Грановская Р.А. Расчет каскадов радиопередающих устройств (Расчет режимов работы транзисторов генераторных каскадов): Учебное пособие. - М.: Изд-во МАИ, 1993. -68 о.: ил.
Рассматриваются методики расчета режимов транзисторов генераторных каскадов ВЧ- и СВЧ-диапазонов. Приводятся краткие описания программ расчета режимов на персональных компьютерах и ЭВМ.
Пособие предназначено для студентов радиотехнических специальностей.
Рецензенты: Ю.М. Зельдин, В.А. Романюк
ISBN B.F035-07SB.8 QgJ МОСКОВСКИЙ ЗВИаЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ, 1993
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящей работе приводится ряд наиболее широко применяемых методик, позволяющих рассчитать режимы работы транзисторов, генераторных каскадов о внешним возбуждением: усилителя мощности и умножителя частоты, и автогенератора на безынерционном транзисторе. Методики даются как для случая использования в усилителе мощности маломощного, так и мощного транзисторов. Отдельно рассматриваются расчеты транзистора усилителя высокой частоты и СВЧ. Для облегчения пользования методиками приводятся основные обозначения параметров транзисторов и параметров режима их работы. В пособии приводятся также и некоторые таблицы (сокращенные), необходимые для выбора типа транзисторов и их расчета. Более полный теоретический материал и оправочные таблицы можно найти в литературе, приведенной в конце пособия, ссылки на которую даются в тексте. Большинство приводимых методик легли в основу разработанных программ для расчета на персональных компьютерах и ЭВМ. Перечень программ имеющихся в кабинете курсового проектирования кафедры, дан в главе 9 пособия.
Рекомендуется перед использованием методик внимательно ознакомиться с главой I, где изложены общие сведения о генераторных транзисторах. Эти сведения помогут правильно выбрать тип транзистора и грамотно использовать его возможности.
контрольный листок
СРОКОВ ВОЗВРАТА___
КНИГА ДОЛЖНА БЫТЬ
ВОЗВРАЩЕНА НЕ ПОЗЖЕ
УКАЗАННОГО ЗДЕСЬ
Колич. пред, выдач
<74-5^
(О' '
Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации
КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ
МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ имени СЕРГО ОРДИОНИКВДЗЕ
Р.А. ГРАНОВСКАЯ
РЙГ"1ЕТ КАСКАДОВ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
(Расчет режимов работы транзисторов генераторных каскадов)
Учебное пособие
Утверждено на заседании редоовета 25 мая 1992 г.
*[ smpkka I ;
____М А И'
Москва Издательство МАИ
1993
I.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕНЕРАТОРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Генераторные каскады на транзисторах находят применение в радиопередающих устройствах (РПУ) в качестве усилителей мощности, умножителей частоты и автогенераторов. Первые два типа каскадов имеют второе название: генераторы о внешним возбуждением. Различные каскады РПУ работают при разных1 уровнях мощности. Те из них, которые включены на выходе РПУ, должны обеспечивать мощность, определяемую требованиями к РПУ, а предварительные усилительные каскады могут иметь мощность существенно меньшую. Автогенераторы и умножители частоты - это обычно маломощные каскады РПУ.
Транзисторные РПУ работают в разных диапазонах частот, от сравнительно низких до сверхвысоких частот. Безусловно, рабочая частота влияет на схему и работу генераторных каскадов и требует для их построения транзисторов, обеспечивающих на заданной частоте необходимые электрические параметры каскадов.
Таким образом, уровень выходной мощности и рабочая частота каскада, как правило, определяют тип генераторного транзистора. На практике в мощных каскадах РПУ получили применение генераторные биполярные транзисторы. На сравнительно малых уровнях мощности (менее единиц ватт) используются наряду с биполярными и полевые транзисторы. Отметим, что полевые транзисторы имеют болен ни-оокие рабочие частоты, вплоть до десятков ГГц, и обеспечивают р/> боту генераторов на частотах, где биполярные транзисторы ужо но применимы (/>10 ГГц).
Мощность и частота накладывают отпечаток и на конструкцию генераторных транзисторов Мощные биполярные транзисторы, рпири батываемые на уровни мощности до 250 Вт, имеют определенпыч технологические и конструктивные особенности [Ч]. Эти транзистор кы полняют по многоячеечной структуре, позволяющей обеспечить и» роботу при больших плотностях тока. Такой транзистор предстсилпот собой параллельное соединение большого числа элементарных трон зиоторов (до нескольких сотен), у которых коллекторы и он hj '>чии-няют непосредственно о выводами, а последовательно с имиттирамп 4
включают стабилизирующие резисторы ^(рио. I.I), позволяющие вырав-нить токи элементарных транзисторов. Транзисторы выполняют по планарной технологии, при которой площадь коллекторного перехода в 3... ...5 раз больше площади змиттерного перехода. Избыточная площадь создает так называемую пассивную часть коллекторного перехода, которая в эквивалентной схеме транзистора учитывается введением пассивной
Рио. I.I
части емкости коллекторного перехода Скп . Область коллектора, расположенная непосредственно у эмиттера учитывается активной частью емкостиСно{рис. I.I).
Для мощных транзисторов характерны малые выходные (десятки и единицы ом) и входные (единицы и доля ома) сопротивления для основной гармоники тока. Возрастает влияние на работу транзисторов индуктивностей его выводов, особенно о повышением рабочей частоты. Для уменьшения индуктивности выводов транзисторов, работающих на частотах выше I МГц, выводы делают в виде штырьков или полосок. Для уменьшения индуктивности общего вывода транзистора (по отношению к входной и выходной цепям генератора) его выполняют в виде нескольких полосок либо непосредственно соединяют о корпусом. Об зтой особенности следует помнить при выборе схемы включения транзистора и при конструировании генератора. Индуктивности выводов в современных транзисторах составляют единицы и десятые доли наногенри.
Важным для мощных транзисторов является значение его теплового сопротивления переход-корпус RnK. С целью снижения значения RnK (до единиц градусов Цельсия на ватт) сам кристалл транзистора приклеивают к корпусу прибора через бериллиевую керамику, обладающую малым тепловым сопротивлением и хорошими изоляционными свойствами по постоянному току и малыми потерями на высоких частотах.
При конструировании каскадов транзисторы следует устанавливать на специальные теплоотводы-радиаторы различной конфигурации или на металлические стенки корпуса устройства. При необходимости можно применить принудительное охлаждение радиатора. Для уменьшения теплового сопротивления, возникающего между корпусом транзио-
5
тора и радиатором, корпус транзистора выполняют в виде болта, фланца и т.д. для более плотного прикрепления к радиатору ми стенке.
2.	ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРОВ.
ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СЛЕШ ТРАНЗИСТОРОВ И ПАРАМЕТРЫ ИХ ЭЛЕМЕНТОВ
При проектировании транзисторных каскадов необходимы электрические параметры транзисторов и параметры элементов их эквивалентных схем. К сожалению, в оправочной литературе можно найти далеко не вое требуемые параметры. Поэтому кратко рассмотрим эквивалентные схемы и электрические параметры транзисторов и элементов схем, которые используются для расчета режима работы транзисторов .
Рис. 2.1
Мощные генераторные транзисторы обычно работают в нелинейном режиме. Статические характеристики транзистора, включенного но схеме ОЭ, представлены на рис. 2.1,а и б, а по схеме ОБ -на рис. 2.1,в и г. Как известно [l], транзисторы могут работать в четырех возможных состояниях: отсечки (I), активном (II), пани
6
щения (Ш) и инверсном (1У) (ом. рио. 2.1,6). Нелинейные свойства транзистора проявляются главным образом при переходе из одного состояния в другое, например, из отсечки в активное, при напряжениях на змиттерном и коллекторном переходах, близких к напряжению U', называемому напряжением отсечки (ом. рио. 2.1,а). Электрические параметры транзистора: коэффициент передачи по токуЛ^>/, сопротивления материала базы Vg- и коллектора 7^ , барьерные емкости Сэ,Ск зависят от питающих напряжений, температуры окружающей среды, рабочей частоты. Поэтому при расчете режима транзистора реальный прибор заменяют электрической моделью, отражающей реальные физические процессы в нем. Эквивалентная электрическая схема транзистора, дополненная эквивалентными параметрами входных и выходных согласующих цепей, позволяет описать поведение токов и напряжений в отдельных цепях схемы в виде системы дифференциальных уравнений. Решение этой системы дифференциальных уравнений позволяет определить режим работы транзистора, его энергетические и качественные показатели, Если эквивалентная схема транзистора отражает работу в режиме малого сигнала, т.е. когда уровень переменного напряжения (или тока) на входе существенно меньше напряжения питания (или постоянного тока коллектора), то параметры эквивалентной схемы при работе транзистора остаются неизменными (работа транзистора в активном состоянии). Однако генераторные транзисторы, как правило, работают в режиме большого сигнала о отсечкой коллекторного тока. Электрические параметры транзисторов и, следовательно, параметры элементов эквивалентной схемы изменяются при работе и зависят от мгновенных напряжений на коллекторе и базе. Это приводит к существенному усложнению системы дифференциальных уравнений и, как следствие, к трудоемкости расчета режима работы. Поэтому на практике получил распространение метод расчета, который предполагает усреднение параметров эквивалентной схемы для каждого состояния работы (отсечки, активное) и скачкообразного их изменения при переходе из одного состояния в другое.
Параметры схемы зависят от режима работы транзистора и при выбранном режиме работы считаются постоянными в пределах каждой области. Уже отмечалось, что маломощные транзисторы имеют достаточно большие входные и выходные сопротивления и поэтому на входах и выходах таких транзисторов применяют в качестве согласующих цепей резонансные колебательные системы (рио. 2.2,а). Это позволяет считать, что напряжения на входе и выходе маломощного транзистора имеют гармонический характер, т.е. транзистор возбуждается
7
от генератора гармонического напряжения. Мощные транзисторы, имеющие низкие входные сопротивления, включаются в схему усилителя таким образом, чтобы обеспечить возбуждение транзисторов гармоническим током. С этой целью цепь согласования на входе транзистора обычно содержит индуктивность, включенную последовательно со входом транзистора, позволяющую увеличить подавление высших гармоник тока (рис. 2.2,6; индуктивность базового вывода). Поэтому обычно считают, что мощные транзисторы возбуждаются от генератора гармонического тока. Переменное коллекторное напряжение транзистора принимают близким к гармонической форме. Экви.1-валентная схема транзистора должна отражать условия возбуждения транзистора.
