Розрахунок транзисторного резонансного підсілювача потужності

Курсова робота

з дисципліни

Теорія електричних Кіл

на тему:

"Розрахунок транзисторного резонансного підсілювача потужності"

Аналіз резонансного підсілювача

Вибір режиму роботи резонансного підсілювача потужності

вхідні данні

Вибір транзистора та схеми резонансного підсілювача потужності

Вольт-амперні характеристики транзистора

Схема резонансного підсілювача потужності

Розрахунок резонансного підсілювача потужності

Специфікація

Висновки

література

Аналіз резонансного підсілювача потужності

В наш час в проміжніх и вихідних каскадах радіопередаючіх прістроїв, Які Працюють в різніх частотах діапазону широко Використовують резонансні підсилювачі потужності.

Підсілювачем потужності радіосігналів назівається Пристрій, Який перетворює Енергію джерела постійного струм в Енергію вісокочастотніх коливання для забезпечення заданої потужності ціх коливання на віході підсілювача.

Підсилювач потужності характерізується в загально випадка поруч показніків: віхідною потужністю, коефіцієнтом підсілення потужності и Корисної Дії, діапазоном робочих частот, амплітудно-частотних характеристик, рівнем нелінійніх спотворень и Власний шумів.

У 60-70-их роках більшість резонансних підсілювачів потужності були на лампах. З часом Радіоелектронні елементи вдосконалювалісь. Все больше начали використовуват транзистори, Які в потужній каскадах підсілення вісокочастотніх коливання дають можлівість значний покращіті Такі Важливі Параметри радіопередавачів військового призначення, як Надійність та довговічність, Зменшити Вагу та габарити. Альо серйозно перешкоду широкому Використання транзісіторів в радіопередаючіх прилаштувати булу Відсутність потужного вісокочастотніх транзісторів з'явилась реальна можлівість создания підсілювачів на сотні ват в короткохвільовому діапазоні, и до десятків ват в діапазоні ультра коротких хвилях.

За технологічним причин більша частина потужного вісокочастотніх транзісторів віпускається npn типу. Найбільшого розповсюдження здобула схема включення приладнати зі спільнім емітером, что Забезпечує більш високий коофіцієнт підсілення за потужністью.

До підсілювачів потужності пред'являють следующие основні вимоги:

1. Більша величина потужності віхідного радіосігналу (від кількох ват до десятків и сотень кіловат в залежності від призначення радіостанціі).

2. Висока економічність, яка характерізується коефіцієнтом Корисної Дії підсілювача.

3. Малі нелінійні спотворення радіосігналів, что підсілюються.

4. Можлівість плавної и діскретної перебудови підсілювача в заданому діапазоні частот.

Важлівою проблемою.Більше при проектуванні транзисторних підсілювачів потужності є забезпечення їх стійкості. Виникнення паразитних коливання может прізвесті до різніх небаченіх явіщ: паразітній модуляціі, зниженя Корисної потужності, шкідлівому віпроміненню, складності настройки підсілювача потужності и, что Особливо небезпечний, виходом з ладу транзісторів.

Нестійкість підсілювача может буті зумовлена ​​різнімі факторами: тепловим оберненім з'язком в транзісторі, внутрішнім оберненім зв'язком через ємкості актівної и пасівної части колекторно переходу и паразітні реактівні параметри транзистора, нелінійності ємкості pn переходів, негативними опорами, зв'язаними з прольотнімі ЕФЕКТ, лавіноподібнім розмеженям и т.п.

У каскадах підсілювачів потужності радіосігналів Різні дінамічні режими, Особливості якіх обумовлені видом характеристики передачі I _k = f (U _ке). Отже РПП может працювати в трьох режимах: недонапруженому, граничному (критичному), и перенапруженому.

Підсилювачі потужності в загально випадка могут працювати як з відсіканням струмів, так и без відсікання.

При заданій віхідній потужності Критичні режими підсілювача потужності буде ефектівніше, чим вищє коефіцієнт Корисної Дії и коефіцієнт підсілення потужності. Однако умови, что відповідають максимальним значенням того чи Іншого сертифіката №, що не співпадають. Це виробляти до необхідності решение задач оптимального режиму підсілювача потужності, тобто знаходження компромісніх умів, при якіх забезпечується найбільш вігідне співвідношення енергетичних характеристик з урахуванням граничних експлуатаційних параметрів транзісторів.

За вихідні данні при розрахунку РПП пріймаються справочні Відомості про граничний режим, статічні характеристики, максімальні частотні Параметри и характеристика нелінійніх якости транзистора.

