Расчет оконечного каскада усилительного каскада

6.1 Расчет оконечного каскада усилительного каскада

 

Произведем расчет оконечного каскада усилителя исходя из предъявляемых к нему требований: выходная мощность 0,1 Вт, частота 7,5 ГГц.

Руководствуясь исходными данными, выбираем транзистор 3П602Д-2, со следующими характеристиками:

-    uраничная частота ft, ГГц	12;
-    rрутизна переходной характеристики S, А/В	0,1;
-    напряжение отсечки Eотс, В	-5,1;
-    yапряжение отсечки затвора Eотс з, В	0,5;
-    уапряжение Eс0, В	0,65;
-    cопротивление насыщения rнас, Ом	3;
-    допустимое напряжение стока Uс доп, В	7,5;
-    допустимое напряжение на затворе Eзи доп, В	3,5;
-    допустимая температура tдоп	130;
-    допустимая мощность рассеяния Pрас. доп, Вт	1,35;
-    контактная разность потенциалов Uφ, В	0,8;
-    емкость затвор-канал Сзк, пФ	1,3;
-    емкость сток-затвор Ссз, пФ	0,4;
-    емкость сток-канал Сск, пФ	0,08;
-    сопротивление истока rз, Ом	1;
-    сопротивление истока rи, Ом	1,25;
-    сопротивление стока rс, Ом	1,5;
-    сопротивление канала rк, Ом	5;
-    индуктивность исток Lи, нГн	0,075;

Произведем расчет электрического режима работы транзистора. Расчет производится по методике приведенной в [6].

Существует ограничение на максимально допустимое значение напряжение на стоке U_{с доп}, тогда должно выполнятся неравенство:

пусть E_c=4 В.

Для достижения наибольшего коэффициента усиления по мощности угол отсечки тока стока θ выбираем равным 180˚ (режим А).

Определим амплитуду первой гармоники тока стока:

где мощность P_с1 задают в 1,1…1,2 раза больше мощности требуемой в нагрузке P­_н. Из предварительного расчета мощность излучения должна быть 30 мВт, но так как существуют потери в выходной колебательной системе и в волноводном тракте мощность оконечного каскада должна быть больше.

Затухание в волноводе α=0,0794 дБ/м, длина волноводной линии 30·2 м. Тогда общее затухание в волноводном тракте:
КПД выходной колебательной системы обычно не меньше 95%, тогда мощность выходного каскада должна быть:

то есть выходная мощность, с учетом небольшого запаса, составит Р_н=100 мВт. Одновременно P_с1 не должна превышать P_{с max}. Примем P_с1=1,1·P_н=1,1·0,1=0,11 Вт. Коэффициенты Берга для угла отсечки θ=180˚: α0=0,5; α1=0,5; γ0=1; γ1=1.

Тогда:
Рассчитаем амплитуду первой гармоники напряжения на стоке в граничном режиме:
Находим эквивалентное сопротивление нагрузки:
Постоянная составляющая тока стока и мощность потребляемую от источника питания:
Определяем усредненные по первой гармонике емкости С_зк и С_сз:
где

тогда:

Рассчитаем усредненное значение сопротивления канала по первой гармонике:

где

тогда:

Для расчета сопротивления r_с0, характеризующего влияние обратной связи в полевых транзисторах с барьером Шотки, сначала определим несколько вспомогательных коэффициентов:
где

и затем:

Рассчитываем выходную мощность:

Определим значения элементов L_вх, С_вх, r_вх в эквивалентной схеме входной цепи на рис. 2.5.1:
Рисунок 6.1 – Эквивалентная схема транзистора
Определяем амплитуду входного тока:

Расчет входной мощности и коэффициента усиления по мощности:

(2.5.1)

Определим коэффициент полезного действия и мощность, рассеиваемую

в транзисторе, которая не должна превышать предельно допустимую:

что не превышает предельно допустимой мощности рассеивания.

Определим напряжение смещения на затворе:

Рисунок 6.2 – Схема оконечного усилительного каскада