Рис. 2.2
Рио. 2.3
На рис. 2.3 приведена распространенная зквивалентпап К схема транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером для частот /раЪ < 0 ,5/^ .Собот венно транзистор (эмиттсрныИ и коллекторный р -п -пер’хо ды) выделен штриховой лини ей I. Эту часть схемы (I) нч зывают идеальным транзистором. В этой схеме: Сди<р~ ДИФФушоп ная емкость/? -Тг -пгрохопп в открытом состоянии; /* - по противление рекомбинации, учи тывающее наличие баионогн токи
в области базы. Ток коллектора отображен генератором токи Ключ К имитирует состояния открытого (Д'- замкнут) и закрыто го (Д'- разомкнут) змиттерного переходов. Источник iioctoiihiioi
8
напряжения Uучитывает напряжение отоечки аппроксимированной характеристики коллекторного тока. Кроме схемы I собственно транзистора в схему введены элементы, характеризующие реальный транзистор (схема 2): барьерная емкость^, объемные сопротивления материала базы и коллектора 7^-,7^ , стабилизирующее сопротивление в цепи эмиттера 7^ . Емкость коллекторного перехода С* представлена в виде двух емкостей. Ска- активная часть емкости (область перехода, расположенная непосредственно между коллектором и эмиттером) и Скп- пассивная часть емкости (область перехода, расположенная между коллектором и базой, см. рис. I.I): Ск^Ска+Скп. На высоких частотах индуктивности вводов транзистора
(рис. 2.3) оказывают заметное влияние на режим транзистора, так как их сопротивления становятся соизмеримыми о входным и выходным сопротивлениями транзистора. В некоторых типах современных транзисторов при их изготовлении выполняют дополнительныеL, С -цепи, которые позволяют повысить входное (до 0,5-1 Ом) и выходное сопротивления транзистора на рабочей частоте или в некоторой полосе рабочих частот (около 20% от рабочей частоты). Эти согласующие цепи следует включать в эквивалентную схему транзистора.
В генераторах с внешним возбуждением широко применяется включение транзистора по схемам о общим эмиттером (схема 0Э) и о общей базой (схема ОБ). Предпочтительной является схема 0Э, позволяющая получить высокий коэффициент усиления по мощности 7^,. Однако с ростом рабочей частоты (^^О.б^укоэффициент передачи по току снижается до единицы, усиление начинает резко падать.
Процесс снижения усиления усугубляет индуктивность змиттер-ного выводасоздающую отрицательную обратную связь. Верхняя рабочая частота в схеме 0Э не превышает frp . В схеме ОБ на частотах /pat £ (0,2-0,3)/Гр индуктивность общего базового вывода Lg создает положительную обратную связь и тем самым увеличивает Нр-Верхняя рабочая частота в схеме ОБ может доходить до 3frp.B связи с этим в диапазоне СВЧ выпускается ряд транзисторов конструктивно специально предназначенных только для работы в схеме ОБ.
Основные параметры, характеризующие свойства транзистора, необходимые для выбора типа транзистора и расчета его режима работы можно условно разделить на четыре группы (табл. 2.1). Первая группа - предельно допустимые эксплуатационные; вторая - данные некоторого типового экспериментального режима; третья - параметры идеализированных статических характеристик, четвертая - параметры высокочастотные и параметры эквивалентной схемы.
9
о
Параметры транзисторов
Таблица 2.1
Тип ПРИБОРА		Предельные эксплуатационные											’ипобой режим			
							Rn<	Ti бон 1	Тк	РкЗоп	fH... h	Г		к₽	7э	Цко
		В			А		°С,Вт		2	№25”	МГц	МГц 13	Вт 44	15	°/о <6	в 17
1 2Т950Б	2 э	3 65	4 4	5 9	6 7	7	_2	 1,75	200	_LQ		11		1,5... 30	30	50	20	>40	28
КТ927А	9	70	3.5	30	10		1,5	200		‘ 80	1,5... 30	30	>75	15	45	28
2T92QA	9	36	4	1,0	0,5		20	150		10	50... 200	175	>2	7... 35	>60	<2.6
2Т920Б	9	36	4	2,0	1,0		20	<50			50...200	175	>7	6... 12	>60	12.6
2Т9208	э	36	4	7.0	З.о		10	150			50...200	175	>20	3...5	>60	12,6
РТ930А1’	q	50	4		6		1.6	160		75	100...400	400	>40	6...10	50..7 6	28
2Т930Б,)	q	50	4		10		10	160			100...400	400	>75	4...Ю	50... 65	28
2Т934А	9	60	4		0,5		17,5	160			Ю0..400	400	>3	6...15	>50	28
0TQ44.K	9	60	4		1.0		8,8	160			100...400	400	>12	4... 7	>50	28
0TQ4UPi	э	60	4		го		4,4	160			100.. 400	400	>25	3..6	>50	28
ОТОЛДА	и	60	4	1,5	0.8	0,8	16	120	85	5	100...400	400	3,2	3,2	40	28
OTQfYZA	9	60	4	3	1	1.8	7,5	120	85	13,5	<00... 400 _	400	10	3	65	28
2Т925А	9	36	4	1.0	0,5		20	150			200... 400	320	>2	6...9,5	60...72	12.6
2Т925Б	9	36	4	3,0	1,0		10	150			200...400	320	>7	4...8,5	60.. .72	12,6
2Т99.ЧВ	q	36	35	В, 5	33		4,4	150			200. ..400	320	>20	3...4	60... 84	<2.6
2Т909А	9	60	3,5	4	2	4	3,8	120	85	25	100... 500	500	2.4	2.4	60	28
2’ЗСсб		60	35	8	4	8	1,9	120	85	50	100... 500	500	42	2.1	60	28
	У	STC	35	1	0.5	06	20	150	125	4,7	200 ..1000	1000	3,3	3,3	50	28
		г е		А	4	<9 W 150 125	8	200... 1000	<000							6	3	50	28
Продолжение табл. 2.1
Тип ПРИ60РА 1	Электрмнесние параметры и параметры энЬиЬалентной схемы														
	П 21Э	U	Srp	trp	Сц	Сна	Сэ				L <5	Сэ	L. н	7- нас4	Тк
	~ 18	В 19	см 20	мГц 2{	и Ф	пФ	пФ	0м	Ом	0м	нГн	нГн	нГн	0м	ПС
2Т95ОБ	50		1		>100	160		1100	25	26	27	26 23	29 21	30 4	31 НЧ-0,1+02; ВЧ-1,0	32
ЧТ927А	30	0,7		200	<20	34	2850	0,5			3	3		0,4	
2Т920 А	10...100			400... 900	8... 15		56... 55				2,9	1.7	2,4	ВЧ (2,0...4 0)	
2Т920Б	10... 100			400... 1200	12... 25		61... 100				2.6	1.2	2,4	64(0,8... 1.4)	
2Т920 В	10...100			400... 700	40... 75		160... 200				2,4	1.0	2,4	ВЧ (0,2... 0,3)	—
2Т930А °	15...Ю0			450...1550	52...80		750... 950		0.1		1.57	0,35	1,6	НЧ-0,5; ВЧ-1,0	7... 12
2Т930 6°	10... 100			600...1200	120... 170		1800... 2(00		0,05		1,42	0,24	1,6	НЧ-0,25; ВЧ-0,5	9... 15
2Т954А	5... 150			500.1400	5...9		15... 60				¥	1,3	2,5	НЧ-(5т2,5;ВЧ-6	5, „10
2Т934 Б	5... 150			500.„14 00	7... 16		70... 160				V	1,2	2,5	Н 4-05512,0; ВЧ-3]	3... 20
2Т934В	5... 150			500 .1400	16...52		120..300				2,8	1.0	2,5	НЧ-0,25-08; 84-15	3 , 20
2Т904А	50	0.6	0,0 6	500	6	2	65	2	0.1	3	3	3	3		
2Т907А	50	0,6	0,19	600	15	5	110	1	0.4	1,5	3	0,8	3					
2Т925 А	8...70			600... 2400	4,5... 15						2,6	1,2	2,4	НЧ-1,5; ВЧ-5	3 8... 20
2Т925Б	10. „ 55			600...220С	12... 50						2,4	1,0	2,4	НЧ-1; ВЧ-1,5	7,2 .55
2Т925В	17. „150			5OQJ5OO	52... 60						2,4	1,0	2.4	НЧ-0,5; B4-Q55	12.„ 40
2Т909А	15	0,6	0,4 6	650	24	8	150	2	0,1	1,0	1,7	0,45	2		
2Т909Б	20	0.6	0,92	650	40	13	300	0,5	0,05	0,5	1,7	0,35	2		
2Т913А	40	0,7	0,065	1100	4	1,3	25	2	0,15	2	3	0,52	3		
2Т913Б	50	0.7	0,11	1100	7,5	2.5	50	1	0,2	1 I	2.5	0,25	2.5		
Продолжение табл-; 2.1
1	2	3	4	5	5	1	8	9	<0	11	<2	15	<4	Т“	16	17
2Т9138	и	55	3.5	2	1	2 •	10	150	125	12	200... 1000	1000	11	2,8	50	28
2Т916А	э	60	3,5				4,5	160	85		200... 1000	1000	>20	2	50	28
2Т911 А	U	40	3		0.4	0.2	33	150			>400	1800	1.0	2.5	30	28
2Т9%2АИ	Б	45	3.5	3.0	1,5		7	200			700... 2000	2000	>8	2.5	30	28
2Т919А	Б	45	3,5	1.5	0.7	1.5	12	150		10	700... 2400	2000	4.4	4,4	33	28
2Т919Б	Б	45	3,5	0,7	0,35	0.8	25	150		5.3	700... 2400	2000	2	4	30	26
2Т919В	Б	45	3,5	0.4	0.2	0.4	40	150		3	700-2400	2000	1	5	25	28
2Т9*8Аа	Б	45	2	5	2.5		4,5	200	125	12,5	700... 2300	2000	15-24	3	30...45	28
2Т948Б4	Б	45	2	2.5	1.2		9	200			700 .. 2300	2000	8...15	3	30...45	26
КТ918Б	Б	30	2,5		0.2	0,2	50	150	85	2.5	1000- .3000	3000	0,5	3,5	35	20
2Т963А	Б	18	1.5		0.2		74	160		2.1	2000..10000	10000	1	3	35	15
2Т937А-2	Б	25	2,5		0.25	0.2	34,5	150		3.6	900... 5000	5000	2	2	35	21