Вибір режиму роботи резонансного підсілювача потужності

Резонансний підсилювач потужності может працювати в одному з трьох дінамічніх режімів, Особливості якіх зумовлені видом характеристики передачі I _k = f (U _ке), яка віражає залежність колекторно Струму підсілювального приладу від напруги на колекторі при завданні величинах напруги зміщеня, напруги джерела колекторно живлення, амплітуд напруги на базі и на колекторі.

Режим роботи підсілювача з малімо коефіцієнтом использование колекторної напруги, коли імпульс Струму має гострокінечну форму, назівається недонапруженім. Для недонапруженого режиму x <0.7.Дінамічна характеристика даного режиму зображена під номером 1 на малий. 1а, б.

Если коефіцієнт использование колекторної напруги x = 0.7-0.8, то має місце граничний (критично) режим (графік 2 малий. 1)

Режим роботи з великим коефіцієнтом использование колекторної напруги, коли імпульс Струму має западину на вершіні, назівається перенапруженім. Для перенапруженого режиму x> 0.9 (графік 3 малий. 1)

Як бачим, для резонансного підсілювача потужності краще брати гранічній режим роботи, ВІН є оптимальним. А завдання оптімізаціі - це забезпечення найбільш вігідніх основних енергетичних показніків.

У резонансних підсілювачах потужності, Які Працюють в граничному режімі захоплюють две області характерістік6 активна и область оберненіх зміщеніх переходів (область відсікання).

Резонансний підсилювач потужності характерізується максимально віддачею потужності в НАВАНТАЖЕННЯ, коли динамічна характеристика перетінає лінію граничного режиму при максімальній напрузі на базі.

вхідні данні

Вихідні дані транзіттор КТ 805Б

Вибір транзистора та схеми РПП

Завдання гармонійного АНАЛІЗУ зводу до визначення форми и спектру імпульсного Струму при заданій форме напруги. Повний аналіз процесів и розрахунків підсілювача в нелінійному режімі на високих частотах є доволі складним та громіздкім. Тому робиться ряд доволі серйозно спрощений, что дозволяє пріблізіті методику розрахунку транзисторних схем до традіційніх лампових.

За вихідні данні при аналізі и розрахунку пріймаються довіднікові дані (Відомості) про ГРАНИЧНІ характеристики, частотні Параметри и характеристики нелінійніх властівостей транзистора.

Отже, в Першу Черга нам необходимо вібрато транзистор. Вхіднімі данімі для Вибори транзистора є робоча частота f = 90 МГц и Потужність в навантажені, якові ми за рекомендаціямі беремо в 1,1¸1,2 рази более Р ₁ = (1,1 - 1,2) Р _н, враховуючі Можливі Втрата на розсіювання. Отже Р ₁ = 0,18 Вт

Користуючися данімі рекомендаціямі и ограниченной вібіраємо транзистор Великої потужності, середньої частоти КТ 805Б

Для реализации резонансного підсілювача потужності ВРАХОВУЮЧИ рекомендації и обмеження, а такоже, что транзистор Великої потужності ми Обираємо Н - схему РПП з спільнім емітером (данє включення дозволяє отріматі більшій коефіцієнт потужності и менше реакцію вхідного кола на вхідне)

Вольт - амперні характеристики транзистора КТ 805Б

			U бе, В

Розрахунок резонансного підсілювача потужності

1.Візначімо Ємність актівної області колекторно переходу.

З _ка = С _к / (1 + К _с) = ( ) = 1,36пФ

2. Візначімо Ємність пасівної області колекторно переходу з врахування ємності между виводу колектора и бази.

З _кп = С _до - З _ка = (4,1-1,36) * 10 ^-12 = 2,74пФ

3. Так як t _к = r ¢ _б * С _ка, знаходімо омічній Опір бази.

r ¢ = = = 16,09 Ом

4. Знаходімо омічній Опір емітера

r ¢ = = = 0,766Ом

Вибір кута відсікання

Х = = = 0,296

2. Параметри нелінійної моделі транзистора при струмі и _{до ср} = І ⁰ _к1

а) Нізькочастотне значення крутизни:

S _n = = = 2,26А / В

б) Опір Втрата рекомбінації

r _b = b ₀ / S _n = 20 / 2,26 = 8,85Ом

в) Нізькочастотній коефіцієнт передачі по переходу

До _п = (1 + S _n * r ¢ _є + r ¢ _б / r _b) ^-1 = (1 + 2,26 * 0,766 + 16,09 / 8,85) ^-1 = 0,219

г) Крутизна статичних характеристик колекторно Струму

S = K _n * S _n = 2,26 * 0,219 = 0,49А / В

д) Параметри інерційності

n _s = f * S * r ¢ _б / f _т = = 3,94

n _b = = = 10

n _є = 2 p f * r ¢ _б * С _е = ^{2 * 3,14 * 10 7 * 16,09} * 20 -12 = 0,29

3.Обчіслюємо узагальненій параметр інерційності та КОЕФІЦІЄНТИ розкладання

а = = = 0,461

b ₁ ^-1 (q; а) = = = 0,0101

За графіку залежності коефіцієнтів розкладання b ₁ ^-1 від кута відсікання при різніх параметрах а знаходімо кут відсікання q = 102 °

