Практическая работа отчет по умножителям. отчет по умножитель пр 2. Расчет умножителей частоты на биполярном транзисторе

• Название: Расчет умножителей частоты на биполярном транзисторе
• Анкор: Практическая работа отчет по умножителям
• Дата: 18.10.2020
• Размер: 192 Kb.
• Имя файла: отчет по умножитель пр 2.doc
• Тип: Практическая работа; #143838

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Юго-Западный государственный университет» (ЮЗГУ)
Кафедра космического приборостроения и систем связи


Отчёт по выполнению практической работы № 2

на тему «Расчет умножителей частоты на биполярном транзисторе»

дисциплина: Радиопередающие и радиоприемные устройства


Выполнил: студент 3го курса

Группы ИТ-71З

Комаренко С.В.
______________ «___»___________ 2020 г.

Проверил: преподаватель

Терещенко Е. М.


______________ «___»___________2020 г.
Курск 2020

Практическая работа

Расчет умножителей частоты на биполярном транзисторе

Рис.1 Схема умножителя частоты на биполярном транзисторе
Для расчета режима работы активного элемента в транзисторном умножителе частоты (УЧ) применимы соотношения для расчета режима работы активного элемента в транзисторных усилителях мощности. Отличием является то, что вместо величин I_к1, P₁, η₁=P₁/P₀ на первой гармонике рассчитывают величины I_кn, P_n, η_n=P_n/P_0n на n-й гармонике.

При необходимости получить максимальную выходную мощность P_вых целесообразно в расчетах I_кn применять коэффициенты разложения Берга α_n(θ). При необходимости получения максимального коэффициента передачи К_i используют коэффициенты разложения Берга γ_n(θ).

На рис.1 представлена типовая схема УЧ. В отличие от схемы усилителя мощности реактивность нагрузки Z_н в коллекторной цепи транзистора VT настроена на n-ю гармонику входного напряжения. Резистор R_см является элементом отрицательной обратной связи по постоянному току. Емкость С_бл исключает отрицательную обратную связь по переменному току. Резисторы R₁, R₂ - делитель напряжения цепи постоянного смещения на базе транзистора. Входной трансформатор Тр согласовывает выходное сопротивление источника сигнала U_вых(f_гет) с входным сопротивлением УЧ. С_р - разделительная емкостью. С_к – емкость входного контура.

Расчет коллекторной цепи УЧ

1. Выбираем напряжение питания из условия E_к≤U_{к доп}/2.

2. Коэффициент использования коллекторного напряжения на n-й гармонике

,

где P_n – мощность n-й гармоники;

r_нас – сопротивление насыщения транзистора;

– коэффициент разложения Берга по n-й гармонике;

θ=120º/n – угол отсечки высокочастотного напряжения для n-й гармоники.

3. Коэффициент распределения тока

ϰ ,

где ;

S_гр – граничная крутизна характеристики транзистора;

- вещественная часть выходной проводимости транзистора на частоте nω;

ω_t=f_изм│h_21э│_{при fизм} – граничная частота усиления транзистора;

τ_s=Sr_б/ ω_t – постоянная времени в активной области;

S – крутизна характеристики транзистора;

С_ка=С_к/2 – активная составляющая емкости коллекторного перехода, равная половине полной емкости С_к коллекторного перехода.

4. Проверяем возможность получения заданной мощности n-й гармоники на выходе транзистора

P_n=0,5α_n(θ)I_{к доп}E_{к доп}ξ_грnϰ≥P_{n зад}.

5. Амплитуда коллекторного напряжения на n-й гармонике

U_{к мn}=ξ_грnE_к.

6. Пиковое напряжение К-Э на n-й гармонике

U_{к пикn}=E_к+U_{к мn}.

7. Амплитуда гармоник тока

I_кn=2P_n/U_{к мn}.

8. Амплитуда импульса коллекторного тока на n-й гармонике

I_кимn=I_кn/α_n(θ).

9. Постоянная составляющая коллекторного тока на n-й гармонике

I_к0n=I_кимnα_n(θ).

10. Мощность, потребляемая по коллекторной цепи на n-й гармонике

P_0n=I_к0nE_к.

11. Мощность, рассеиваемая коллектором на n-й гармонике

P_кn=P_0n−P_n.

12. Коэффициент полезного действия на n-й гармонике

η_n=P_n/P_0n.

13. Сопротивление нагруженной коллекторной цепи на n-й гармонике

R_n=U_{к м}/I_кn.

Расчет базовой цепи УЧ

1.Коэффициент усиления транзистора по мощности на n-й гармонике

.

2. Мощность входного сигнала на первой гармонике

P_вх1=P_n/K_pn.

3. Первая гармоника тока базы

.

4. Амплитуда входного ВЧ сигнала на первой гармонике

U_{бэ макс}=2P_вх1/I_б1.

5. Напряжение смещения на базе транзистора

E_б=E^′_б−U_{бэ макс}cosθ=U_отс.