2Т607А	Э	30	4		0.15		73	150		1,5	<1000	1000	0.65...I.2	Д2...4.7	38.. 50	20
2Т610Б	К	26	4		0.3	>0.4		150		1.2		400	1_	10	45	12.6
2Т6ЧА-2	Б	50	3	0.25	0.15		70	150			1000.-5000	5000	035.0,58	1/3-34	17.5-34	20
2I637A2	Б	30	2.5	0,3	0.2		62,5	150			<зооо	3000	0.4... 1,0	2... 5	35	20
ГТ 511	й	12	2	0,05			300	70		0.15						
КТ 324	И	10	4		0.02					0,015						
ГТ367	И	12				0.16	160	100		0.3		3000	0.09	3	30	7
ГТ362	й	6	0.2		0.01			85		0,04		2250		2.5		3
Окончание табл. 2.1
1	1S	19	~55	21	Т?	25	24	25 1 ‘	56	ТТ“	ТВ—	ТГ“	ттг-	—Я		Т—
2Т913В	50	0.7	с, 2	1100	7.5	25	80	1	0.2	1	2.5	0,23	2,5		
2Т916 А	35	0.7	0,11	>1100	20		190	5,0	Q01	0.1	1.0	0,35	0.6	Н4-О.4; ВЧ-1	
2Т911А	40	0.7	0.05	2000	2	0,7	10	2,5	Q3	5	2	0,3	2	НЧ-12,5;ВЧ-4О	
2Т942А2'	30... 50	0.7		5Й0Й-. ... чООО	15...2O		110	0,25	01.. 0,8		0.14	0.8	15	ВЧ-2.7	
2Т919А		0.7	0,13	<800	7.5	2.5	50	0.5	0,14	0,7	0,14	0,4	0,7		
2Т9196		0.7	0.06	2100	4.1	1.5	20	1		1,4	0,25	0,5	0,6		
2Т919В		0.7	0,05	2100	2.8	0,7	10	2		3	0,35	1,3	0.7		
2Т948Д0		0,7	0,5	2000... ... Ш	20... 50						0,14			ВЧ-2.7	
2Т948Б0		0.7	0,3	2000... ... 4000	11... <7						0.25			ВЧ-50	
КТ 9186		0,7	0,02	2000	2	0.7	<0	15		0.7	0,15	08	0,8		
2Т965А			0.08	<0000	1,5		4,8	2		2	0,26	0.7	0.7		
2Т937А-2	80	0,7	0.11	6500	5,5	25	20	2		2	0,14	0.4	0.7		
27 607 А			01	ТОО .1500	3,2... 4,0									НЧ-10, ВЧ-25	6... 18
2Т610 б	70	07	0,1	1000	5,8	1,3	15	6	2		2,5	0,7	2,5		
2Т6Э4А			-	2000	1,5... 25		<8				0,11	0,3	0,5		0.5... 2,0
2Т637	30 .140			1200. 5000	2.4.. 4,5		10,5... 17	2			0,11	0.3	0,5	НЧ-9; ВЧ-15,7	0,7... 3,0
гтзц	50	0.3	0,05	300... 800	2	1	4	60			10	10	10		
КТ 32 4		0,7	0,001	800	2,5		2.5								180
ГТ 38 7	50	0.3	0.035	3000	1,7	Q3	4	10		5	0.5	0,9	0.9		
ГТ362	40	0,3	0,005	4800	0.5	0.2	0.5	27			2	2	2		
Примечания: I. Внутри корпуса имеется входная согласующая/Г-цепь. 2. Внутри корпуса имеется входная и выходная согласующиеLС -цепи. 3. НЧ - в статическом режиме, ВЧ - на средних и высоких частотаха>> 0,3ш,-р/h-13 4. При отсутствии значенияЪг1Э взять его равным 15...50. 5.5/^, дано для типового режима.
К первой группе параметров относятся: UkS
1м доп Joo доп, диапазон рабочих частот Jg....jH )Лпдвп,Тк,Рпк, Ркдоп при 7~ср= 25°С. Превышение допустимых напряжений приводит к электрическому пробою транзистора или пробою змиттерного перехода. Превышение допустимых значений токов приводит к тепловому пробою
в переходах транзистора.
Частотные ограничения на использование транзистора обусловлены сверху (частота/^) в основном падением его усиления, а снизу (частота^) возможностью развития при более медленных процессах вторичного пробоя или перегрева структуры транзистора.
Превышение температуры Тп^„приводит к деградации полупроводниковой структуры и потере ее рабочих свойств. Обычно германиевые приборы имеют 70°6Тпдд< 90°, а кремниевые 12С°£Тпдоп< <200°С. Тепловое сопротивление переход-корпус Rnt,°C/Qt характеризует способность транзистора передавать тепло от кристалла полупроводника на корпус транзистора. В реальных условиях тепло отводится в окружающую среду. Поэтому результирующее тепловое сопротивление определяется суммой сопротивлений RnK и RKC(«.op-пуо-ореда). Так как размеры корпусов транзисторов невелики, тоRKC достаточно большое, что не позволяет полностью использовать транзистор по току без дополнительного теплоотвода (радиатора). Тепловое сопротивление переход-среда может быть рассчитано по формуле [4]
Rnc = Р ПК +
^кс.	+ Rрс)
Rkc + Rкр "* &рс
РПК + Р Кр + Rрс '
Здесь RKp>Rpc~ тепловые сопротивления корпус-радиатор и радии тор-среда. При правильном конструктивном креплении транзистора к радиатору— (0,5 - 1)°ё/Вт. Сопротивление RPC завиоит от конструкции и площади радиатора (ом. [б]). Зная Rnc, можно опреде
лить максимальную температуру переходов транзистора
7~лтак ~ Tpp + пс к < доп > где Тер - температура окружающей среды; - мощность рассеяния в транзисторе.
При расчете режима транзистора температуру корпуса трап ис-тора Тк принимают равной Тк = Тср+ (Ю...20)°С с учетом переврана радиатора относительно окружающей среды. Допустимая мощность рассеяния транзистора^^,* зависит от температуры корпуса транзистора и может быть определена как 14
Т -Т р = 'птпах ‘к к ma* Rn*
Вторая группа параметров дает представление о некотором типовом экспериментальном режиме работы транзистора при условиях, близких к предельно допустимым по какому-либо из параметров и ограничивающих мощность транзистора так, чтобы можно было гарантировать достаточную надежность его работы. Даются: рабочая частота , выходная мощность Pgb/)( , КПД Г)^ и коэффициент усиления по мощности Нр при напряжении коллекторного питания U'K0, а также схема включения транзистора. Как правило, приводятся экспериментальные параметры на частоте близкой к./гр , где Кр не менее 3. Эти параметры типового режима могут служить исходными для выбора типа транзистора. Следует помнить, что превышение значения Pgb/X приводит к снижению надежности транзистора, а превышение частоты у' - к резкому снижению усиления. Выходная мощность соответствует температуре корпуса транзистора окрло 20°С, о повышением которой F^b/)i снижается.
Третья группа: параметры идеализированных статических характеристик транзистора. Эти характеристики приведены на рис. 2.1. Там же пунктиром показаны аппроксимированные характеристики. В эту группу параметров входят: коэффициент передачи по току hs1 схема ОЭ ~ схема ОБ), напряжение сдвига характеристик (напряжение отсечки) определяющее границу между открытым и закрытым состояниями полупроводникового перехода, крутизны характеристик £> пЗр, крутизна линии граничного режимаSrp (или сопротивление насыщения т^ас	связаны соотношением^ =
=	В области частот fpQ$ < 0,bfrp наклон характеристи-
ки г'^/'г/^Дсм. рис. 2.1,а) определяется в основном сопротивлениями 7^ и (если оно
Наклон линии граничного режима (см. рис. 2.1,6) в области насыщения транзистора определяется сопротивлениями коллектора и стабилизирующим . Крутизну линии граничного режима в этом случае можно определить как
№ ‘^nat —
Следует отметить, что в области частот >0,3$rp Srpопределяется более сложным образом, так как зависит от рабочей частоты и мощности транзистора.
15
Для схемы ОБ (ом. рио. 2.1,6) крутизна входной характеристики а
К четвертой группе параметров относятся высокочастотные параметры транзисторов и параметры их эквивалентных схем. Это прежде всего, такие как частота /гр, барьерные емкости коллекторного и эмиттерного переходов Ск, Сэ при определенных напряжениях на переходах UK3,Ug3, активная часть емкостиCKQ, сопротивления ту, ^,/3 • индуктивностиl.g,L3,LK, постоянная времени коллекторного перехода 2"к = туГха. Если значения сопротивлений неизвестны, то можно принять = 0» а 7^- можно ориентировочно определить Из соотношения Гр = Тк/Скл{&сзшСКа неизвестна, то принятьСк~(0,2 ... ...0,3)/?х). Сопротивление близко к и обычно не превышает 1,3 Г^. Отметим, что паспортное значение^, обычно раза в 1,5 меньше фактического.
Рабочие частоты транзистора достигают/,-,, (схема 0Э), или (2-3)/гр (схема ОБ). Инерционные свойства транзистора заметно проявляются уже при(0,01...0,05)/гр.
При теоретических исследованиях весь диапазон рабочих частот транзистора условно разделяют на три области.
