Проектирование высокочастотного генератора синусоидальных сигналов

Важными параметрами являются также крутизна характеристики тока коллектора

при (1.10)

и напряжение среза , определяемое для заданного рабочего напряжения на коллекторе

рисунок 1.3б.

Главную особенность работы транзистора на высоких частотах составляет влияние времени пробега носителей тока. Это время невелико и на сравнительно низких частотах им можно пренебречь, но с повышением частоты влияние это значительно увеличивается. Действие времени проявляется, прежде всего в том, что заряды, инжектированные эмиттером в один и тот же момент времени, приходят к коллектору в разное время. Появляется рассеяние носителей тока, которое приводит к уменьшению коэффициента усиления транзистора по току, тем более сильному, чем выше частота генерируемых колебаний. Инерционность носителей тока приводит также к возникновению между первой гармоникой коллекторного тока и коллекторного напряжения на контуре фазового сдвига φпр, зависящего от времени движения носителей тока

Существенное влияние на работу транзисторного генератора в области высоких частот оказывают емкости эмитерного и коллекторного p – n переходов транзистора. С повышением частоты для поддержания на требуемом уровне коллекторного тока и полезной мощности на выходе генератора необходимо увеличить амплитуду напряжения возбуждения на участке база – эмиттер.

3 Электрический расчет схемы

Порядок расчета LC-генератора на транзисторе. Основными техническими данными для расчета транзисторного LC-генератора являются: выходная мощность, отдаваемая автогенератором в нагрузку, Рвых и частота генерируемых колебаний fр. Порядок расчета транзисторного генератора рассмотрим применительно к схеме, приведенной на рис. 9.2,а.

1.Выбираем тип транзистора. При заданном значении Рвых мощность Рк, которую должен отдать транзистор в контур, составляет

РК =Рвых/ηк, (1.11)

Вт

Где ηк, - КПД контура.

При повышенных требованиях к стабильности частоты автогенератора КПД контура ηк выбирают в пределах 0,1…1,2. В остальных случаях его можно увеличить до 0,5…0,8.

Выбирая транзистор, необходимо исходить из условий

РК max >PK , (1.12)

fmax ≥fp, (1.13)

где РК max –максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора выбранного транзистора; fmax –максимальная частота генерации биполярного транзистора; выбранного типа. Параметры РК max = 0,4Вт. и fmax = 200 МГц. высокочастотных транзисторов приведены в справочнике по полупроводниковым приборам (взяли транзистор КТ 668В, или его аналог BС393)

2. Рассчитываем энергетический режим работы генератора. Выбираем импульс коллекторного тока косинусоидальной формы. Считая, что в критическом режиме угол отсечки тока коллектора θ=90° ,по графикам рис.1.2 находим коэффициенты разложения импульса коллекторного тока α1=0,5; α0=0,318.

Находим усредненное время движения τп носителей тока между p-n переходами транзистора по формуле

τп≈1/2πfmax (1.14)

c

Вычисляем угол пробега носителей тока

φпр=2πfрτп (1.15)

Вычисленное по формуле (1.15) значение φпр выражаем в градусах. При этом учитываем, что при φпр=2π угол φпр=360°. Находим угол отсечки тока эмиттера

θэ=θ-φ°пр (1.16)

;

По графикам рис. 1.2 определяем коэффициенты разложения импульса эмитерного тока α1(Э) и α0(Э)

Напряжение питания можно определить по формуле (1.17) при этом Uk берем в пределах 0,8…1,2 В:

(1.17)

;

Коэффициент использования коллекторного напряжения выбираем из соотношения:

ξ=1-2Рк/Ек2Sкрα1 (1.18)

;

где Sкр – крутизна линии критического режима выбранного транзистора (при отсутствии данного параметра в справочнике значение Sкр определяют графически в семействе идеализированных выходных характеристик транзистора; из справочника возьмем Sкр=0,03).

Определяем основные электрические параметры режима:

амплитуду переменного напряжения на контуре

Uмк=ξ|Ek|; (1.19)

амплитуду первой гармоники коллекторного тока

IK1m=2PK/Umk; (1.20)

;

Постоянную составляющую коллекторного тока

IKпост=α0IK1m/α1 (1.21)

;

максимальное значение импульса тока коллектора

IKи max= IK1m/α1 (1.22)

;

мощность, расходуемую источником тока в цепи коллектора

Р0=IKпост|Ek|; (1.23)

;

мощность, рассеваемую на коллекторе

РК рас=Р0-РК (1.24)

;

причем необходимо, чтобы

РК рас<РK max (1.25)

КПД по цепи коллектора

η=РК/Р0 (1.26)

;

Эквивалентное резонансное сопротивление контура в цепи коллектора

Rрез=Umk/IK1m (1.27)

;

Находим коэффициент передачи тока транзистора в схеме с ОБ на рабочей частоте

h21б(fp)=h21б/ (1.28)

;

Где h21б(fp) – коэффициент передачи тока на низкой частоте; f h21б(fp)-предельная частота коэффициента передачи тока биполярного транзистора выбранного типа.

Для определения параметра h21б (значение которого не всегда приводится в справочниках) может быть использована формула

h21б= h21э/(1+ h21э) (1.29)

;

где h21э-коэффициент передачи тока биполярного транзистора в режиме малого сигнала в схеме с ОЭ.

 Скачать реферат