|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы 2.5. Расчет ГВВ на транзисторах с барьером LQottkh Для электрического расчета генератора на полевых транзисторах с барьером Шоттки (ПТШ) используют параметры транзисторов, приведенные в табл. 1.3. Приводимая ниже методика расчета составлена на основе [2.8]. 1. Если есть ограничение на максимальный ток стока, оценивают максимально возможную мощность, которую может обеспечивать цепь стока транзистора в граничном режиме: Pel max = 0,5ai()/c.Hac[ic - Ео - ао()/с.нас(Гс + Г„)], (2.30) где /с.нас - ток насыщения или максимально допустимый ток стока; ЕсО - пороговое напряжение стока; Гс и Ги - сопротивление материала стока и истока транзистора; Е - напряжение питания стока, которое обычно выбирают равным паспортному значению на данный транзистор. Если оговаривается максимально допустимое значение напряжения на стоке /?си.доп, то должно обеспечиваться Ее < 0,5(£си.доп + Ео)-Для достижения наибольшего Кр угол отсечки тока стока в выбирают равным 180° (режим А) или 120° (режим АВ). Часто расчеты проводят для двух режимов, которые сравнивают по КПД и Кр, и выбирают наилучший. На пониженных частотах, когда имеется достаточный запас в Кр, берут в = 90° (режим В). 2. Определяют амплитуду первой гармоники тока стока из (2.30) при замене /с.нас = lci/oii{0) аг{в)Ее-Есо I (. аг{в) Е. - ЕрУ а,{в) r + r { ао{в) r + r J ао{в) г. (2.31) где мощность Pel задают в 1,1... 1,2 раза больше мощности, требуемой в нагрузке Рд. Одновременно Pd не должна превышать Pcimax- При выборе Рн используют экспериментальные данные табл. 1.3 и [1.2-1.4]. 3. Рассчитывают амплитуду напряжения первой гармоники на стоке в граничном режиме f/cirp = Е,- Е,о - [ao()/ai()]/ci(rc + г»). (2.32) 4. Находят эквивалентное сопротивление нагрузки Дэк = f/cirp/ci. приводимое к генератору тока стока i* на рис. 1.5,6. 5. Определяют постоянную составляющую тока стока Io = = [ao{0)/ai{e)]lci и мощность, потребляемую от источника питания, Ро = EJ,o- 6. Вычисляют усредненные по первой гармонике емкости Сж и Ссз. Сзк! = Сзк/(1 - <Эзо); Ссз! = Ссз(1 - <Эзо), где Озо = -[/сОсо5/2л-Л7о()+Сск£с1/2Сзк£о; Е* = Ес-1со{гс + г); Ео = Еф + \Еотс\: Еф = 0,8 В - контактная разность потенциалов барьера Шоттки. 7. Рассчитывают усредненное значение сопротивления канала по первой гармонике: /п п 2xrnяO 2 3Jci[To(-g)-0,5T2(:r-rg)]] Гкан! = Гкан \ (1 " <Эзо) + (0,531)--оТТТШ / где q31 = 2СзкЕо + СскСс! 27г/.71() ; 72(т -в)= sin(;r - в). ... . [27rfr7i{e) 8. Для расчета сопротивления Гос, характеризующего влияние обратной связи в ПТШ, сначала определяют несколько вспомогательных коэффициентов: а = 1 + 27г/т71()Сскйэк; 6 = 27г/т71()Ссз1?-кан1а; X = 1 + Cc3l/CcKl + 2л-Л71()Со Дэк, где Со = Ссз1 + Сск(1 + Ссзх/СзкО. и затем Гос = 2л-Л71()Ь„х + «(йэк - Ги - 2гс) + г„(х - 1) - Гс(х - 1) 9. Рассчитывают выходную мощность: Рн = 0,5/;! {Дэк - Гс - Ги + [ /г71 ()]гос}. Если Рн более чем на 20...30 % отличается от требуемой, необходимо в (2.31) задать скорректированное значение Pd. 10. Определяют резистивную и реактивную составляющие сопротивления нагрузки = Pj;+jX*, которая должна приводиться к выходу кристалла транзистора (к точкам 2-2 на рис. 1.5,6), для того чтобы обеспечивалось резистивное эквивалентное сопротивление нагрузки Дэк для генератора тока стока г*: Дэк - Гс - Ги + [ /т71()]гос " 1+ [ /.7iOT[(x-1) + 2.5] • {(Дэк-Г„)х- Дэк- i + [f/frii{e)]4ix-iy + 26] -2ж/тъ{в)Ь + [ /т71()][27гЛ71()и(х -S-1)- rS). 