"Низкие частоты":
°Ы,г„~-°Ыр1Ь ггэ , где можно считать
"Средние частоты":
< /pr>S "^/haia ~ $/гр/21 э } на которых нужно пользоваться формулой
= ^-г/э /^+J ^г/э/раб //гр)', "Высокие частоты":
/ра& ~$/k 21 э ~ ^'/гр/^21Э;
ГДв	^21Р	~ У /гр /fp«5
Такое разделение удобно при выборе методики расчет i режим.-1 транзистора.
16
На низких частотах {Jpass 0>01 /гр) можно не учитывать влияние выходной емкости и индуктивностей выводов транзистора на его работу. На средних частотах {/раенеобходимо учитывать их влияние. На высоких частотах ^/paS~/rp) влияние емкостей транзистора и индуктивностей вводов в значительной степени усиливается, что усложняет проектирование генератора и требует обязательного их учета при расчете режима.
Напомним еще принятые обозначения в наименовании транзисторов. Первая буква или цифра: "К" или "2" обозначает материал полупроводника - кремний, "Г" или "I" означает материал - германий. Высокочастотные транзисторы малой мощности имеют номер, начинающийся о цифры "3", средней мощности - о "6", большой мощности -о "9".
3.	РАСЧЕТ РЕЖИМА ТРАНЗИСТОРА МОЩНОГО УСИЛИТЕЛЯ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Расчет режима транзистора имеет два этапа: выбор типа транзистора по заданным требованиям и порядок расчета режима транзистора. Мощные транзисторы имеют низкие входные сопротивления(от единиц до малых долей ома) и возбуждают их от генераторов гармонического тока. Естественно, что эквивалентная схема и расчет режима мощного транзистора должны это обстоятельство учитывать.
Требуемая мощность транзистора Fgb/V1 определяется исходя из заданной мощности усилителя Pgbl* :
/2к Вых у
где pKgbni - КПД выходной согласующей цепи усилителя. КПД£\.&,,Х можно принять равным 0,7.„0,8 для выходного каскада и 0,6...О,7 для предварительного.
Для выбора типа транзистора используют справочники (например , [ 12 - 14]) или оправочные данные, приведенные в работах [3 - 5]. Выбирают тип транзистора, работающего в требуемом диапазоне частот (желательно< (0,3...О,5)/^,) и обеспечивающего выходную мощность не менее заданной. Определяют схему включения транзистора (03 или ОБ). При выборе типа можно ориентироваться на экспериментальные данные типового режима транзистора (если они приводятся).
В справочниках приводится интервал рабочих частот, рекомендуемых для каждого типа транзистора. Частота^ обычно не менее (0,2...0,3)/гр , а^ близка к/гр для,схемы 03 и достига-
17
ет (2...3)/г/» для схемы ОБ. К^к показывает практика, мощность в интервале	может меняться в два раза (наибольшее значе-
ние будет на/„ ). Если необходимая мощность на заданной частоте может быть обеспечена различными транзисторами, то предпочтительным будет транзистор с большим усилением, если он работает в предварительном каскаде РПУ, или с более высоким КПД - при работе в выходном каскаде. Отметим также, что более высокочастотные приборы имеют и более высокую стоимость. Мощные транзисторы СВЧ, имеющие /г?0 Ъ 300 МГц, не рекомендуется применять в каскадах, работающих на JpaS* 30.. .60 МГц.
Для расчета режима транзистора используют различные методики расчета, основанные на некоторых приближенных эквивалентных схемах транзистора и допущениях, накладываемых на их работу. Наиболее применяемыми являются методики расчета, изложенные в работах [3, 5-7]. Надо отметить, что все эти методики, естественно, не могут претендовать на строгий расчет режима, так как исходят из приближенных моделей транзистора, не позволяющих полно учесть физические процессы, происходящие при работе транзистора в нелинейном режиме на достаточно высоких частотах. В связи с этим рас
смотрим одну из методик расчета, хорошо известную на практике и применяемую для расчета мощных транзисторов, работающих в кас
кадах усиления мощности высокой частоты СЗ, 4]. Эта методика справедлива при работе мощного транзистора на частотах до (0,5...0,8)
На частоте /> I ГГц следует использовать методику [5]. Предполагается, что транзистор возбуждается от генератора гармонического тока и работает в режиме отсечки коллекторного тока. Эквивалентная схема транзистора показана на рис. 2.3. В учебнике [l, 2 ] рассмотрены особенности работы генераторных транзисторов, возбуждаемых гармоническим током. Как следует из [2], при возбуждении транзистора гармоническим током форма импульсов коллекторного, тока может отличаться от отрезков симметричной косинусоиды о углом отсечки 6 (рис. 3.1). Эта носим-
метричность в импульсах тока связана с переходными процессами в моменты открывания и закрывания эмиттерного перехода, что в свою очередь обусловлено различием постоянных времени при открытом Х^т-дИ закрытом Тдак эмиттерных переходах. В схеме 0Э^>7Л^= = кг4э/игр, в схеме 0B^^= l/c^rp=2fr;frp,
гдеЛ^ - сопротивление утечки эмиттерного перехода , |^ э 5*1000... 100 0м. Обычно ^акоэ '>Г^откОЭ И ^алОБ^^ОТк OG •
На очень низких частотах со< 0,3/^^ сопротивление эмиттерного перехода в открытом и закрытом состояниях близко к активному, переходные процессы отсутствуют и импульсы тока будут близки к отрезкам симметричной косинусоиды.
На низких и средних частотах, так как^а-лг > будут наблюдаться переходные процессы и "перекос" импульса (рис. 3.1,г).
На высоких частотах в открытом и закрытом состоянии сопротивление эмиттерного перехода близко к емкостному. Переходные процессы будут отсутствовать и импульсы близки к отрезку симметричной косинусоиды.
Итак, перекос в импульсе коллекторного тока будет наблвдать-ся в схеме ОБ практически во всем диапазоне частот 0,3/?^.ое < <о?<(о,3...1)0^ • в схеме ОЭ только на низких и средних частотах (0,3/^^^, г«<^Зй^/Л?Л?). На очень низких и высоких частотах перекос отсутствует.
Перекос в импульсах коллекторного тока учитывается при раоче-че входной цепи транзистора (цепь смещения, входное сопротивление входная мощность). В меньшей степени перекос импульса сказывается в расчете коллекторной цепи 'транзистора.
В связи с тем, что перекос импульса тока является нередко нежелательным в генераторах, например, в двухтактных широкополосных генераторах, где затрудняется фильтрация нечетных гармоник, его можно устранить введением корректирующего дополнительного сопротивления &А . Значение /?д выбирается таким, чтобы были равны постоянные времени открытого и закрытого эмиттерного перехода. RA включается мевду эмиттером и базой транзистора (рис. 3.2,а), при зтом^ад^ = =	'^ОТКОэ'	fa Гр •
	а)	0)
D См. гл. Обозначения параметров биполярных транзисторов и параметров	рис# 3.2
элементов эквивалентных схем.	тп
1У
Учитывая, что во многих практических случаях перекос вообще отсутствует либо его устраняют, при рассмотрении методики расчета режима транзистора полагают, что перекос в импульсе коллекторного тока отсутствует. При этом в расчетах используются известные коэффициенты разложения симметричного косинусоидального импульса об (&) Л %~(в).
Расчет режима транзистора ведется на заданную мощность^,* 1 на рабочей частоте/ для граничного режима работы. Предполагается, что тип транзистора выбран и известны его справочные параметры, необходимые для расчета. Сведем эти параметры г таблицу в следующей последовательности: UK3dor,B; UkS 3о„,В; Зктпахдвг,,А’р ^Kodonf^j RnK , °£/8/r>‘ Тп доп TK ,°C ' PK gBfJ f Втp
ТГ^В) Brp Ugs gon j frp , MTu,; f-]гг/ Б з мгч.',Т3/пТ'СК1пФ)
rs,0M ',Т^Ом,’кТнас.,Омр „Гн, 1.3,нГн; Мк , нГн.
Шбираем схему включения транзистора: ОЭ или ОБ. Напряжение коллекторного питания принимается исходя из параметров типового режима. В случае недоиспользования транзистора по мощности, напряжение UKa целесообразно несколько понизить (однако надо помнить, что уменьшение LfK0 может привести к снижению Кр ирэ транзистора) . Если рассчитывается режим транзистора усилителя промежуточного каскада, то для упрощения схемы питания значение Сгко транзистора рекомендуется принять несколько меньшим, приблизительно на 10%, но никак не большим, чем UKo транзистора выходного каскада. В общем случае при выборе должно выполняться условие
+ ^ка ^кэ доп 7
где LTKf - амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения транзистора.
Отметим, что напряжение источника коллекторного питания должно быть выше на 0,1...0,5 В напряжения 1ГКВ за счет падения напряжения в блокировочных элементах в схеме усилителя. Перед расчетом следует задаться углом отсечки Q коллекторного тока. 6 выбирается в пределах 70...90° для получения достаточно высокого электронного КИДД?. Для выбранного# по табл. 3.1 находят коэффициенты о(.0(&)f(e) /сСс (&)=
/go(0)- При расчете полагаем, что нагрузка транзистора t активная (например, настроенная резонансная колебательная система) и на ней создается напряжение первой гармоники, которая имеет частоту, равную рабочей.
