Транзисторный передатчик с цифровой модуляцией FSK (ЧМ)

Министерство  науки и образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Санкт - Петербургский  Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения»

Кафедра № 23

 

 

 

 

 

 

 

Отчет защищен

Преподаватель: Вилесов Л.Д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине

«Устройства генерирования  и формирования сигналов»

Транзисторный передатчик с цифровой модуляцией FSK (ЧМ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Работу выполнил

Студент гр. 2931 Абдуллозода С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012

1. Исходные данные:

 

мощность в фидере 8 Вт,

частота  370 МГц,

сдвиг частоты 800 Гц,

полоса  частот модуляции 300...3400 Гц,

кодирование - 8 бит на выборку,

отн. нестабильность частоты 10^-6,

нелинейные искажения < 5%,

сопротивление антенны 50 Ом,

рабочая температура 0..40 гр. С

2. Содержание.

1. Исходные данные 

2. Содержание 

3. Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов. 

4. Введение. 

5. Выбор и обоснование структурной схемы. 

6. Расчет каскадов передатчика. 

7. Расчет блокировочных элементов 

8. Расчет цепей согласования. 

9. Расчет кварцевого генератора. 

10. Проектирование системы охлаждения транзистора. 

11. Проектирование схемы электрической принципиальной. 

12. Проектирование монтажной схемы. 

13. Заключение. 

14. Список использованных источников (литература). 

15. Приложение.  Таблица элементов принципиальной схемы (транзисторов, резисторов,  конденсаторов, индуктивностей), расчитанных и выбранных в соответствии с нормативным рядом. 

 

3.Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов.

 

ЦС – цепь согласования

ТУК – транзисторный  усилительный каскад

УЧх3 – умножитель частоты на три

УЧх2 – умножитель частоты на два

ЧМКГ – частотно-модулируемый кварцевый генератор антенна

 

4. Введение.

 

Исходными данными  для расчета являются:

f = 370 МГц – рабочая частота или диапазон частот передатчика.

P = 8 Вт - полезная мощность (мощность в фидере)

= 10^-6 - относительная нестабильность частоты.

Разработка функциональной схемы начинается с оконечного каскада, постепенно передвигаясь к возбудителю.

Транзистор  выходного каскады выбирается  по заданной центральной частоте  в центре спектра ЧМ сигнала и по мощности с учетом КПД выходной цепи согласования.

КПД цепей межкаскадного согласования составляет 0,8 – 0,9. С уменьшением выходной мощности каскада требование к КПД снижается. Выходная мощность каждого из остальных каскадов равна:

По полученной мощности и заданной частоте выбирается транзистор данного каскада. Продвижение составления  структурной схемы передатчика будет ограничено схемой возбудителя передатчика. Учитывая, что заданная нестабильность частоты равна , необходима кварцевая стабилизация частоты автогенератора. Коэффициент усиления всего тракта передатчика, с условием заданной мощности в антенне (Ра = 5 Вт) и мощности на выходе генератора (около 1 мВт) приблизительно равен

37  дБ

Кварц необходимо возбуждать на первой гармонике, так как на более высоких гармониках управление частотой кварцевого резонатора менее эффективно. Генератор выдает примерно 20МГц, на выходе передатчика должно быть 430МГц. Поэтому передатчик должен содержать три утроителя частоты.

Также схема должна содержать цепи согласования, которые обеспечивают :

-Трансформацию активной составляющей сопротивления потребителя Rп в требуемое для работы активного элемента в выбранном режиме сопротивление нагрузки Rн. Сопротивление должно трансформироваться в полосе частот, определяемой шириной спектра передаваемого колебания или диапазоном перестройки передатчика.

Необходимую форму  тока в сопротивлении потребителя.

Форму напряжения на выходном электроде активного  элемента  (АЭ) в соответствии с  выбранном режимом работы.

Малые потери в элементах цепей согласования (ЦС).

Возможность перестройки  и регулировки параметров ЦС при  смене рабочей частоты или  изменении параметров ЦС или АЭ.

 

5. Выбор и обоснование структурной схемы.