11. Рассчитывают значения элементов входного сопротивления кристалла транзистора Lbx. Ск и Гвх (в точках 1-1 на рис. 1.5,6): Ьвх = и/х; Свх = ХСэк1/[а + 27гЛ71()Сэк1Ги]; Гвх = Гэ -Ь [2л-/т71(61)1,и + Ги + аГкан1]/Х-  Рис. 2.10 12. Определяют резистивную и реактивную составляющие входного сопротивления Z*: д:х=г»х: = 2x/i,x - 1/[2х/с„]. 13. Находят амплитуду тока на входе кристалла транзистора (в точках 1-1 на рис. 1.5,6): /вх = Х .fTTl() /с1. (2.33) 14. Рассчитывают входную мощность и коэффициент усиления по мощности: Рвх = 0,57хГвх; Кр = Рн/Рвх- 15. Определяют коэффициент полезного действия: Т) = (Рд - -Рвх)/Ро. 16. Вычисляют мощность, рассеиваемую в транзисторе, которая не должна превышать предельно допустимую: Ррас = Ро - Рн + Рвх Рк.доп- 17. Определяют напряжение смещения на затворе: Езц « JEqtc - -7с1 С05/[27гЛ71()Сзк]. Практически цепь смещения затвора ПТШ строится так, чтобы обеспечивать стабилизацию постоянной составляющей тока стока 7со. 18. Рассчитывают максимальное напряжение на затворе, которое не должно превышать допустимое: 27Г/тТ1(с)Сзк 19. Для расчета входного Zx и нагрузочного Z„ сопротивлений транзистора с учетом LC-элементов, расположенных внутри корпуса (рис. 1.5,6), обратимся к эквивалентной схеме на рис. 2.10,а. Элементы i;c;i;C трансформируют Z* в Zbx. а элементы LCLCJ - соответственно Zg в Z*. Для расчета вх и используют эквивалентные преобразования на рис. 2.10,6 последовательной РпосХпос и параллельной Дпар-пар цепочек:  -пар - -п • пос - пар/ 1 -f где X - 27r/L или l/lirfC. Пример. рассчитать генератор на транзисторе зп602а-2 на частоте 4,5 ггц, номинальный режим - граничный. по табл. 1.3 определяем параметры транзистора зп602а-2: крутизна тока стока 5 = 60... 100 ма/в; напряжения отсечки jEoic = -5 ... - 5,2 в и jEoic.s = 0,5 в; пороговое напряжение на стоке jBcO = 0,5 .. .0,8 в; граничная частота /i = 11.. .13 ггц; сопротивления Гкан = 10 ом, гз = 2 ом, ги = 2,5 ом, Гс = 3,0 ом; емкости Сзк = 0,65 пф, Ссз - 0,2 пф, Сек = 0,04 пф; индуктивность = 0,15 нгн; допустимые напряжения: на стоке Яс.доп = 7 в, на затворе Язи.доп = 3,5 в; ток /с.нас = 200 ма; тепловые параметры <„.доп = 130 "с, Ррас.доп - 0,45...0,9 вт. реактивные элементы внутри корпуса транзистора: L, = 0,6 нгн, С, = 0,5 пф, L; = 0,2 нгн, С = 0,7 пф, = 0,6 нгн, С[ = 0,5 пф. L = 0,25 нгн, CJ = 0,2 пф. выбираем jEc = 7 в. задаемся в = 120°, при котором cos(120) = -0,5, ао(120) = 0,405, ai(120) = 0,53, yo(120) = 0,63, 71 (120) = 0,804, тг - 120 = 60°, cos(60) = 0,5 , 70(60) = 0,109, sin(60) = 0,866, 72(60) = (2/3 • 3,14) • (0,866) = 0,138. 1. оцениваем максимально возможную мощность Pel max = 0,5 • 0,53 • 200 • 10-3[7 - 0,6 - 0,405 • 200 • 10-(3 + 2,5)] = 0,315 вт. . 2. задаемся Pel = 0,3 вт. 3. определяем амплитуду первой гармоники тока стока: 0,53 7-0,6 0,53 7-0,б\2 0,53 0,3 4. рассчитываем амплитуду первой гармоники напряжения на стоке: 0,405 1л, = 7 - 0,6 - 0,53 • 0,1(2,5 + 3) = 5,98 В. 5. находим эквивалентное сопротивление: дэк = 5,98/0,1 = 60 Ом. 6. Определяем постоянную составляющую тока: /=0 = -0,1 = 0,076 а. 7. рассчитываем потребляемую мощность: ро = 7 • 0,076 = 0,532 вт. •S. определяем значения усредненных по первой гармонике емкости csi и ccsi. Для этого находим Ео = 0,8-)- 5,2 = 6 в; Е*=7- 0,076(3 + 2,5) = 6,58 в. <ЭзО = - 0,076 (-0,5) 2 3,14 12 -109 . 