20
ей гг
si
XD ей
Еч
КОЭФФИЦИЕНТЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ДЛЯ КОСИНУСОИДАЛЬНОГО ИМПУЛЬСА
T-g	О	^1П CO CO О CD CD CD CD CD CO CD LO CO 02 НЧ О CD CO 0- CO hhhhhhhCOOO	соотсосо^гг- софнчосоото г- от нч со ехг г- г- от т о о о lOsf^nNNHHOOOOO оооооо о о о о о о о
Xt CjO	o>	OCOinOQOcOcoa>lOH4£>-o от co о co d-d-cd co co tn ннннннннннн	соототоадотсосоотоотнчо ОТ-^^ТпГеОСООТОТНЧНчООО нчнчнчнчкчнчнчнчнчнчнчнчнч
	co	СОН НЧ CO CD CD COO- OLO О ОТ CD 02 LO CD ОТ ОТРОСЛА О ООНЧНЧНЧС2С2СОСОХГСП О О ООО о о o' о о o'	1—1ОТ СО О ОТ со <Х> nt1 от от от о ПИСОН-КОО -d<ОТ со С- со ото лсосоототсососоотототото ООООООООООООн
		СО (ПОТ CD ОТ CD CD СО ОТ СП CO xF CO СО О CO О CD CQ Г- НЧ OOOOH J—iH-it—iC2O2CO ООО ОО О О OO О О	?Э НЧ СО СП СО CD CD СО НЧ НЧ tn о СО НЧ LO Otn о tn о О СО со о ?) vFtn Ш О СО Г- СО CO CD CD о ООООООООООООы
di	CD	юннГ'Ш <ohi> moo СОСООЮСО HCDtO^CVO ННННННООООО ООО О О ООО о о' о	>- О CD tn 0- CD 02 Г- 02 НЧ О -ICOCO^’^^'SfCOOQHHOOO DOOOOOOOOOOOO э о о о'о О о о о о ооо
Cl -e	1П	neo rococo о-со tn о 02 со со 0- Г- 0- CD to СО НЧ 0202020202 O2O2O2O2O2O2	СО OQ 02 НЧ НЧ 02 СО 02	НЧ о СП0- tnСОНЧCDО~ (ПсончООО ЧНЧНЧНЧНЧОООООООО о о' о о о о о о о о о о о
'б	vr	ОнчСЛОТН-| СО (И 02 0-0 СО НЧ СО CD CD НЧ СО (ПО-СО О CXirOCOCOCO^r^r-C^^LO ООО О о бо'о'ооо	Э О со НЧ-sT СО СО СО О О CQ О Н С\2 ОТ со СО СО СО СО 02 С\2 и О О Л СО ОТ ОТ ио LO СО Ш ОТ СО Ю ОТ со о оооооо ооо'о'оо
-6	CO	0- LO СО НН СО CD со CD CD 02 CD CO CO О H^ CQ LO CD co О ы НЧНЧНЧО2О2С2О2О2О2СОСО ОО000 О ООО о о	О CD C\Ad ел НЧ со 02 О СО О О Ш СО 0- CDJD НЧ СО tn со CD о ПСОСОСОСОрЧ^ э^о"о^о''оЬГо*о*о*о*оо’о'4
CD to s	02	СО Г- on О СО ОТОТ чГ 1> о со о <?' о от -5Г от г- со о г-г-ототот пгототнчоо ооооооооооо	>-ОТ ОТ СО о nr СО со со о от о ОТГ-ОТПГОТОГ'-ЧСОСО'Ч-ОЭО ЭнЧОТСО-^ОТОТСОГ-СООТОТО ЭО ОО О ОО О О О О он 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
CD	ьн	О OlqOloOloOlOO LO L(D LO ОТ CD ГН 0-СО СО СП _z		nOmOtnptnoOoooo CD О О НЧ НЧ F2 02 СО Ю СО Г- СО НЧ НЧ НЧ НЧ |ч Hi НЧ НЧ НЧ НЧ 1—1 НЧ
21
Расчет ведется в следующей последовательности (размерность всех величин берется в системе СИ).
Коллекторная цепь (для схем ОЭ и ОБ):
I.	Напряженность граничного режима
.	1

2.	Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения и тока:
^Kf~^rp^KO 7	~	S •
3.	Постоянные составляющие коллекторного базового и эмиттер-ного токов:
^о	7 ~^хо /^г/э 7 ^эо~с?ко±^&о -
4.	Максимальная величина коллекторного тока:
^кгггах~	' *^к max доп •
5.	Мощности, потребляемая от источника коллекторного питания и рассеиваемая на коллекторе транзистора соответственно:
 ^КО U/CO , Ри~ Ро Р£ь/Х < -
6.	КПД коллекторной цепи (электронный):
Рэ = /РО~ 0/>5гр	(&)-
7.	Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки току первой гармоники:
~Uk< Pfbntf ' ^ki Р •
8.	Максимальная температура коллекторного перехода (см. гл. 2):
Рптах ~ Рср *" Рк	пк* Ркр + Ррс)	доп 7
где RPC- сопротивление радиатор-среда, выбираемое исходя из конструктивных особенностей применяемого радиатора.
Если радиатор отсутствует, то
Рп max ~ 1~СР +	рпс	Рп доп •
22
Базовая цепь (схема ОЭ)
I.	Дополнительное сопротивление между базой и эмиттером:
= ^г/э I/гр *э •
На частотах/> З/^/Л^ в реальной схеме можно не ставить Рд, однако в расчетных формулах Рд необходимо оставлять.
2.	Амплитуда базового тока:
S1'~ het.f.(e) где
Ск Я к, .
3.	Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:
(l+coi&) Ra ,
S-зта^ = (hztafl/rp'f ~U ^USs доп *
Если напряжениеU53rncvпревышает допустимое, необходимо уменьшить Рд:

I Wfisdon l+ ICf I (f+COSff)^ '
При этом, чтобы выполнялось равенство = ^отк » параллельно сопротивлению Рд следует включить дополнительную емкость^ = =5~ -Л.В отличие отЛ^ эту емкость на/> 3/-_необхо-димо включить во входную цепь (рис. 3.2,6).
4.	Напряжение смещения на эмиттерном переходе:
5°~ Р+(Ъг,М-р)г
5.	Активная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора ZgK , =	1
^(hZiMrpy’
Во
23
T^e^Rg*	элементы в эквивалентной схеме входного со-
противления транзистора на рис. 3.3. Через параметры транзистора они определяются по формулам
lagK = ±.ff+L3/^e.)
~ [(i+^le)2K/rpСклR^P^ + f}(8)ЯЯ;?гр 1,э] -j
Rgx=^	A-^RAU-ft (6)} у
C-gx~ Р21Э /3У?/гр Rgx -
Заметим, что здесь при определенных соотношениях возможны отрицательные значения Rgx , Cgx.
6.	Мощность возбуждения:
Чг°.5^, bs-
7.	Коэффициент усиления по мощности:
Рр"Р£ь/ы /P#f
Расчет входной цепи (схема ОБ):
I.	Амплитуда тока эмиттера:
/ -f+C/Z/hnsY^
3f~ ъг^Г/(э) *"
где у ^£<5 -	'
2.	Максимальное обратное напряжение на эмиттере
,	, g+co-i 0	/ I
1 ad3 гггах । “ ^37/Г э	I ' доп '
24
3.	Напряжение смещения на эмиттерном переходе:
75,.
4.	Входное сопротивление транзистора для первой гармоники: (рио- 3-3’б)
Л' Z Л^Г///лгйГ)г '
^gK~ р& + гэ ~/7 (G)^chg- (2'7£/тгг/£~2'Л\?гр/<2екг1э}) Я&-&)	/	Ъ + _
5.	Мощность возбуждения:
6.	Коэффициент усиления по мощности: «р-реи„/ре,-
Из-за положительной обратной связи через индуктивность на высоких частотах может получиться, что/^, < 0. Для сохранения устойчивой работы усилителя включают (см. рис. 3.4) последовательно с эмиттерным выводом транзистора сопротивления ^вп так, чтобы Ар =реМ1 /0,5^	+ составлял не более 10...
...20. Помогает избежать неустойчивости работы построение усилителя на основе квадратурных мостовых схем (так называемая схема балансного усилителя, рис. 3.5).
ЧдогГ 2 ^ых 1 Лкр I э1)~ 2 Ьх1
Рис. 3.4
^эдоп
25
XC-XL+XbX1
V _ 2
\ I V	u
A3iv	ftp
-Xfcu
Рис. 3.5
Для расчета режима мощного транзистора с частотной коррекцией во входной цепи можно использовать также методику расчета, изложенную в учебном пособии [_б].
4.	РАСЧЕТ РЕЖИМА ТРАНЗИСТОРА МОЩНОГО УСИЛИТЕЛЯ СВЧ
Приводимая ниже методика расчета режима мощного транзистора СВЧ описана в учебных пособиях [5, 9, II]. Рассмотрение теории и работы усилителей на мощных биполярных транзисторах СВЧ дано в учебнике [.l]-
Рассматриваемая методика может быть использована для расчета режима мощного транзистора усилителя, работающего на частотах порядка сотен мегагерц, и позволяет получить параметры режима, достаточно близкие к экспериментальным. На значениях частоты I... — 3 ГГц погрешность расчета возрастает из-за использования упрощенной эквивалентной схемы транзистора и недостаточной точности при определении ее параметров. В диапазоне частот выше 3 ГГц эти недостатки проявляются еще более резко. На режим начинает оказывать сильное влияние даже сравнительно небольшой разброс значений индуктивностей вводов и емкостей корпуса, а также многочисленные паразитные связи в конструкции транзистора. Эти обстоятельства ограничивают верхний частотный предел применимости рассматриваемой методики.
В методике расчета используется эквивалентная схема, представленная на рис. 2.3 и дополненная некоторыми элементами, существенными для диапазона СВЧ.
Для эквивалентного управляемого тока гг выполняется соотношение
'Sn{un-U'}, ип>и';
26
где/5^ - комплексная крутизна по переходу;Sn-Snexp(-j и)? п)у соТп^О>Дш/а)Гр- фаза, определяемая временем пролета носителей заряда; Un- мгновенное напряжение на переходе.
Уже отмечалось (см. гл. 2), что параметры эквивалентной схемы транзистора зависят от протекающих токов и приложенных напряжений. Однако обычно считают, что в выбранном режиме транзистора параметры схемы будут постоянными в пределах каждой области работы: области рабочей (Д'- замкнут) и области отсечки (Д'- разомкнут). Параметры эквивалентной схемы.приводятся в справочных данных (например L5, 9]), а наименования их даны в разделе "Обозначения" настоящего пособия. Некоторые параметры, которые отсутствуют в. справочниках можно оценить по формулам:
сА=сэ + сдиер , с^с^скп ,ска*ск/г...и,
; S„ = 62,5 iK /(4+3,66 4О'z Тп) ;
£д-&п/2яг/Гр , T1 = hg/э /)
& sis / [	+ (4+ кг-/э')Т'э ].
