Генерирование и формирование сигналов. Порядок расчета ГВВ на биполярных транзисторах

1.

Основы генерирования и
формирования сигналов
Порядок расчета ГВВ на
биполярных транзисторах

2.

Исходные данные
Исходными данными для расчёта являются:
а) Р1 — мощность в нагрузке.
б) fр — рабочая частота.
в) Еп — напряжение питания.
г) — угол отсечки.

3.

• Необходимо по заданным значениям Р1, fр,
Еп и выбрать транзистор и произвести
электрический расчёт коллекторной цепи в
критическом режиме.
• В результате расчёта необходимо
определить токи и напряжения,
действующие в цепи коллектора, КПД, а
также требуемое критическое
сопротивление нагрузки Rн.кр..

4.

Выбор транзистора по мощности
• Номинальная мощность, отдаваемая
транзистором в нагрузку, Рном должна быть на
(10…15)% больше чем Р1треб, где Р1 треб = Р1/ηсц.
Здесь ηсц — КПД согласующей цепи ГВВ с
нагрузкой (можно принять ηсц ≈ 0,8 … 0,85).
Если в справочнике не указана величина
номинальной мощности, отдаваемой
транзистором в нагрузку, а указана
максимально допустимая мощность,
рассеиваемая на коллекторе Ррас. макс., то
можно принять Рном = Ррас. макс..

5.

Выбор транзистора по частоте
• По частотным свойствам транзистор выбирается таким
образом, чтобы заданная рабочая частота ГВВ fр лежала
в пределах 3fβ < fр < 0,5fТ. Здесь:
f Т — граничная частота усиления по току в схеме с ОЭ
f
. 0
( на этой частоте β уменьшается в раз);
0 • min max — среднее значение коэффициента передачи
по току в схеме с ОЭ (βmin, βmax — минимальное и
максимальное значения статического коэффициента усиления по току, приведенные в справочнике);
• fТ — предельная частота (частота транзита) усиления по
току для схемы с ОЭ (на этой частоте коэффициент
передачи по току уменьшается до единицы).

6.

• Если в справочнике не приводится значение
fТ, а приводится только β — значения
коэффициента усиления по току на
некоторой частоте измерения , то можно
определить частоту транзита в соответствии
со следующим выражением:
• .
f f
Т
изм

7.

Проверка первая
• Далее следует проверить выбранный транзистор по
коэффициенту усиления по мощности, который
можно оценить по следующей формуле:
2
/
/ f Еп
Kp Kp
f p Е/
к
2
P/
P1треб
2
/
/
/
/
K
,
f
,
Е
,
P
• где
— справочные значения.
p
к
Подставляя справочные данные и остальные
численные значения в приведенное выражение,
получаем значения Кр. Если получилось Кр<2, то
необходимо взять другой транзистор. Если Кр>50, то
взять Кр= 50.

8.

Расчет коллекторной цепи
1. По заданному значению угла отсечки θ
определяются значения коэффициентов
Берга α0 и α1.
2. Коэффициент использования источника
питания
кр 0,5 0,5 1
8P1треб
Sкр Eп2 1

9.

О крутизне передаточной
характеристики
• Если очень повезло то в справочнике она есть
• Если просто повезло то в справочнике есть
сопротивление насыщения, при этом
1
S кр
rнас
• Если не очень повезло, то в справочнике будет
напряжение коллектор эмиттер насыщения,
измеренное при конкретном токе, тогда
I изм
S кр
U КЭнас
• Если не повезло и этих данных нет – ищите другой
справочник или другой транзистор

10.

Расчет коллекторной цепи
3. Определяем амплитуду переменного
напряжения на нагрузке
U н.кр кр Еп
4. Определяем амплитуду первой гармоники
коллекторного тока
I к1
2 Pтреб
U н.кр

11.

Расчет коллекторной цепи
5. Определяем амплитуду импульса
коллекторного тока
I к1
Im
1
6. Определяем постоянную составляющую
коллекторного тока
I к 0 I m 0

12.

Вторая проверка
• Проверяем, чтобы максимально
допустимый импульсный ток коллектора
был меньше амплитуды импульса
коллекторного тока.
• Если это условие не соблюдается –
выбираем другой транзистор!

13.

Расчет коллекторной цепи
7. Определяем мощность, потребляемую от
источника питания
P0 I к0 Еп
8. Определяем мощность, рассеиваемую на
коллекторе транзистора
Pрас P0 P1 Pдоп

14.

Третья проверка
• Проверяем, чтобы мощность, рассеиваемая
на коллекторе транзистора была меньше
максимально допустимой.
• Если это условие не соблюдается –
выбираем другой транзистор!

15.

Расчет коллекторной цепи
7. Определяем выходное сопротивление ГВВ
Rн.кр
U1
I1
8. Определяем коэффициент полезного
действия
1
0,5 кр
0

16.

Расчет базовой цепи
1. Определяем амплитуду входного
напряжения
U вх
Im
Sкр (1 сos θ )
2. Определяем напряжение смещения
Ecм Eотс U вхсos θ 0,7 U вхсos θ

17.

Расчет базовой цепи
1. Определяем время дрейфа tдр носителей
через базу
1
1
tдр
Т
2 f T
2. Определяем угол дрейфа φдр (сдвиг фазы
между током и напряжением в
коллекторной цепи)
др 360 f дptдр

18.

Четвертая проверка
• Если угол дрейфа не должен быть больше,
чем (10…12)0.
• Если это условие не соблюдается –
выбираем другой, более высокочастотный
транзистор транзистор!

19.

Расчет базовой цепи
3. Определяем угол отсечки базового и
эмиттерного токов
θэ θб θвх θ 0,5 др
4. Определяем коэффициенты Берга для
полученных углов отсечки базового и
эмиттерного токов α1э= α1б, α0э= α0б

20.

Расчет базовой цепи
5. Определяем постоянную составляющую
базового тока
I б0
I к0
I к0
0 h21Э
6. Определяем амплитуду импульса базового
тока
I бm
I б0
0б

21.

Расчет базовой цепи
7. Определяем амплитуду первой гармоники
базового тока
I б1 I бm 1э
8. Определяем требуемую входную
мощность
Рвх
1
I б1U вх
2
9. Определяем коэффициент передачи по
мощности
Кр
P1треб
Pвх

22.

Расчет закончен!
• Далее нужно определить входное
сопротивление ГВВ, но это тема следующей
лекции.