 

На основании предварительной  оценки структуру передатчика можно представить следующим образом:

Рис 1. Структурная схема передатчика.

ЦС – цепь согласования

ТУК – транзисторный  усилительный каскад

УЧх3 – умножитель частоты на три

УЧх2 – умножитель частоты на два

ЧМКГ – частотно-модулируемый кварцевый генератор антенна

 

6. Расчет каскадов передатчика.

 

Расчет транзисторного усилителя мощности.

 

В формулах индуктивности  выводов необходимо подставлять  в нГ, емкости переходов – в  пф, частоту – в МГц.

Исходные данные приведены в пункте 1.

1. Коэффициент использования транзистора по коллекторному напряжению в граничном режиме: , где P_Г = (0,75-0,9)P₁=; S_гр = 15*Р₁/E_k
2. Амплитуда напряжения эквивалентного генератора (ЭГ):
3. Амплитуда тока первой гармоники (ЭГ):
4. Пиковое значение на коллекторе транзистора не должно превышать допустимое:
5. Сопротивление нагрузки ЭГ:
6. Крутизна по переходу:
7. Сопротивление рекомбинации не основных носителей в базе:
8. Крутизна статической характеристики:
9. Угол отсечки
10. Коэффициенты разложения для нулевой и первой гармонических составляющих:   
11. Пиковое обратное напряжение на эмиттерном переходе:
12. Управляющий ток: , где - время пролета не основных носителей.
13. Ток эмиттера:
14. Напряжение на сопротивлении r_э c учетом индуктивности L_э:
15. Первая гармоника напряжения на переходе:
16. Напряжение на активной емкости коллекторного перехода (С_ка) :
17. Ток через емкость С_ка:
18. Ток через сопротивление r_б:
19. Напряжение на r_б:
20. Напряжение на с_kп – пассивной емкости коллекторного перехода:
21. Ток через с_kп:
22. Сопротивление потерь коллектора r_k, приведенное к параллельному эквиваленту относительно пассивной емкости коллекторного перехода:
23. Ток источника возбуждения транзистора:
24. Напряжение на индуктивности вывода базы:
25. Напряжение возбуждения транзистора:
26. Первая гармоника тока коллектора:
27. Амплитуда напряжения на нагрузке:
28. Входное сопротивление для первой гармоники:
29. Мощность возбуждения:
30. Мощность в нагрузке:
31. Постоянная составляющая тока коллектора:
32. Потребляемая мощность:
33. Коэффициент полезного действия:
34. Коэффициент усиления по мощности:
35. Допустимая мощность рассеивания транзистора: , где t_ндоп , t_k – допустимая температура перехода и температура корпуса транзистора соответственно; R_пк – тепловое сопротивление перехода – корпус транзистора (⁰С/Вт).
36. Мощность, рассеиваемая в транзисторе, не должна превышать допустимую:
37. Сопротивление нагрузки на внешних выводах транзистора:

 

Расчет каскадов производился, начиная с выходного каскада при помощи программ gww.exe и gww_m.exe. Данные, полученные при расчете приведены ниже.

 

6.1. Расчет ТУК3.

 

Программа для  расчета gww.exe

Pнагр = 8E+0000 / 0.8 = 1E+0001 Вт

             ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА    2t934B

┌──────┬──────────╥──────┬──────────╥──────┬──────────┐

│F,МГц │ 370      ║ P,Вт │ 15       ║ oe/ob│ oe       │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│Ft,МГц│ 1000     ║ H21  │ 75.0     ║Skr,См│ 0.66     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Ek,В │ 28.0     ║ Es,В │  0.7     ║  Kp  │   ----   │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│Ukd,В │   60     ║ Ub,В │  4.0     ║Ik0m,А│ 2.00     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Rpk  │ 4.40     ║ Tp,Гр│  160     ║ Tk,Гр│   40     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Ce,пФ│ 210.0    ║Cka,пФ│  6.0     ║Ckp,пФ│ 18.0     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Rb,Ом│  1.9     ║Rem,Ом│ 0.00     ║ Rk,Ом│ 1.00     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Lb,нГ│ 2.80     ║ Le,нГ│ 1.00     ║ Lk,нГ│ 2.50     │