При усреднении £>р ток рекомендуется принять равным половине высоты импульса коллекторного тока 1ктпол или амплитуде его первой гармоники, которая в типичных режимах близка к 0,5 1ктак. Емкость Ск определяют при выбранном напряжении 4fKO. На частотах/^ 3/р /кг^э сопротивление V слабо шунтирует емкости и им можно пренебречь. Неравенство/^ ^/гр//гуэ определяет нижнюю частотную границу проводимого анализа. При расчете принимают, что в диапазоне СВЧ входной ток мощных транзисторов оказывается близким к гармоническому за счет подавления высших гармоник индуктивностью входного электрода. Форма коллекторного напряжения принимается гармонической. Поэтому далее будем полагать, что входной ток и коллекторное напряжение не содержат высших гармоник и эквивалентный генератор токаSn(Un-СТ') нагружен на активное сопротивление. Расчет производим для граничного режима работы транзистора.
Эквивалентная схема усилителя 0Э для токов и напряжений первой гармоники показана на рис. 4.1,а, а усилителя ОБ -на рис. 4.1,6. В схеме 0Э при активной нагрузке будут отрицательные обратные связи через 1,3 и Ск . В схеме ОБ имеет место значительная положительная обратная связь через -Lp, при этом сопротивление 7^, будет сильно зависеть от частоты и при росте J,g может стать отрицательным. Это означает, что работа усилителя становится неустойчивой.
27
Рис. 4.1
Для обеспечения устойчивого режима применяют специальные меры, например, включение FSonb цепь эмиттера (см. рис. 3.4) или нейтрализацию 7, включением емкости в базовую цепь. Можно использовать выходное сопротивление моста делителя, если усилитель построен по балансной схеме (см. рис. 3.5). Сопротивление 7^^ с ростом мощности уменьшается (до долей ом),Х^х/ вблизи верхней частотной границы имеет индуктивный характер из-за2^-и^^и значительно больше . Коэффициент усиления обратно пропорционален квадрату частоты. Поэтому, если известно из справочных данных, что транзистор на частоте е// имеет коэффициент усиления Кр, то на некоторой, более низкой рабочей частоте / , его коэффициент усиления можно оценить примерно как Кр-К'р , т.е. если/^0,5/' то будет в 4 раза больше Д'/. В схеме ОЭ верхняя рабочая частота^ при /<р-2...3 не превышает f . В схеме ОБ - может доходить до 3 /гр. 28
Тип транзистора выбирают по заданной выходной модности fj>b/K 1 на рабочей частоте /} определяют схему включения транзистора, пользуясь справочными данными транзистора. Часто схема включения транзистора определяется его конструкцией, в которой с корпусом соединяется один из электрод2в (эмиттер, база). При выборе типа транзистора можно ориентироваться на данные экспериментального типового режима. Рекомендуется использовать СВЧ-транзисторы на мощность не менее (0,4.. .0,5)/^>лук , указанной в справочнике. Сильное недоиспользование транзистора приводит к снижению его усилительных свойств. Интервал частот^включает/и^(0,2...0,3)^ и/^а;(0,8...0,9)/Гр для схемы 0Э И1^ = (2...3)Угр для схемы ОБ. Применение транзистора, имеющего /н выше рабочей, позволяет получить более высокое усиление, но при этом увеличивается вероятность самовозбуждения усилителя и понижается его надежность.
Схема ОБ характерна для транзисторов, работающих на/ > I ГГц. Транзистор!, имеющие два вывода эмиттера (для уменьшения), следует включать по схеме 0Э. Для оценки параметров эквивалентной схемы можно использовать следующие данные:2г,й/4=г(0,1...0,4) нГн (для 03Z3(5i4=ZJ„ для 0Б£^=2^) ,Lk и входного вывода - в несколько раз больше.£^=(5...10)Гх,»Г'^-,7^а«0,37^.. Параметр в расчетах не критичен, ZZ=0,6.. .0,9 В для приборов на основе кремния,$гр-	W&Pgb/K1 соответствуют рабочему
режиму (например, экспериментальные данные). Если требуемая мощность Fgb/^1 близка к той, которую может отдать транзистор, то £40 берется стандартным. При недоиспользовании транзистора по мощности целесообразно снижать [fKO для повышения надежности. Например, если требуемая Ffe меньше на 30-40% мощности в типовом режиме PgA/x , то lfKO можно уменьшить на 20-30% по сравнению со стандартным. Однако при снижении LTKo вдвое по сравнению со стандартным частота^ уменьшается на (5...15%), а емкость Ск увеличивается на 20...25%. Напряжение смещения часто выбирается нулевым. При этом угол отсечки будет близок к 80-90°, при котором соотношение между fgb/K1 >рэ ,Ррблизко к оптимальному. Кроме того, в этом случае отсутствует цепь смещения, что упрощает схему усилителя и не требует затраты мощности на осуществление смещения. В отношении £гр надо иметь в виду, что перед расчетом ее следует уточнить, используя условие
*0,7...0,8
(для схемы 03 - 0,7; для схемы ОБ - 0,8).
29

При этом Pgb/ UK0 берутся для выбранного транзистора. При невыполнении этого условияЗгр можно несколько увеличить (на 10... -..15%).
Предлагаемая в [5] методика расчета исходит не из PgblK4, а из мощности F}- , развиваемой эквивалентным генератором тока гг. Мощность/?- в схеме ОЭ надо брать на 10-20% меньше, чем требуемая fgbni i, которая имеет приращение из-за прямого прохождения части входной мощности. В схеме ОБ Рг следует взять больше, чем требуемая ^/х/ , так как значительная часть мощности, развиваемая генератором тока поступает во входную цепь усилителя.
На J>frp в схеме ОБ/?, берется на 25...50% выше	w&f^frp
эта доля меньше.
К начальным параметрам расчета относится температура корпуса транзистора. Ее можно задать как Тк = Тср+ (10.. ,20)°С с учетом перегрева радиатора относительно окружающей среды.
Если после проведения расчета на значения Pg'b/M}f^ типовом режиме Ар отличается от справочного значения Кр не более, чем на -20%, то можно считать, что параметры эквивалентной схемы, принятые в расчете, оценены правильно. Если модуль пикового напряжения \Ufr3nui<\^Ug3gon, то зто означает, что значение емкости Сд занижено. Для удобства расчета исходные данные целесообразно свести в таблицу в следующем порядке: Р(ь/х,,Вт;
Urf] доп г В , Ц&э Son) ByU'ByUgo,By 1Гкв,8у вгр//в; RnK, °С/ВТ- Тп, СС;
Тк, СС) R-sfs / ТТ/с ,лФ ,	п Рцп , л Фу С3, п Фу	, Ом у	, Ому
Г>К)Ому 1.Б.НГН1 L к,нГн, 1э,нГн> Р/сдоп 7Вг-
Приводимый ниже порядок расчета граничного режима работы при Ufa = 0 может быть использован для включения транзистора как по схеме 0Э, так и по схеме ОБ. Там, где формулы расчета для схем 0Э и ОБ отличаются, будет сделана пометка "0Э" или "ОБ". Все расчеты проводятся в системе СИ.
I.	Напряженность ^гр режима:
5гр= 0,5-O,5//-/6Pr/5rpU^ .
2.	Амплитуда напряжения и тока первой гармоники эквивалентного генератора:
^гГ^гр^м > Z Pr / Uri.
30
3.	Пиковое напряжение на коллекторе:
~ KO-* Wff ^кэ Зол •
При невыполнении неравенства следует изменить режим или выбрать другой тип транзистора.
4.	Параметры транзистора:
^п~ ^2,5	/(4' * 3,66 • fO Tn'jj 7^-hg^9/3ny
^h219lrs + r’+r'a(1+ НЯ1Э )]-'
5.	Находим значения параметров А и В :
/I-(U8o~U,)^rp C9/Jrf ; В = согр C/9/6>J
где <*)rp~2Wfrp,
Рис. 4.2
С помощью графика A(fi)na рис. 4.2 определяем коэффициент разложения file) . Затем по табл. 3.J для найденного (6) определяем значения &fCOi В и коэффициент формы £>^(6).
6.	Пиковое обратное напряжение на эмиттере
Чг,	- - <, И’Ш!)/urp C3f,le)*u‘i us,	.
31
Затем в пп. 7...22 рассчитываются комплексные амплитуды токов и напряжений на элементах эквивалентных схем (см. рис. 4.1). За вектор с нулевой фазой принят ток dri и «7г/= / <7г/1- УГ1.
7• *7=</ *^п ajrp^(g)	£tJ'£гт
где 0,4л>/угр, a) = 2<^Г/.
8.	-J Э t	(0)1/VСэ.
9-	&ска. ~ &гт + &пт-
^0* ^Ска. ~J ^~КЛ Цск/а. -
П. =^ + ^скл-
12.	Lf^s
13-	^Скп =	+ ^ска •
14.	^скп ~</ ^кп UCt,n .
15.	Г* Л(ыСк? rtf1.
16.	^г'к = &Скл /^К •
17	• •Ifo - +JCKn •
18.	L/^s =j<oMg jpt.
19.
20.	^эГ ^dte-La")-
21	•	= £/?/+ &l g- *	+ ^ni •
22.	^К1~^п-^Ска.~^Скп~^К-
23.	Амплитуда напряжения на нагрузке и входное сопротивление транзистора для первой гармоники тока:
йкт оэ - игг~йэт Zg* тоэ= &gf/Jg-f у OB = UCtir + UJ'S,J ZgKf Qg- LTet/^f.