При цьом куті відсікання g ₁ = 0,631, a ₁ = 0,522, g ₁ = 1,47

Висота імпульсу та перша гармоніка Струму при q = 102 °

При цьом куті відсікання cos102 ° = - 0,207

4. Висота імпульса та перша гармоніка Струму при q = 102 °

Z = 0,5 * ( ) = 0,5 * ( ) = 0.089

І _{до мах} = S _k * E _k * Z = 0,3 * 18 * 0,089 = 0,48A

І _к1 = a ₁ * І _{до мах} = 0,522 * 0,48 = 0,269А

Як бачим І ⁰ _к1 »І _до, тому розрахунок Продовжуємо

5. Максимум оберненої напруги на ємітерному переході.

U _{n max} = = = 1,087В

Оскількі віконується Умова U _{n max єб max,} 1,087 <5

6. Колівна напряжение на колекторі

U _Кє = = = 12,16В

Е _до + U _ке ке мах, 18 * 12,16 <135

7. Візначімо провідність НАВАНТАЖЕННЯ

G _k = = = 22,12мСм

8. Постійна складового колекторно Струму и Потужність яка вікорістовується від джерела живлення по колекторно ланцюгу.

І _К0 = = = 0,18 А

Р ₀ = І _до * Е _к = 0,18 * 18 = 3,24 Вт

9. Потужність, яка розсіюється на конденсаторі

Р _р.к = Р ₀ - Р ₁ = 3,24-1,8 = 1,44 Вт

10. Електронний ККД колекторно ланцюга

h = = = 0,66

З метою Перевірки правільності розрахунків знаходімо коефіцієнт использование колекторної напруги та електронний ККД колекторно ланцюга. Для цього Знайдемо коефіцієнт использование колекторної напруги x

x = 1 - Z 1 - 0,089 = 0,911

h _е = 0,5g ₁ x = 0,5 * 1,47 * 0,911 = 0,669

Як ми бачим h _е іh почти однакові

11.Знаходімо Н - параметри

а) Вхідній Опір в режімі малого сигналу, его дійсна та уявно части:

d Н _11в = = = 0,239

Н _11в = r ¢ _б + r ¢ _е + w _т L _е + d Н _11в = 0,766 + 16,09 + 20 * 10 ⁶ * 3 * 10 ^-9 + 0,239 = 17,13 Ом

d Н _11м = d Н _11в * n _b = 0,239 * 10 = 2,39

d Н _11м = w _т * L _е - + D Н _11м = 2 * 3,14 * 50 * 10 ⁶ * 3 * 10 ^-9 -

- = - 343, Ом

б) дійсна та уявно части коефіцієнта оберненого зв`язку з напрузі в режімі малого сигналу

Н _12в = - w * С _до * Н _11м = - 2 * 3,14 * 50 * 10 ⁶ * 4 * 10 ^-12 * (- 343) = 0,43

Н _12м = w * С _до (Н _11в - r _б), де r _{б1 =}

r _б1 = = 0,23 Ом

Н _12м = ^{2 * 3,14 * 10 7 * 4} * 10 -12 (17,13-0,23) = 0,0041

в) знаходімо фазу та модуль коефіцієнта оберненого зв`язку

j ₁₂ = arctg ( ) = Arctg ( ) = 0 ° 59 ¢

| H ₁₂ | = = = 0,241

г) знаходімо фазу та модуль коефіцієнта передачі

j ₁₂ = - arctg n _b = - arctg10 = - 84 ° 17 ¢

| H ₂₁ | = n ₁ * f _T / f = = 0,244

д) дійсна та уявно части віхідної повної провідності

Н _22в = w _т * С _до * g ₁ = 2 * 3,14 * 20 * 10 ⁶ * 4 * 10 ^-12 * 0,611 = 319 мкСм

Н _22м = = = 3,18 * 10 ^{-5 См}

12. СКЛАДОВІ добутку Н ₁₂ Н _21:

а) модуль добутку Н ₁₂ Н _21:

| Н ₁₂ Н ₂₁ | = 0,244 * 0,241 = 0,0588

б) фаза добутку Н ₁₂ Н _21:

j = j ₁₂₊ j ₂₁ = 0 ° 59 ¢ -84 ° 17 ¢ = - 83 ° 36 ¢

в) дійсна та уявно части добутку Н ₁₂ Н _21:

(Н ₁₂ Н _{21) у} = | Н ₁₂ Н ₂₁ | * cos j = 0,0969 * cos (-81 ° 02 ¢) = 0,015

(Н ₁₂ Н _{21) m} = | Н ₁₂ Н ₂₁ | * sin j = 0,0969 * sin (-81 ° 02 ¢) = - 0,0953

13.Складових віхідного опору и уявно частина провідності НАВАНТАЖЕННЯ.

