Схемотехника

Схемотехника телекоммуникационных устройств

Расчет КПУ начинают с вычерчивания принципиальной электрической

схемы рассчитываемого каскада (рис. 1–4).

Чаще всего КПУ строятся по схеме с общим эмиттером (ОЭ) для биполяр-

ных транзисторов, с общим истоком (ОИ) для случая применения полевых

транзисторов. Методика расчета КПУ на биполярных и полевых транзисторах

имеет много общего. Основные отличия расчетов связаны с различием в схемах

питания базы или затвора соответственно, а для полевых транзисторов еще и

типом канала (встроенный или индуцированный).

2.1. Расчет каскада на биполярном транзисторе

Расчет ведется аналитическим методом в следующем порядке.

1. Приводится принципиальная электрическая схема усилительного каска-

да по схеме с ОЭ и вводятся обозначения элементов на схеме.

2. Рассчитывается общая нагружающая каскад емкость:

0.C вых ' Cвых .тр ' C монт ' Cн ,

где вых.тр C – выходная емкость транзистора; монт C – емкость монтажа;

н C – емкость нагрузки каскада.

6

Выходную емкость транзистора вых.тр C можно определить из справочных

данных, взяв ее примерно равной емкости коллектора при указанном напряже-

нии на коллекторе. Однако ее величина существенно зависит от напряжения,

приложенного к коллекторному переходу. Для пересчета емкости коллектора

можно воспользоваться следующей формулой:

0

к .спр

к к .спр

к

U

С С ,

U

' '

где к.спр С – справочное значение емкости коллекторного перехода при напря-

жении на коллекторе Uк.спр ; к0 U – напряжение на коллекторе, при котором ве-

дется расчет.

Емкость монтажа монт C обычно составляет от 1–2 пФ для компонентов

для поверхностного монтажа (SMD) до 10 пФ для выводных компонентов.

3. Находится эквивалентное сопротивление выходной цепи каскада в обла-

сти верхних частот на частоте в f с учетом заданного коэффициента частотных

искажений в.вых M :

2

0

1

2

в.вых

э.в

в .вых

M

R

πf С

'

' ,

где в .вых M – допустимые частотные искажения в выходной цепи КПУ на верх-

ней частоте. Обычно искажения распределяют между входной цепью и выход-

ной равномерно, тогда в.вых в M ' M .

4. Определяется сопротивление коллекторной нагрузки транзистора:

н э.в

к

н э.в

R R R .

R R

'

'

' (ГОСТ)

5. Определяется режим работы транзистора по постоянному току к 0 I и

амплитуду тока в нагрузке кm I . Амплитуда тока в нагрузке определяется по

формуле:

кm mн э.в I 'U R .

Ток покоя коллектора (постоянную составляющую) определяется по форму-

ле:

к0 кm з I ' I k ,

где з k – коэффициент запаса тока, обычно берется равным 0,4–0,7. Меньшие

значения з k увеличивают мощность, рассеиваемую на транзисторе, и приводят

к повышению напряжения питания каскада. Поскольку от тока коллектора за-

7

висит коэффициент усиления по току транзистора, то следует брать значение

к0 I не менее 0,5–2 мА в зависимости от типа тразистора.

6. Определяется напряжение покоя к0 U , которое должно быть в несколько

раз больше амплитуды сигнала на выходе усилителя:

0 2 3 к mн U ' ... U .

Часто характеристики транзисторов в справочнике приводятся для напряжения

0 5 к U ' В, поэтому иногда в расчетах при прочих допустимых условиях можно

принять напряжение на коллекторе равным 5 В, т. е. если амплитуда сигнала не

превышает 2 В.

7. Определяется мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

к 0 к 0 к0 P ' I U .

Полученное значение должно быть меньше допустимой максимальной рассеи-

ваемой мощности на коллекторе к0 к .макс P ' P , определяемой по справочным

данным для указанной температуры перехода. Часто приводится значение при

температуре не выше 25ºС, но с повышение температуры перехода допустимая

рассеиваемая мощность резко снижается.

8. Определяется напряжение питания каскада.

Для выбора значения напряжения питания удобно пользоваться следую-

щим выражением:

' ' п э к0 к к0 E ' k I R 'U ,

где э k – коэффициент, определяющий величину падения напряжения на сопро-

тивлении обратной связи э R . Величина коэффициента запаса по напряжению

питания обычно находится в интервале от 1,1 до 1,3. Большие значения э k

увеличивают стабильность режима транзистора, но также увеличивают напря-

жения питания каскада и мощность, рассеиваемую резистором э R . Полученное

по формуле значение напряжения округляют до ближайшего большего, исполь-

зуя вспомогательный ряд стандартных напряжений постоянного тока (табл. 3).

9. Определяется сопротивление коллекторной цепи постоянному току:

0

0

п к

н к э

к

E U

R R R

I '

'

' ' ' .

Сопротивление в цепи коллектора н R ' (коллекторная нагрузка по постоянному

току) состоит из сопротивления в коллекторной цепи к R и сопротивления в

цепи эмиттера э R . Резистор э R помимо температурной стабилизации обеспе-

чивает отрицательную обратную связи (ООС). Введение ООС подобного типа

увеличивает входное сопротивление каскада, что благоприятно сказывается на

работе источника, но снижает коэффициент усиления каскада.__

Задание на выполнение

Табл. 1. Технические данные каскада

Модель транзистора 2SK246GR

Тип транзистора ПТ

Структура p-n-переход

Тип канала n-типа

Амплитуда сигнала на нагрузке, Uтн , В 1,2

Нижняя граничная частота, f н , Гц 15

Верхняя граничная частота, f в , кГц 180

Емкость нагрузки каскада, Cн , пФ 15

Сопротивление нагрузки, Rн ,кОм 100

Выходное сопротивление источника сигнала, Rист , Ом 10000

Коэффициент частотных искажений на нижней частоте, Mн 1,1

Коэффициент частотных искажений на верхней частоте, Mв 1,2

Коэффициент усиления каскада с ООС, Kос 3,5

Решение


Способ заказа и контакты