Расчет входной цепи транзистора

Используемая [4,5] методика справедлива для схемы включения транзистора с общим эмиттером на частотах до (0,5…0,8) f _т. Выбранный ранее транзистор 2Т921А обладает граничной частотой f _Т=200 МГц и применяется на частоте, близкой к 27 МГц. Эта частота лежит в указанных пределах.

1. Чтобы исключить перекос импульсов коллекторного тока, установим шунтирующий резистор R _д между базой и эмиттером транзистора по радиочастоте. Определим значение сопротивления резистора R _д по формуле:

,

где: h _21Э0 = 40 – статический коэффициент передачи тока базы в схеме с общим эмиттером;

f _Т = 200 МГц - частота единичного усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером;

С _Э = 375 пФ – барьерная емкость эмиттерного перехода при Е _Э=3В;

R _У.Э. = 0,3кОм – эквивалентное сопротивление утечки эмиттерного перехода.

2. Определим амплитуду тока базы для крайних частот рабочего диапазона:

,

где 1+2

g₁(q) = 0,5 – коэффициент разложения косинусоидального импульса при q=90, R _эк = 4,455 Ом – эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки.

Для нижней частоты f =27,15 МГц:

.

Для верхней частоты f =27,27 МГц:

.

Как следует из расчета, величину амплитуды тока базы можно считать во всем диапазоне рабочих частот постоянной и равной I _б=0,523А.

3. Определим максимальное значение обратного напряжения на эмиттерном переходе:

,

где U _бэ.доп = 4 В - предельно допустимое обратное напряжение на эмиттерном переходе; Е _отс – напряжение отсечки транзистора в соответствии с идеализированными статическими характеристиками (для кремниевых n - p - n транзисторов Е _отс≈0,7В).

.

Как следует из расчета, величина обратного напряжения на эмиттерном переходе превышает допустимое значение, следовательно необходимо уменьшить величину шунтирующего сопротивления R _д.

Снизим величину сопротивления R _д до 47 Ом,

.

Величина обратного напряжения на эмиттерном переходе не превышает допустимое значение, следовательно, примем R _д = 47 Ом.

4. Определим постоянные составляющие базового и эмиттерного тока по следующим общеизвестным формулам:

I _б0= I _к0/ h _21Э0;

I _э0= I _к0+ I _б0

I _б0 = 1,074/40 = 0,027 А;

I _э0 = 1,074+0,027 = 1,101 А.

5. Определим значения параметров эквивалентной схемы входной цепи транзистора (L _вх.оэ, r _вх.оэ, R _вх.оэ, С _вх.оэ), включенного по схеме с общим эмиттером (рисунок 3):

Рисунок 2 – Эквивалентная схема входной цепи транзистора, включенного с общим эмиттером

L _вх.оэ = L _б + L _э/c,

где L _б = 3,5нГн, L _э = 3 нГн – индуктивности выводов эмиттера и базы;

,

,

.

r _б – сопротивление в базовой цепи в эквивалентной схеме транзистора, , где - постоянная времени коллекторного прехода; С _ка = (0,2…0,3) С _к ≈ 10пФ;

С _к = 45пФ – барьерная емкость коллекторного перехода при Е _к=20В;

;

r _э≈0 – сопротивление в цепи эмиттера в эквивалентной схеме данного транзистора равно нулю.

L _вх.оэ = 3,5·10^-9+3·10^-9/1,086 = 6,164 нГн;

,

.

6. Определим резистивную и реактивную составляющие входного сопротивления транзистора (Z _вх= R _вх+ jХ _вх):

;

.

;

.

В результате расчета входного сопротивления получено отрицательное значение его реактивной составляющей, что свидетельствует о емкостном характере этого сопротивления.

7. Определим мощность, подводимую к транзистору:

Р _вх = 0,5 I _б² R _вх,

Р _вх= 0,5·0,526²·4,391 = 0,6 Вт.

8. Определим коэффициент усиления транзистора по мощности:

К _р = Р _1ном/ Р _вх,

К _р = 6,313/0,6 = 10,513.

Коэффициент усиления выходного каскада по мощности в результате электрического расчета оказался меньше значения, определенного при составлении структурной схемы. Следовательно необходимо внести коррективы в эту структурную схему, увеличив мощность, снимаемую с предоконечного усилителя, с 0,514 Вт до 0,799 Вт.

9. Построим схему смещения на базу транзистора выходного усилителя.

На практике наибольшее распространение получили схемы, в которых внешнее смещение на базу обеспечивается от источника коллекторного питания. Выберем схему, представленную на рисунке 2, которая может обеспечивать, в отличие от других, постоянное значение угла отсечки q=90°, что требуется при усилении ОМ колебаний. Это достигается за счет комбинированного смещения: внешнего от источника коллекторного питания и автоматического – за счет протекания постоянной составляющей тока базы по сопротивлению R _д и сопротивлению R ₂ базового делителя. В данной схеме при R ₁>> R ₂ сопротивление автосмещения R _авт= R _д+ R ₂.

Рисунок 3 – Схема питания базовой цепи транзистора

Определим значение сопротивления резистора R ₂ по формуле:

,

где – коэффициент разложения косинусоидального импульса при q = 90 [4];

.

10. Определим значение сопротивления резистора R₁ базового делителя:

,

где Е _отс – напряжение отсечки. Для кремниевых n-p-n транзисторов Е _отс ≈ 0,7В.

.

Выберем по справочнику [6] из ряда Е24 стандартных номиналов резисторов следующие значения сопротивлений R ₁, R ₂ и R _д:

R ₁=62 Ом; R ₂=3,9 Ом; R _д=47 Ом.

11. Определим величину емкости блокировочного конденсатора в цепи питания на рисунке 2. Автосмещение должно быть безынерционным, чтобы следить за изменением огибающей ОМ сигнала. Поэтому накладывается ограничение сверху на емкость С _бл:

,

где F _в = 2700 Гц – верхняя частота звукового сигнала.

.

Выберем [6] номинал из ряда Е6 С _бл = 1,5 мкФ. Конденсатор возьмем керамический типа К10-17.

В дальнейшем при выборе номиналов сопротивлений резисторов, емкостей конденсаторов, и их типов будем также использовать справочник [6] без ссылки на него.

Date: 2015-07-24; view: 1126; Нарушение авторских прав