200÷ 1500	1500	900÷ 1400	2400÷ 3000	1800
, псек	4,8÷25	30	50÷75	15	15	12	15
, пФ	0,65	10	2	1,5	1,7	1	2,5
, мГц	625	669	684	1988	1347	2840	3165
Ш, дБ		6 на мГц		4,5 на мГц	3,3 на мГц	3,5	3
Конструкт. особенности				Полос-ковые выводы		Полос-ковые выводы	Полос-ковые выводы

Для полевых транзисторов значение предельной частоты проводимости прямой передачи (крутизны) может быть рассчитано по формуле:

,

где - емкость затвор-исток, равная разности емкостей и , приведенных в справочнике;

- сопротивление участка полупроводника, заключенного между контактами истока и областью канала, непосредственно примыкающей к затвору транзистора.

Поскольку значение сопротивления не включено в паспортные данные на транзисторы, а расчет его [14] носит оценочный характер, то при выборе полевых транзисторов есть смысл ориентироваться на частоту генерации . У полевых транзисторов выше . Частотой генерации ограничивается частотный диапазон, в котором целесообразно использовать полевой транзистор. Определяется как

,

где S - проводимость прямой передачи (крутизна);

- емкость затвор-сток, значение которой равно значению , приведенному в справочнике.

В таблице 13.2 приведены рассчитанные значения и оценочные значения для некоторых высокочастотных полевых транзисторов. Расчет и оценка частот и выполнены с использованием значений при В, значений крутизны при условиях ее измерения, приведенных в справочниках [15, 16]. Если выбранный режим отличается от справочного, значения частот надо уточнить.

Таблица 13.2

Тип транзис-тора	КТ303	КТ304	КТ305	КТ306	КТ307	КТ312А полоск. вывод	КТ350	2П341
, мГц	350÷ 1420	184	1480	800	225÷ 450	368	13456	2380÷ 2870
, мГц	635	280	3790	404		689	450	3827÷ 4885
Ш, дБ	4 (max)		3÷7,5	4÷6	6 (max)	1÷4		1,8 (max) на 200 мГц

Заметим, что для маломощных высокочастотных полевых транзисторов напряжение В наиболее подходящее, т.к. оно соответствует области, где ток стока слабо зависит от , а выходное сопротивление ПТ остается постоянным.

После выбора транзистора и режима его работы рассчитываются высокочастотные параметры по методике [14] на нижней и верхней частотах диапазона. Если коэффициент перекрытия диапазона , то можно ограничиться расчетом параметров транзистора только на верхней частоте диапазона и использовать эти параметры для расчета УРЧ во всем диапазоне принимаемых частот. Методика расчета высокочастотных параметров биполярного и полевого транзисторов приведена на примерах в приложениях А и Б.