Проектирование модуля АФАР (стр. 3 из 6)

5. Находим значения параметров А и В:

, , где .

С помощью графика A(γ₁) на рис. 4 определяем коэффициент разложения γ₁(θ). Затем по табл. 3.1. [1] для найденного γ₁(θ) определяем значения, θ, cos(θ) и коэффициент формы g₁(θ).

6. Пиковое обратное напряжение на эмиттере

.

З

атем в пп. 7… 22 рассчитываются комплексные амплитуды токов и напряжений на элементах эквивалентных схем (см. рис. 3). За вектор с нулевой фазой принят ток

и .

Рис. 4. Зависимость параметра A от коэффициента разложения симметричного косинусоидального импульса γ₁(θ)

7.

, где .

8.

.

9.

.

10.

.

11.

.

12.

.

13.

.

14.

.

15.

.

16.

.

17.

.

18.

.

19.

.

20.

.

21.

.

22.

.

23. Амплитуда напряжения на нагрузке и входное сопротивление транзистора для первой гармоники тока:

;

24. Мощность возбуждения и мощность, отдаваемая в нагрузку:

для схемы ОЭ

;

Если P_вых1 будет отличаться от заданной более чем на ±20%, расчет следует провести заново, скорректировав значение P_г.

25. Постоянная составляющая коллекторного тока, мощность, потребляемая от источника питания, и электронный КПД соответственно:

; ; .

26. Коэффициент усиления по мощности, мощность, рассеиваемая транзистором и допустимая мощность рассеяния при данной температуре корпуса транзистора:

; ; .

Можно принять значение Т_{п max}=T_п, где T_п — допустимое значение, взятое из справочных данных.

Следует убедиться, что

.

27. Сопротивление эквивалентной нагрузки на внешних выводах транзистора

, где для схемы ОЭ.

Данный расчет исходил из нулевого смещения на входном электроде транзистора. В ряде случаев этот режим может быть не оптимальным и желательно вести расчет на заданный угол отсечки (например в усилителе ОБ для стабилизации режима уменьшают угол отсечки). Тогда, выбрав угол отсечки θ, по табл. 3.1. [1] находят коэффициент α₁(θ) и определяют

.

Затем в п. 5 находят напряжение смещения U_в0 из соотношения

,

где

берут (для выбранного θ) также из табл. 3.1.

Если напряжение смещения должно быть запирающим, то можно применить автосмещение, включив сопротивление

, заблокированное конденсатором. При отпирающем смещении требуется дополнительный источник напряжения.

3.2. Методика расчета режима транзистора
мощного СВЧ умножителя частоты

В промежуточных каскадах радиопередающих устройств СВЧ применяют умножители частоты о выходной мощностью до сотен милливатт. Такие СВЧ-умножители являются уже мощными. Умножение частоты в них достигается выделением нужной n-й гармоники из импульса коллекторного тока. При расчете режима транзистора, работающего на частотах 10⁸... 10⁹ Гц (сотни МГц), используют кусочно-линейную модель транзистора. При этом дополнительно учитывают индуктивности выводов транзистора, емкость закрытого эмиттерного перехода и потери в материале коллектора. Предполагают, что транзистор включен по схеме с общей базой (ОБ) и возбуждается от генератора гармонического тока. Схема ОБ обеспечивает лучшие энергетические параметры мощного умножителя СВЧ, чем схема с общим эмиттером (ОЭ). В схеме ОЭ за счет обратной связи через емкость С_к импульс коллекторного тока деформируется и имеет малые коэффициент формы g_n(θ), а следовательно, и КПД, и мощность в нагрузке.

Выходная мощность умножителя ограничена несколькими факторами. К ним относятся предельно допустимые значения обратного напряжения на эмиттерном переходе U_{бэ доп} и мощности рассеяния, а также критический коллекторный ток I_кр¹.

При выборе угла отсечки надо учитывать следующее. Пиковое обратное напряжение U_{бэ пик} увеличивается при уменьшении угла отсечки θ, что может ограничить мощность, отдаваемую умножителем частоты. При больших углах отсечки уменьшается КПД и растет рассеиваемая мощность Р_к, что может привести к нереализуемости режима транзистора. Если при оптимизации мощности умножителя частоты опираться только на ограничения по коллекторному току, считая максимальный i_{к max}=I_кр, то оптимальным углом отсечки при n=2 оказывается θ=60°, а при n=3 — θ=40°. При этих углах отсечки КПД будет достаточно высоким, но надо не допустить превышения U_{бэ доп}. Поэтому часто угол отсечки и для n=2, и n=3 выбирают равным θ=60°.

Расчет режима транзистора ведут на заданную выходную мощность транзистора P_{вых n} на рабочей частоте nf, определенную по выходной мощности умножителя P_{вых n} и КПД его выходной согласующей цепи h_{к вых}: Р_{вых n}=Р_вых/h_{к вых}.

Для расчета используем методику, которая имеет в своей основе следующие допущения:

интервал рабочих частот соответствует неравенствам:

, ;

транзистор возбуждается от генератора гармонического тока;

крутизна по переходу S_п считается вещественной;

напряжение на коллекторе — гармоническое;

схема включения транзистора — ОБ;

влиянием индуктивности общего вывода транзистора L_б пренебрегают.

Исходя из заданных P_{вых n} и nf по справочникам выбирается транзистор с учетом выполнения условий

и . Вследствие больших потерь в материале коллектора на верхних частотах транзистора целесообразно выбирать транзистор с запасом по выходной мощности P_{вых n} примерно в 2,0… 2,5 раза. Параметры выбранного транзистора рекомендуется свести в таблицу в следующем порядке:

, Вт;
, МГц;
, В;
U_{кэ доп}, В;
U_{бэ доп}, В;
, В;
I_кр, А;
T_п, °С;
S_гр, А/В;
f_гр, МГц;
С_к, пФ;
r_б, Ом;
r_э, Ом;
r_к, Ом;
L_б, нГн;
L_э, нГн;
L_к, нГн.