└──────┴──────────╨──────┴──────────╨──────┴──────────┘

             РАСЧЕТ НА ЗАДАННУЮ МОЩНОСТЬ

                 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

кси критич.= 6.5E-0001      Uгенер   = 1.8E+0001 В

Iгенер     = 1.4E+0000 А    Uкэ пик  = 4.6E+0001 В

Rнаг       = 1.3E+0001 Ом   Sперех   = 3.7E+0001 См

Rрек.      = 2.0E+0000 Ом   крутизна = 1.9E+0001 См

Rколл      = 3.2E+0002 Ом   угол отс = 8.9E+0001 Гр

Гамма1     = 4.9E-0001      Гамма0   = 3.1E-0001

Uбэ пик    = 1.5E+0000

Iu (А)   = -1.550E-01 + 1.039E+00j

Up1 (В)  =  1.083E+00 + 1.615E-01j

Ie1 (А)  =  1.240E+00 + 1.039E+00j

Ue (В)   = -2.416E+00 + 2.883E+00j

Ucka (В) =  1.936E+01 + 1.615E-01j

Icka (А) = -2.252E-03 + 2.700E-01j

Ib1s (А) = -1.572E-01 + 1.309E+00j

Urb (В)  = -2.987E-01 + 2.488E+00j

Uckp (В) =  1.906E+01 + 2.649E+00j

Ickp (А) = -1.109E-01 + 7.976E-01j

Irks (А) =  5.934E-02 + 8.247E-03j

Ib1 (А)  = -2.681E-01 + 2.107E+00j

Ulb (В)  = -1.372E+01 - 1.745E+00j

Uw (В)   = -1.535E+01 + 3.788E+00j

Ik1 (А)  =  1.508E+00 - 1.068E+00j

Uk (В)   =  1.586E+01 + 2.883E+00j

Без учета Lk   Zn0 (Ом)   =  6.104E+00 + 6.232E+00j

               f_n (Гр)   =  4.6E+0001

На выводах  КЭ  Zn (Ом)    =  6.104E+00 + 4.204E-01j

               Yn (1/Ом)  =  1.631E-01 - 1.123E-02j

Lн пос  =  1.8E-0001 нГ      Cн кор  =  1.0E+0003 пФ

Lн пар  =  3.8E+0001 нГ      Cн кор  =  4.8E+0000 пФ

Zw1 (Ом)   =  2.681E+00 + 6.943E+00j

Yw1 (1/Ом) =  4.840E-02 - 1.253E-01j

Lвх пос  =  3.0E+0000 нГ     Cвх кор  =  6.2E+0001 пФ

Lвх пар  =  3.4E+0000 нГ     Cвх кор  =  5.4E+0001 пФ

Pвоз   = 6.0E+0000 Вт   Pнагр = 1.0E+0001 Вт

Iк0    = 8.8E-0001 А    Pпотр = 2.5E+0001 Вт

КРД    = 4.2E-0001      Kp    = 1.7E+0000

Pр доп = 2.7E+0001 Вт   Pрас  = 2.0E+0001 Вт

 

6.2. Расчет ТУК2.

 

Программа для  расчета gww.exe

Pнагр = 6E+0000 / 0.9 = 6.(6) Вт

             ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА    2t934b

┌──────┬──────────╥──────┬──────────╥──────┬──────────┐

│F,МГц │ 370      ║ P,Вт │ 8.9      ║ oe/ob│ oe       │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│Ft,МГц│ 1000     ║ H21  │ 75.0     ║Skr,См│ 0.33     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Ek,В │ 28.0     ║ Es,В │  0.7     ║  Kp  │   ----   │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│Ukd,В │   60     ║ Ub,В │  4.0     ║Ik0m,А│ 1.00     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Rpk  │ 8.80     ║ Tp,Гр│  160     ║ Tk,Гр│   40     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Ce,пФ│ 115.0    ║Cka,пФ│  2.9     ║Ckp,пФ│  8.6     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Rb,Ом│  1.9     ║Rem,Ом│ 0.00     ║ Rk,Ом│ 2.00     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Lb,нГ│ 3.10     ║ Le,нГ│ 1.20     ║ Lk,нГ│ 2.50     │