Суммарное напряжение смещения на базе транзистора E_б состоит из напряжения постоянного смещения E^′_б, создаваемого делителем R₁, R₂ и напряжения обратной связи по постоянному току U_{бэ макс}cosθ и должно быть равно напряжению отсечки U_отс.

E^′_б=U_отс+U_{бэ макс}cosθ.

6. Резистивный делитель напряжения постоянного смещения

R_дел=R₁+R₂=E_к/I_дел,

где ток делителя принимают из условия I_дел=10I_б0;

I_б0=I_б1α₀(θ) – постоянный базовый ток, обусловленный первой гармоникой;

- коэффициент разложения Берга по 0-й гармонике;

R₂=E^′_б/I_дел;

R₁=R_дел−R₂.

7. Входное сопротивление по первой гармонике

R_вх1=U_{бэ макс}/I_б1.

Задание Рассчитать УЧ на биполярном транзисторе.

Исходные данные для расчета.

f_вх=60Мгц; f_вых=3f_вх=180МГц; P_{3 зад}=5Вт; θ=120º/3=40º; α₀(40º)=0,138; α₃(40º)=0,188.

Выбираем транзистор КТ925В с параметрами:

- допустимый импульсный ток коллектора I_{к и доп}=8,5А;

- допустимый постоянный ток коллектора I_{к доп}=3,3А;

- допустимое коллекторное напряжение U_{к доп}=36В;

- максимальная полезная выходная мощность P_вых=20Вт;

- максимальная рассеиваемая мощность P_{рас макс}=25Вт;

- модуль коэффициента передачи с общим эмиттером │h_21э│_{при fизм=100МГц}=4,5;

- крутизна характеристики транзистора S=2,6А/В;

- граничная крутизна характеристики транзистора S_гр=2А/В;

- сопротивление насыщения транзистора r_нас=1/S_гр=0,5Ом;

- сопротивление базы транзистора r_б=1Ом;

- напряжение отсечки на базе транзистора U_отс ;

- емкость коллектора транзистора С_к=120пФ.

Расчет коллекторной цепи УЧ

1. E_к≤U_{к доп}/2≤36В/2=18В, с учетом незначительного запаса принимаем E_к=15В.

2. = =0,86.

3. С_ка=С_к/2=120пФ/2=60пФ;

ω_t=f_изм│h_21э│_{при fизм}=6,28*10⁸Гц*4,5_{при fизм=100МГц}=2826*10⁶рад/с;

τ_s=Sr_б/ω_t=2,6А/В*1Ом/(2826*10⁶рад/с)=7,07*10^-10с;

θ=120º/n=120º/3=40º=0,7рад;

=0,015См;

=0,7*0,015См/(2А/В*3,14*0,188)=0,009;
ϰ =1−0,009*0,86/(1−0,86)=0,89.

4. P₃ =0,5α₃(θ)I_{к доп}E_{к доп}ξ_гр3ϰ =0,5*0,188*3,3А*36В*0,86*0,89=8,55Вт ˃ P_{3 зад}=5Вт.

5.U_{к м 3}=ξ_гр3E_к=0,86*15В=12,9В.

6. U_{к пик3}=E_к+U_{к м 3}=15В+12,9В=27,9В.

7. I_к3,=2P₃/U_{к м 3}=2*5Вт/12,9В=0,78А.

8. I_ким3=I_к3/α₃(θ)=0,78А/0,188=4,15А<8,5А.

9. I_к03=I_ким3α₃(θ)=4,15А*0,188=0,78А.

10. P₀₃=I_к03E_к=0,78А*15В=11,7Вт.

11. P_{к рас3}=P₀₃−P₃=11,7Вт−5Вт=6,7Втрас макс=25Вт.

12. η₃=P₃/P₀₃=5Вт/11,7Вт=0,43.

13. R₃=U_{к м3}/I_к3=12,9В/0,78А=16,5Ом.

Расчет базовой цепи УЧ

1. =16,5Ом*(450*10⁶Гц/180*10⁶Гц)²/(1Ом+0,5Ом) =68,8.

2. P_вх1=P₃/K_p3=5Вт/68,8=0,07ВТ.

3. =0,78А*180*10⁶Гц/(4,5*100*10⁶Гц)=0,312А.

4. U_{бэ макс}=2P_вх1/I_б1=2*0,07ВТ/0,312А=0,45В.

5. E^′_б=U_отс+U_{бэ макс}cosθ=0,7В+0,45Вcos40º=1,015В.

6. I_б0=I_б1α₀(40º)=0,312А*0,138=0,04А;

I_дел=10I_б0=0,4А;

R_дел=R₁+R₂=E_к/I_дел=15В/0,4А=37,5Ом;

R₂=E^′_б/I_дел=1,015В/0,4А=2,5Ом;

R₁=R_дел−R₂=37,5м−2,5Ом=35Ом.