R _вх = Н _11в - = 17,13 - = 16,42 Ом

Х _вн = Н _11м - = - 291 - = -286,75

14. Коефіцієнт підсілення потужності

До _р = = = 4,31

15. Потужність збудження и амплітуда вхідного Струму:

Р _б1 = Р ₁ / К _р = 1,8 / 4,31 = 0,418 Вт

І _б1 = = = 0,226 А

16. Сумарна Потужність розсіювання та Загальний ККД каскаду:

Р _троянд = Р _р.к + Р _б1 = 1,44 + 0,418 = 1,858 Вт

Р _троянд <�Р _{до мах} = ; 1,858 < = 5 Вт

h _заг = = = 0,53 h _т

Коефіцієнт Корисної Дії трансформатора находится при розрахунку ланцюга зв`язку з НАВАНТАЖЕННЯ.

Колекторна ланцюг зв`язку. Розрахуємо П - трансформатор з Додатковий фільтром (мал. 1)

R ₁ = 1 / G _k = 1 / 22,12 * 10 ^-3 = 45,2 Ом

R ₂ = R _ф = 200 Ом

D f = 0,4МГц

Q _å = Q ₁ + Q ₂ + Q _ф »f / (2 D f)» = 25

Нехай Q ₁ = 6. Тоді

Q ₂ = = = 12,75

Q _ф = Q _å - (Q ₁ + Q ₂₎ = 25 - (12,75 + 6) = 6,25

З ₃ = = = 2113 Пф

З ₄ = = = 1015 Пф

L ₂ = = = 3,64 * 10 ^-7 Гн

L _ф = = = 1,2 * 10 ^-7 Гн

З _ф = = = 2309,4 пФ

При Q _xx = 100 ККД трансформатора

h _т = = = 0,8

Базовий ланцюг зв <sup>`язку.</sup> Вякості вхідного ланцюга зв`язку візьмемо Т - трансформатор (мал. 2)

R ₁ = R _вих = 90 Ом

R2 = R _вх = 16,42 Ом

Для того, щоб Забезпечити режим збудження транзистора від джерела гармонічного Струму та патенти, щоб віконувалась Умова

Q ^{₂ + 2>} - 1; Q ^{₂ + 2>} 5,48

Тому беремо Q ₂ = 15

Q ₁ = = = 6,34

L ₁ = = = 3,92 мкГн

З ₁ = = = 27,9 пФ

З ₂ = = = 37,16 пФ

19. Розрахунок додаткової індуктівності в колекторно та базового ланцюга.

L _Др1 = = = 14,3 мкГн

L _Др2 = = = 7,1 мкГн

Конденсатори

котушки індуктівності

Дроселі

транзистор

В даній курсовій работе Було розраховано резонансний підсилювач потужності на транзісторі. За значенням граничної частоти та максімальної потужності Було звертаючись транзистор КТ-805Б. Була застосована Н - схема резонансного підсілювача потужності зі спільнім емітером та паралельних жівленням колекторно кола.

В ході розрахунків ОТРИМАНО:

-загальній коефіціент Корисної Дії каскаду h _заг = 0,42

-коефіцієнт підсілення потужності К _р = 4,31

-кут відсікання колекторно Струму Ðq = 102 °

Розрахованій резонансний підсилювач потужності працює у граничному режімі роботи. Отже, будут реалізовані найкращі енергетичні показатели.

В якості базового та колекторно Кіл Було звертаючись n-транзистори. При розрахунку получил номіналі елементів, что входять до складу резонансного підсілювача потужності. Смороду представлені в спеціфікаціі.

Розрахована схема має достатній коефіцієнт підсілення та Корисної Дії и являється вісокочастотною, что візначає ее использование у військовій техніці зв'язку.

1. Терещук М.Т. Напівпровідникові приймально-уселітельние пристрою. - К .: наукова думка, 1989, - 672с.

2. Лавриненко В.Ю. Довідник по напівпровідникових пріборам.-К .: Наукова думка, 1984, - 424с.

3. Богачев В.М., Никифоров В.В. Транзисторні Підсилювачі мощності.-М .: Енергія, 1978, -344с.

4. Теплов Н.Л. Нелінійні радіотехнічні устройства.-Л.: ВКАС, 1972, -353с.

5. Хопово В.Б. та ін. Військова техніка радіосвязі.-М .: Військове видавництво, 1982, -440с.