└──────┴──────────╨──────┴──────────╨──────┴──────────┘

             РАСЧЕТ НА ЗАДАННУЮ МОЩНОСТЬ

 

                 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

 

кси критич.= 6.5E-0001      Uгенер   = 1.8E+0001 В

 

Iгенер     = 8.3E-0001 А    Uкэ пик  = 4.6E+0001 В

 

Rнаг       = 2.2E+0001 Ом   Sперех   = 2.2E+0001 См

 

Rрек.      = 3.4E+0000 Ом   крутизна = 1.4E+0001 См

 

Rколл      = 7.0E+0002 Ом   угол отс = 9.1E+0001 Гр

 

Гамма1     = 5.1E-0001      Гамма0   = 3.3E-0001

 

Uбэ пик    = 1.5E+0000

 

Iu (А)   = -8.870E-02 + 5.949E-01j

 

Up1 (В)  =  1.092E+00 + 1.628E-01j

 

Ie1 (А)  =  7.391E-01 + 5.949E-01j

 

Ue (В)   = -1.660E+00 + 2.062E+00j

 

Ucka (В) =  1.937E+01 + 1.628E-01j

 

Icka (А) = -1.098E-03 + 1.306E-01j

 

Ib1s (А) = -8.980E-02 + 7.255E-01j

 

Urb (В)  = -1.706E-01 + 1.379E+00j

 

Uckp (В) =  1.920E+01 + 1.541E+00j

 

Ickp (А) = -3.082E-02 + 3.838E-01j

 

Irks (А) =  2.744E-02 + 2.203E-03j

 

Ib1 (А)  = -1.206E-01 + 1.109E+00j

 

Ulb (В)  = -7.995E+00 - 8.692E-01j

 

Uw (В)   = -8.733E+00 + 2.734E+00j

 

Ik1 (А)  =  8.597E-01 - 5.144E-01j

Uk (В)   =  1.662E+01 + 2.062E+00j

 

Без учета Lk   Zn0 (Ом)   =  1.318E+01 + 1.028E+01j

               f_n (Гр)   =  3.8E+0001

На выводах  КЭ  Zn (Ом)    =  1.318E+01 + 4.470E+00j

               Yn (1/Ом)  =  6.806E-02 - 2.309E-02j

 

Lн пос  =  1.9E+0000 нГ      Cн кор  =  9.6E+0001 пФ

Lн пар  =  1.9E+0001 нГ      Cн кор =  9.9E+0000 пФ

 

Zw1 (Ом)   =  3.282E+00 + 7.515E+00j

Yw1 (1/Ом) =  4.880E-02 - 1.118E-01j

 

Lвх пос  =  3.2E+0000 нГ     Cвх кор  =  5.7E+0001 пФ

Lвх пар  =  3.8E+0000 нГ     Cвх кор  =  4.8E+0001 пФ

 

Pвоз   = 2.0E+0000 Вт   Pнагр = 6.6E+0000 Вт

 

Iк0    = 5.3E-0001 А    Pпотр = 1.5E+0001 Вт

 

КРД    = 4.5E-0001      Kp    = 3.2E+0000

Pр доп = 1.4E+0001 Вт   Pрас  = 1.0E+0001 Вт

 

6.3. Расчет ТУК1.