0,63 0,6.10-2 + 0,04 10-". б 58 2-0,6 10-12 .6 = 0,08; 1 - 0,08 " = • - 0.08) = 0,18 пФ. 9. Определяем = - (2.3,14.12".\о9..0,804 + " " «) 2 . о,6 lU . 6 = 10. Вычисляем усредненное сопротивление канала по первой гармонике: Гкаж! = 10 (1 - 0,08)2 + (0,5 . 0,255)2 - 3 0.1(0,109 - 0,5 0,138) 2 • 3,14 12 109 . 0,804 J = 8,626 Ом. 11. Рассчитываем сопротивление Гос- Для этого находим вспомогательные коэффициенты а, S, емкость Со и х. а = 1 + 2 • 3,14 • 12 • 10 0,804 • 0,04 10"" • 60 = 1,145; « = 2 3,14 • 12 • 10 0,804 0,18 10-2 . g gje -1,145 = 0,1078; Со = 0,18 • 10-" + 0,04 • 10-11 + (0,18/0,65)] = 0,23 пФ; X = 1 + (0,18/0,65) + 2 • 3,14 • 12 10 • 0,804 0,23 Ю""" • 60 = 2,05; Гос = 2 • 3,14.12-10 0,804 0,15 • 10-9 .2,05 + 0,1078(60 - 2,5 -2• 3) + 2,5(2,05 -1)- -3(2,05-1)2 = 21,44. 12. Рассчитываем выходную мощность: / 4,5 109 > Рн = 0,5 0,1= 60 - 3 - 2,5 + •21,44 \ 12-109 . 0,804) 13. Рассчитываем составляющие сопротивления нагрузки Z*: 4,5-109 у 12 109 . 0,804) = 0,296 Вт. 60 - 3 - 2,5 + ( 4,5.109 V12 .109 .0,804; 1(2.05-1)2 + 2.0,1078] 4,5 109 \ 12 109 . 0,804) = 46 Ом; l+f-ilid \12.109 .0,! -2. 3,14 12.10» . 0,15 • 10-9 , ( 4,5 Ips \ 12.109.0, ,804; 1(2,05 - 1)2 + 2.0,1078] 109 \2 (б0 - 2,5) 2,05 - 60- ,804 [2-3,14.12.109.0,804х Х0,15 10-*(2,05 - 0,1078 - 1) - 2,5 0,1078] = 17,5 Ом. 14. Определяем значения элементов Ь,х. С,х и г»» » эквивалентной схеме входной цепи: L,x = 0Д5 .10-V2,05 = 0,073 нГн: С„ = 2,05 • 0,6• 5 • 10-"/[1,145 + 2.3,14.12.10» .0,804 • 0,65 10-*2 .2,5] = 1,09 пФ; г„ = 2 + [2 . 3,14 12 .10» • 0,804 . 0,15 • 10" + 2,5 + 1,145 . 8,6261/2,05 = 11,58 Ом. 15. Рассчитываем составляющие входного сопротивления .Z: Лх = 11,58 Ом; = 2 • 3,14 .4,5 10» • 0,073 10-» - 1/2 3,14 • 4,5 • 10» 1,09 • 10-" = -30,4 Ом. 16. Рассчитываем амплитуду входного тока: /,х = 2,05[4,5 10»/12 • 10» • 0,804] -0,1 = 0,095 А. 17. Находим входную мощность и коэффициент усиления по мощности: Р,х = 0,5 . 0,0952 . jj 58 0052 Вт; Кр = 0,296/0,052 = 5,7. 18. Определяем КПД: rt = (0,296 - U,U52)/032 = 0,46. 19. Вычисляем рассеиваемую в транзисторе мощность: Ррас = 0,532 - 0,296 + 0,052 = 0,288 Вт. 20. Определяем напряжение на затворе: 0,1. (-0,5) зж = -5,2 - 0,804 . 2 3,14 .12 • 109 . о,6 10-" 21. Рассчитываем максимальное напряжение на затворе: 31Г= -3,86 В. Еъштах - -3,86 + 0,804 . 2 - 3,14 .12 .109 . о,б . 10-" = -1,11 В. 22. Расчет входного сопротивления транзистора с учетом ij, с3, L", С, - элементов проводят в следующей последовательности. Пересчитывают последовательное соединение iijx " .вх * эквивалентное параллельное: у(1) - у» I 1 , х Лпар - Лх I i -t- --J = -30,4 1 + 11,582 30,42 = -34,8 Ом. Результирующее Xj, с учетом сопротивления емкости С, равного Jf; = -1/(27г/С) = -1/(2 .3,14 . 4, 5 • 10» . О, 7 • IQ-") = -50,55 Ом; WD 4iU"3 (-34,8) (-50,55) "•"Xiii + Xr -34,8-50,55 " льное = 87 Ом; = . . = -19,6 Ом. Пересчитывают параллельное соединение iap и x4ip в эквивалентное последовательное: 91,4 1 + 20,62/91,42 1 + 20,62/91,42 К .Упос добавляем сопротивление индуктивности L": .iipj) - -1«.б + 2 • 3,14. 4,5 • 10» . 0,2 • 10-» = -13,95 Ом. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 |