24.	Мощность возбуждения и мощность, отдаваемая в нагрузку:
Pg-O,S\_ Re Ug^ReJfa + Jm ЩЗггг Pgbi*Re3K1+Jr>i UicfJrn c^/J для схемы ОЭ
tyl ~^5т / &K1~ &К10Э j
для схемы ОБ •	•	.	-
Jgt ~ $31У ^Гкг U*30g 
32
^XAPgbtY1 будет отличаться от заданной более чем на *20%, расчет следует провести заново, скорректировав значение Рг-
25.	Постоянная составляющая коллекторного тока, мощность, потребляемая от источника питания, и электронный КПД соответственно:
26.	Коэффициент усиления по мощности, мощность, рассеиваемая транзистором и допустимая мощность рассеяния при данной температуре корпуса транзистора
Рр ~ Рбыт /Pg > Р*~	> Рктак~ ^ПТПАХ Тк/Рпк •
Можно принять значение Tnnja^ Тп , где Тп - допустимое значение, взятое иэ справочных данных (табл. 2.1).
Следует убедиться, что РКГпах * ркдоп-
27,	Сопротивление эквивалентной нагрузки на внешних выводах транзистора
~	1 ~ j к '
rVfilJ'KI = lflcl03 для схемы ОЭ и =£/«06 для схемы ОБ.
Данный расчет исходил из нулевого смещения на входном электроде транзистора. В ряде случаев этот режим может быть не оптимальным и желательно вести расчет на заданный угол отсечки (например в усилителе ОБ для стабилизации режима уменьшают угол отсечки). Тогда, выбрав угол отсечки 6 , находят по коэффициентcLjie)^ определяют
табл. 3.1

гр •
смещения Ug0 ( . ^rpCg\
Затем в п. 5 находят напряжение
СОЛ & +
из соотношения
табл. 3.1 , для выбранного 0 быть запирающим, то можно
где	ъсолб берут также из
Если напряжение смещения должно
применить автосмещение, включив сопротивление Ra =UgtfPKoi заблокированное конденсатором. При отпирающем смещении требуется дополнительный источник напряжения.
33
4.1.	Расчет режима мощного транзистора при условии малого индуктивного сопротивления общего электрода (упрощенная методика расчета)
Когда индуктивное сопротивление общего электрода (OJ,oSin мало (напряжение первой гармоники на нём не превышает 3...5% амплитуды коллекторного напряжения), расчетные формулы упрощаются. Расчет режима транзистора после выбора его типа, ведется на заданную мощностьfyb/IU на частоте^ при Lfg0 - О.
Порядок расчета будет следующим f5, II]:
Схема ОЭ. Условием допустимости использования упрощенной методики является значение ожидаемого на рабочей частоте коэффициента усиления по мощности транзистора более 4...5. Поэтому оцениваем возможный коэффициент усиления по мощности для выбранного транзистора как
\ v /
Если это условие выполняется, то далее расчет ведем в следующем порядке, исходя из мощности PgbtKf.
I.	Сопротивление потерь коллектора в параллельном эквиваленте (см. рис. 4.1,а):
2.	Напряженность граничного режима:
Г, /
Ъ-Р 1+2/^ \! Г~ Srp[UKDf J-
3,	Ua-f-^rpUno’
4» «4-/
5.	Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки и приведенное сопротивление соотв тственно:
~ f	+ )•
6.	Амплитуда первой гармоники тока эквивалентного генератора: 7	7	(J	\
<	' к /
7.	Параметры и коэффициенты: _ 42,5 Jri	1
п~ 1+3,66-Ю3ТП ’ Г ~ Пг*э )
34	’	"
£ _ _
A= 0,65+0,15 —6 = 0,67 +  f • *5
8.	Коэффициент разложения: /I
^(в)" 6-(lfgo-U')(Orp^3/^ '
Для полученного filO) находим §f(0) лсо4в (см. табл. 3.1).
9.	Амплитуда тока базы
%	[ Зг< (д +cdrp С к	Шгр СЭ -
10.	Модуль коэффициента усиления по току
= «4/ _ _ . Угря® ______________< _________
Г Зе< J ш (rk7^)' -f+MrpCKR'Kl^(9}'
II. drf(l + CO$e)	f
лик — C3 fi(O) 6 don •
12.	Составляющие входного сопротивления транзистора первой
гармонике тока
(1 + 1к)Гр CKQ	+Ь)гр-1‘Э^(6) + Г’э
%7 ^^грСкК'К1^(О)
^Л/=^+
,	i-fi(O) ~ шгрП(е)
a)-L3------у;-----г ----------
3	со С-	3 со
^гр &К1
13.	Коэффициент усиления по мощности:
Ар = Н- RK1 /гgKi-
[мгруМ/а>\г [ r>/(RK^y\RK1_________
(<+ь>гр СКЛ R'ufi (Q^pL^lO)	(7^грСк R'Kt	(О))
35
I4* ^KO ~^r< I}^O~^KO^KO I Рэ~ PfbfX1/
15. Входная мощность и рассеиваемая мощность
Pg'fybMl/Kp ’> %~Р°~
16. Составляющие сопротивления нагрузки, приведенные к внешнему выводу коллектора в параллельном эквиваленте
RК1 -	+ R Ki
Rt"= U+(o>C*Rk<)z'1Rki '
у.__________________________
wCK(,'/-ct)zCKliK)RKf~(i).Lli
Схема ОБ. Упрощенная методика применима, если выполняются условия:	________________________
из / RK, Г< (6)	1 .
f-frp ? J	f-KorpCKRK^fff)
Расчет ведем в следующем порядке.
Определяются величины и параметры:	£4, Rku
ЭТ0 дано В пп* 1-”8 схемы 0Э«
9. Амплитуда тока эмиттера -
10. Модуль коэффициента усиления по току
п.
ТГ	= _ 3ri(^OS6)	,
иБэ пик C^^(G)	д°П ‘
^КО = Jri/Pf № 7 PO=J*Oрэ= Р'Ь^ /Р°'
& г 2
13.	[йз£!к; (1~Ck-1~,k)Rk1~(*)-L‘k\ + RkI
R"r U+Ccoc^RKi'flRKi 7
_____Rut R/<i_______________
U>CK(Y- )Rf, - oj±k ’
36
14.	Составляющие входного сопротивления транзистора первой гармонике тока:
73. =Га +
,	.	, х	^rPrt(e)
t^fy+Qp Cta К Kt ft @№rp fi &) v* ^rp &K. CO Сэ CD
/ curp \2
/+(^W
'*№r<w)z
15.	Коэффициент усиления по мощности:
Xp=RiRK1lFgx =
t^rpfi(&)\ ^Xf t f r*
 (/ Tfiaj	’
ив a • шгр ехл r'x, f, Св);
f	\	^rP
& э шрр Ц- // W) и* ыгр Gk (G^) соСэ CO ft (e^'
16.	Входная и рассеиваемая мощности соответственно:
% ~ Pguxi /Кр , Рк~ Ро~ Реьг*.1 +Р( Рк доп-
Если в п. 14 7£х^<0, то возможно самовозбуждение. Как уже ранее рекомендовалось, для исключения паразитной генерации можно включить ?2ffon в Цепь эмиттера (см. рис. 3.4). При этом коэффициент Ар уменьшается, обеспечивая стабильность режима. В диапазоне СВЧ рекомендуется задавать А^З...10. Затем, выполнив пп. I... ...8 расчета, определить амплитуду тока эмиттера (п. 9):
/	/ со ха1
J = J S+ /----------)
31 "J ^грГс(^)
и составляющие входного сопротивления^^ и Xg^1 (п. 12).
Дополнительное сопротивление находится из соотношения
гэ дол~2	~ ^fx , 
37
Рассеиваемая мощность

5. РАСЧЕТ РЕЖИМА ТРАНЗИСТОРА МАЛОМОЩНОГО УСИЛИТЕЛЯ СВЧ
В начальных каскадах РПУ мощность обычно достаточно мала и каскада строятся на маломощных генераторных транзисторах, к которым относятся приборы о допустимой мощностью рассеяния менее 0,3 Вт. На входе и выходе транзисторов маломощных усилителей напряжения близки к гармоническим, что обеспечивается применением в согласующих цепях резонансных колебательных систем или П-образных цепей. Поэтому методика расчета режима маломощного транзистора исходит из допущения о гармонической форме входного и выходного напряжений.
Рассмотрим расчет режима маломощного транзистора, включенного по схеме ОЭ на заданную выходную мощность/^/х/на рабочей частоте / .
Для расчета режима маломощного транзистора, работающего на частотах, не превышающих сотни МГц при/< (0,3...0,5)/^ можно использовать приближенную методику, изложенную в учебных пособиях [8, I0j. Для расчета режима транзистора, работающего на частотах несколько сотен МГц, целесообразно применить методику, рассмотренную в работе [5]. При расчете режима транзистора, предназначенного для частот порядка нескольких ГГц, рекомендуется использовать методику расчета для мощных транзисторов СВЧ [б] (см. гл. 4 настоящего пособия).
Приведем методику расчета режима маломощного транзистора,
работающего на частотах до сотен МГц. Для этих транзисторов
при /гд £ I ГГц характерно: значение верхней частотной границы применения транзистора •Woo и Методика позволяет вести расчет без учета влияния индуктивности выводов
Рис. 5.1
если лу	° Уче-
том litl{ , если неравенство не выполняется. Расчет проводится для граничного режима работы. Принимается, что транзистор работает с нулевым смещением (Ifa-O).
38
Эквивалентная схема транзистора, включенного по схеме ОЭ, показана на рис. 5.1. Крутизна по переходу^ считается вещественной величиной. Сопротивление нагрузки - активное. Транзистор выбирается по требуемой мощности Pfb/* t = Pgb/K /Д^ь,х на рабочей частоте. Pfb/K - выходная мощность усилителя,	- КПД выходной со-
гласующей цепи,рк/Ь1К-0,5...0,6. При выборе типа транзистора можно ориентироваться на экспериментальные данные (типовой режим). После выбора типа транзистора рекомендуется выписать параметры, необходимые для расчета, в виде таблицы в следующем порядке:
^кэЗоп^У	,8} Ug'e-UfioiBj ^пдоп,
Тк,еС-, Рпк,°С1вт} Ркаоп.Вт)^гр^/В^гр,МГЧуСк,пР) Ска, пФ; С9,пФ', Г_,Ом- 1.ъ,нГн;19,нГну 1ГКогВ^ h^3 .