 

Программа для  расчета gww_m.exe

Pнагр = 2 / 0.9 = 2.22 Вт

             ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА    2t934a

┌──────┬──────────╥──────┬──────────╥──────┬──────────┐

│F,МГц │ 370      ║ P,Вт │ 3        ║ oe/ob│ oe       │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│Ft,МГц│ 1000     ║ H21  │ 75.0     ║Skr,См│ 0.17     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Ek,В │ 28.0     ║ Es,В │  0.7     ║  Kp  │   ----   │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│Ukd,В │   60     ║ Ub,В │  4.0     ║Ik0m,А│ 0.50     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Rpk  │ 17.50    ║ Tp,Гр│  160     ║ Tk,Гр│   40     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Ce,пФ│ 37.5     ║Cka,пФ│  1.8     ║Ckp,пФ│  5.3     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Rb,Ом│  2.0     ║Rem,Ом│ 0.00     ║ Rk,Ом│ 0.50     │

├──────┼──────────╫──────┼──────────╫──────┼──────────┤

│ Lb,нГ│ 3.10     ║ Le,нГ│ 1.30     ║ Lk,нГ│ 2.50     │

└──────┴──────────╨──────┴──────────╨──────┴──────────┘

             РАСЧЕТ НА ЗАДАННУЮ МОЩНОСТЬ

 

                 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

 

кси критич.= 6.5E-0001      Uгенер   = 1.8E+0001 В

 

Iгенер     = 2.8E-0001 А    Uкэ пик  = 4.6E+0001 В

 

Rнаг       = 6.6E+0001 Ом   Sперех   = 7.5E+0000 См

 

Rрек.      = 1.0E+0001 Ом   крутизна = 6.2E+0000 См

 

Rколл      = 7.3E+0003 Ом   угол отс = 9.1E+0001 Гр

 

Гамма1     = 5.2E-0001      Гамма0   = 3.3E-0001

 

Uбэ пик    = 1.5E+0000

 

Iu (А)   = -2.947E-02 + 1.977E-01j

 

Up1 (В)  =  1.096E+00 + 1.634E-01j

 

Ie1 (А)  =  2.496E-01 + 1.977E-01j

Ue (В)   = -5.974E-01 + 7.543E-01j

 

Ucka (В) =  1.937E+01 + 1.634E-01j

 

Icka (А) = -6.838E-04 + 8.107E-02j

 

Ib1s (А) = -3.015E-02 + 2.787E-01j

 

Urb (В)  = -6.031E-02 + 5.575E-01j

 

Uckp (В) =  1.931E+01 + 7.209E-01j

 

Ickp (А) = -8.882E-03 + 2.380E-01j

 

Irks (А) =  2.631E-03 + 9.820E-05j

 

Ib1 (А)  = -3.903E-02 + 5.167E-01j

 

Ulb (В)  = -3.724E+00 - 2.813E-01j

 

Uw (В)   = -3.285E+00 + 1.194E+00j

Ik1 (А)  =  2.886E-01 - 3.190E-01j

Uk (В)   =  1.768E+01 + 7.543E-01j

 

Без учета Lk   Zn0 (Ом)   =  2.627E+01 + 3.165E+01j

               f_n (Гр)   =  5.0E+0001

На выводах КЭ  Zn (Ом)    =  2.627E+01 + 2.584E+01j

               Yn (1/Ом)  =  1.935E-02 - 1.903E-02j

 

Lн пос  =  1.1E+0001 нГ      Cн кор  =  1.7E+0001 пФ

Lн пар  =  2.3E+0001 нГ      Cн кор  =  8.2E+0000 пФ

 

Zw1 (Ом)   =  2.775E+00 + 6.149E+00j

Yw1 (1/Ом) =  6.098E-02 - 1.351E-01j

 

Lвх пос  =  2.6E+0000 нГ     Cвх кор  =  7.0E+0001 пФ

Lвх пар  =  3.2E+0000 нГ     Cвх кор  =  5.8E+0001 пФ

 

Pвоз   = 3.7E-0001 Вт   Pнагр = 2.4E+0000 Вт

 

Iк0    = 1.8E-0001 А    Pпотр = 5.0E+0000 Вт

 

КРД    = 4.8E-0001      Kp    = 6.5E+0000

Pр доп = 6.9E+0000 Вт   Pрас  = 3.0E+0000 Вт

 

6.5. Расчет УЧх3(2).

 

Умножители частоты  на мощных СВЧ биполярных транзисторах, эффект умножения в которых  основан  на нелинейной характеристики транзистора (за счет отсечки тока), работает в  диапазоне частот от 100 МГц до 1Ггц. На этих частотах необходимо учитывать емкость выводов закрытого эмиттерного перехода и потери в материале коллектора.

Мощные СВЧ-транзисторы  обеспечивают выходную мощность от 0,1 Вт до 2 Вт при умножении на 2 и  от 0,01 до 0,1 Вт при умножении на 3. Коэффициент полезного действия их невелик и составляет (25-40)% .

Вследствие обратной связи через емкость коллекторного  перехода C_К транзисторный умножитель частоты, выполненный по схеме с ОЭ, имеет низкие энергетические показатели. Обратная связь через С_К приводит к ухудшению коэффициента формы импульса коллекторного тока, а следовательно,  и к уменьшению коэффициента полезного действия.

При включении транзистора  по схеме с ОБ обратная связь через  С_К отсутствует и выходное напряжение не влияет на форму выходного тока.

Поэтому целесообразно в качестве мощных умножителей брать умножители, собранные по схеме с ОБ.

 

Исходными данными являются:

1) Выходная емкость Р_ВЫХ

2) Коэффициент умножения  n

3) Угол отсечки коллекторного  тока q

4) Частота на входе умножителя f

 

Порядок расчета умножителя следующий:

1. Угол отсечки тока коллектора q при умножении на 2 выбирается 60⁰, а на 3 -  40⁰_.
2. Коэффициенты гармоник a₀, a₁, a_n,g₀, g₁, g_n,

 

g₀=(sinq-qcosq)/p;  g₁=( q-sinqcosq)/p;

g₂=2(sinq)³/3p; g₃=g₂cosq;  a_n=g_n/(1-cosq), n=0,1,2…

 

 

3. Сопротивление потерь коллектора r_К приводит к параллельному эквиваленту относительно выхода транзистора

r`_К=1/[(2pfnc_К)² r_К]

4. Коэффициент использования транзистора по напряжению источника питания

где S_КР – крутизна линии критического режима

       E_П – напряжение источника питания

5. Напряжение n-й гармоники  коллекторного  напряжения U_nk = x_КРE_П

Необходимо проверить  выполнения условия E_П + U_nk < U_кэ.доп

6. Амплитуда n-й гармоники коллекторного тока I_kn= -P_ВЫХ/U_kn
7. Сопротивление нагрузки относительно коллекторного перехода

R_kn=U_kn/I_kn, R_kn< r`_К

8. Амплитуда n-й гармоники тока эквивалентного генератора

I_ГЭ=I_kn(1+R_kn/r`_k)

9. Амплитуда импульса тока коллектора

I_{k max} = I_rn/a_n(q); I_{k max}<I_кр

10. Постоянная составляющая коллекторного тока

I_{k 0} = a_n(q)/I_{k max}

11. Амплитуда тока эмиттера

где f_Т – граничная частота в схеме с ОЭ

12. Коэффициент усиления тока

k_i=I_rn/I_Э1

13. Пиковое обратное напряжение база-эмиттер

U_БЭ.ПИК = -(I_rn(1+cosq)/2pf_Tc_Эg_n(q))+E`; U_БЭ.ПИК< U_БЭ.ДОП

14. Параметры транзистора:

r_b=H₂₁/S_{Р ,}

15. Напряжение смещение, необходимое для обеспечения заданного угла отсечки:

16. Если E_СМ<0, то его можно реализовать с помощью резистора в цепи эмиттера

R_Э=-E_СМ/I_k0

17. Входное сопротивление в последовательном эквиваленте

активное – 

реактивное –

 

18. Входная проводимость в параллельном эквиваленте 

19. Потребляемая мощность

P₀=I_k0E_П

20. Коэффициент полезного действия

h=P_Н/P₀

21. Коэффициент усиления по мощности

k_Р=ki² R_kn/r_вх1

22. Мощность возбуждения на входе умножителя

P_ВХ=P_ВЫХ/K_Р

23. Мощность, рассеиваемая  на транзисторе, не должна превышать  допустимую

P_РАС=Р₀-Р_ВЫХ+Р_ВХ<Р_{РАС.ДОП}

24. Допустимая мощность, рассеиваемая на транзисторе

P_{РАС.ДОП}=(t_Н.ДОП-t_К)/R_ПК

где t_Н.ДОП, t_К – допустимая температура перехода и температура корпуса транзистора соответственно; R_ПК – тепловое сопротивление переход-корпус транзистора (^ОС/Вт).

25. Сопротивление нагрузки  с учетом индуктивности вывода  коллектора L_k и емкость коллекторного перехода С_к в параллельном эквиваленте соответственно 

26. Активная и реактивная  составляющие проводимости  вычисляются как

G_n=1/R_n;   B_n=-1/X_n

 

Расчет маломощного  умножителя частоты.

 

Умножители частоты  на маломощных биполярных транзисторах, эффект умножения в которых основан  на нелинейных характеристики транзистора (за счет отсечки коллекторного тока), работают в диапазоне частот  до 100 МГц. На этих частотах можно не учитывать индуктивности выводов, емкость закрытого эмиттерного перехода и потери в материале коллектора.

Маломощные биполярные транзисторы обеспечивают выходную мощность до 0.1 Вт при умножении на 2 и до 0.01 Вт при умножении на 3. Коэффициент их полезного действия составляет (30-40)%.

Методика расчета маломощных транзисторах основана на следующих  допущениях.

1.Возбуждение  транзистора осуществляется от генератора гармонического напряжения.

2.Интервал рабочих частот удовлетворяет условию nf< f_T

3.Напряжение на коллекторе – гармоническое.

Маломощные умножитель частоты по схеме с ОЭ имеет  отрицательную обратную связь через  емкость коллекторного перехода С_К, которая стабилизирует работу каскада умножителя и повышает его устойчивость. Коэффициент усиления по мощности умножителя частоты достаточно высок и составляет десятки раз.

Поэтому маломощные транзисторные  умножители целесообразно выполнять  по схеме с ОЭ.  

В качестве исходных данных выступают:

1) Выходная емкость  Р_ВЫХ

2) Коэффициент умножения  n

3) Угол отсечки коллекторного тока q

4) Частота на входе  умножителя f

Порядок расчета умножителя следующий

1. Угол отсечки тока коллектора q при умножении на 2 выбирается 60⁰, а на 3 -  40⁰_.
2. Коэффициенты гармоник a₀, a₁, a_n,g₀, g₁, g_n и коэффициент формы тока g_n=a_n/a₀  вычисляются

 

g₀=(sinq-qcosq)/p;  g₁=( q-sinqcosq)/p;

g₂=2(sinq)³/3p; g₃=g₂cosq;  a_n=g_n/(1-cosq), n=0,1,2…

 

3. Режим работы выбирает критическим. Коэффициент использования транзистора по напряжению источника питания 

где w_T=2pf_T – граничная частота транзистора в схеме с ОЭ; С_КА – активная емкость коллекторного перехода; S_КР – крутизна линии граничного режима;         Е_П – напряжение питания. 

4. Напряжение n-й гармоники коллекторного  напряжения U_kn = x_КРE_П.
5. Амплитуда n-й гармоники коллекторного тока I_kn= 2P_ВЫХ/U_kn

сопротивление нагрузки R_MAX = p/(qw_TC_KA)

6. Максимальное сопротивление нагрузки R_MAX = p/(qw_TC_KA).
7. Сопротивление нагрузки умножителя R_Н= U_kn/I_kn; R_Н<R_max.
8. Амплитуда импульса тока коллектора

9. Постоянная составляющая коллекторного тока

10. Амплитуда первой  гармоники тока коллектора 

I_k1=I_MAXa₁

11. Параметры транзистора

      Крутизна  по переходу 

где t_P – температура перехода, ^ОС

Сопротивление рекомбинации неосновных носителей r_b и  крутизна статической характеристики S определяются как

 

 

r_b=H₂₁/S_{Р ,}

Диффузионная емкость  эмиттерного перехода