Напряжение питания берется равным рекомендуемому для типового режима, еоли^А/х/в этом режиме близка к требуемой. Если требуемая мощность меньше, чем указанная для типового режима, то напряжение LTKO можно уменьшить, что повысит надежность транзистора. Например, если мощность меньше на 30...40%, тоб^, можно снизить на 20-30%.
5.1.	Расчет режима транзистора по схеме ОЭ без учета индуктивности вывода
Проверяем выполнение условия 7J.’•й^Д^.Если выполняется, то расчет ведем в следующем порядке [5].
I.	Напряженность режима:
'	Гр Ко
2.	Амплитуда напряжения и тока коллектора, эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки:
UKi~^rpUK0 ,	Pf6/X1 /СРк-f у	/ОК1.
3.	Параметры эквивалентной схемы, граничная частота по крутизне и параметры } СОЪ </>$ , 8гП </>£ .
£„^2/>зк,/(1+з,бб.й\)- r*k„9/S„‘, ^=frp/^^; ^s-///sy	;
tin. i/>s = $РА coi .
39
Таблица 5.1 Зависимость	от параметра Ф( ви,&£) при 5Pj = Conti	9*0	4,29	0,14		0,15	3,8	91*0	3,69	91*0	3,58	о	3,43	о
	ш ш о	СР хг СО	СО ьч о	CD СО СО	CD О	ЬЧ СО	О	8 СЗ	CD О	CD СО 03	CD О	in CD 03	03 о
	in о	03	со о	3 OJ	CD О	ш 03	03 о	8 с7	8 О	ю CJ	8 О	02	8 О
	ю о	03 1-4 03	03 О	03	8 о	CD СО	03 о	Р	CD 03 о	S	СЗ о		со о
	о	«3	in 03 о	in	CD 03 о	CD	со 03 о		со о	00	со о	8_	со о
	ю со о	in 03	00 03 о	CD	CD 03 О	СЗ	со о	О	ш со о	3 о	к о	03 со о	ч о
	со о	Ы	со о	tn CD О	03 со о	CD 00 О	со о	G- О	(D СО о	CD CD О	о	3 о	00 о
	ш сч о	О	со о	£ о	ш со о	G-CD О	со со о	СО in о	ч о	in о	CD О	о~ о	ю о
	о	СО in о	со со о*	in о	о	СР о	ч о	ч о	CD xF О	со о	in о	в о	со о
	ш нч о	со о	хг о	in со о	со о	я о	in о	00 03 о	В о	in 03 о*	CD О	8 О	in CD o'
	о	8 о	ч о	03 СЗ о	ю о	а o'	со о	со о	in ш о	CD О	о сГ	о	8 О
	8 * о 1	и о	in *** о	о*	о	ьч о	ю о	8 О	CD О	в о	(D CD О	в о	о
	1 р‘	о	in о	о	В о	о	in in о	о	3 о	о	О	о	о
	м *?	со  о 1	ш ш о*	ьч о I	со ш o’	CD ?	3 о	о* 1	8 О	03 о 1	3 о	о 1	со CD О
	03 О I	03 СО О 1	3 о	со о 1	in со с?	00 03 о 1	Е> О	03 о 1	8 О	ч о 1	со о	03 о 1	j—|
	о? §	? СЬ е<	8? $-о	в		£	а sg	е-	4	в-		б? ¥ В-	§ 54.
				in о		ы		03		со		1П	
40													
4.	Параметр $(9H,S?s), определяющий угол отсечки вн Ф(енМ=-(и6о-и')со* iiKf.
для полученных5?^и	помощью табл. 5.1 находим коэффициент разложения	. Принимаем далее 0н = 0-
5.	Знаяу^/#?, по табл. .3.1, определяем соответствующий ему коэффициент а затем постоянную составляющую коллекторного тока:
6.	Фаза первой гармоники тока эквивалентного генератора:
% ~ ™	4 -22/Я&	(&)).
7.	Амплитуда напряжения возбуждения:
)z+(Лп 4></coWs
8.	Входная проводимость для тока первой гармоники:
PCOilfs
^(е) со*?г-Ге. +п	*in vs)
9.	Мощность возбуждения и коэффициент усиления по мощности:
10.	Мощность, потребляемая от источника питания, мощность рассеяния на транзисторе, КПД
Рв~ UKB , Рк-Ро~Pgbi*i *?кдап > Рэ~ fybixi /Р> •
II.	Максимальное обратное напряжение на эмиттере
^9 Z7Z/X " -	и6э доп -
г {(COi^/couPs
ВГ'/К4 ------------

5.2.	Расчет режима транзистора по схеме 03 0 учетом ИНДУКТИВНОСТИ ВЫВОДОВ (Tfr
Порядок определения параметров режима:
I. 0,5^3	
г *<00 иКо
41
'^•^Ki~^rp^KO >	~ 2 Pfb/K 1	,R*<~Uki/ J Ki -
3.	Sn^2,5JK</(<+3,66- Ю9ТПУ, г = Ьг,э/£п.
4.	Нормированные частоты
Пр^Нгр, ft* ^hgo&rp (+ <drpL3 )/(r^r).
5.	<f>(Qrp ,Г(6У) =-(^-lf')/JK1 (r^rpL3 )&rp.
По рассчитанным^ и$(S?rp,f1[e)')'mo табл. 5.1 находим #(6) и затем по табл. 3.1 соответствующий ему коэффициент £/(&)
Примечание. Если угол отсечки задан (т.е. режим не нулевого смещения), то по табл. 3.1 определяем j^(G) и с учетом найденного^ по табл. 5.1 находимФ(РРгр^}.Затем из формулы для Ф&фф ) определяем требуемое напряжение смещения:
^и'-Ф(9гр,у;(е))дк1 ^^гРЬэ)^гр
6.	JK
^Si~C^>rp^^^+(^rp^tta_I^KiYi^^+C^rp^‘3\	(д)
7.	Активная и реактивная составляющие входного сопротивления току первой гармоники
С^^>грСкл RKi3^(6>))+ <*>грС3 .
Л/х/ =	(1+ Ыгр Ск R*, )	(&)	'
“Lt> + (^^rpCK )^(0) h^Qrp(harpCKRK^(Q^
8.	Коэффициенты усиления по току и по мощности
X/ . rp(l^гр Ск. R к <
Ср ~ Ri RK1 /?'’£* 1 •
9-	Pf=Pe>,x<'Rp-
Ю* ^ко~ ^Ki /> /~к~ Р°~ Pp<RKdop-Рэ~ PgblKi f Р°-
пик ~ ~	+ Ufa доп -
42
6. РАСЧЕТ РЕЖИМА ТРАНЗИСТОРА МАЛОМОЩНОГО УМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
Генераторные каскада малой мощности РПУ могут выполнять функции умножителей частоты, в основе которых лежит принцип выделения гармоники нужной частоты из импульсов коллекторного тока. На высоких частотах на режим умножителя существенно влияет реакция нагрузки, обусловленная действием емкостей переходов транзистора, и ее следует учитывать.
При достаточно хорошей фильтрации нужной гармоники на выходе (применение колебательных систем с высокой добротностью в коллекторной цепи) напряжение на коллекторной нагрузке будет близко к гармоническому. Поэтому при расчете режима транзистора принимают напряжения на входе и выходе транзистора гармоническими. Эквивалентная схема умножителя с ОЭ частоты Известно, что наибольшая мощность гармоники при заданной величине максимума импульса коллекторного тока зависит от угла отсечки 6 импульса. Для определения оптимального угла отсечки 60птп для каждой гармоники можно пользоваться формулой 8ОПтп - 120°/тг , где гг- номер гармоники.
приведена на рис. 6.1.
Расчет режима транзистора ведут на заданную выходную мощность тг —й гармоники%	на рабочей частоте лг/ и выбранный угол
отсечки6^^/- рабочая частота входных колебаний).
Для расчета режима используем методику расчета, приведенную в [б], и во многом повторяющую методику расчета маломощного транзистора усилителя (см. гл. 5 настоящего пособия).
Исходя из заданных и рабочей частоты тт/ по справочнику выбирается транзистор. Параметры транзистора рекомендуется свести в таблицу. Значение напряжения коллекторного питания 1/ко принимается равным или близким к UKe в типовом режиме транзистора. Угол отсечки8-&оптгтИз табл. 3.1 находятся коэффициенты о(п(в)>^(в)}£п(6)/Реж.ш работы принимают граничным. Проверяют условие, определяющее необходимость учета индуктивности выводов транзистора. Если 1"&> (OrpLs, то влиянием индуктивности 2э можно пренебречь.
Порядок расчета режима транзистора без учета индуктивности выводов	может быть следующим.
43
I, Напряженность граничного режима:
л = ££ Г/+ //_ еРеч^_п_
гДе
3 b>rp LKO.
Q'~',+Jr <*nie)Srf>
2. Амплитуда коллекторного напряжения и тока п ~й гармоники, сопротивление коллекторной нагрузки
^7г=^грЦце)	> Rкп'^кп /
3. Следует убедиться, что
^кп ' ОПТ ~ Л/(&ЫгрС^ Л
Если это условие не выполняется, то надо принять^К1^7?копт-При этом транзистор будет работать в недонапряженном режиме. Восстановить граничный режим можно, понизив напряжение питания UКо.
4. Максимум импульса коллекторного тока: в
& <^грС^
^кттгат ^(6)
5. Постоянная составляющая коллекторного тока . Л. ап в (в^ nG _
К ттгатс доп '
1 — KTl к° 1„и»
1	~	af. RKJ7
6.	Параметры транзистора 42, 5 (iк. так
-т^ТГТ^Г ’	=JrP/.^rs -
f^3 6o • 7 с/ /П
h
s
7.	Амплитуда и фаза первой гармоники коллекторного тока:
22
-"S
8.	Амплитуда напряжения возбуждения
в<	'
44
9.	Входная проводимость:
Г Г	1
уАу - — у “777 COi (со* ~<i6irz <Л)1' о L г	J
10.	Мощность возбуждения:
рг<-°^и!,ке^,-
II.	Коэффициент усиления по мощности:
Кр° pl^n/pS,.
12.	По табл. 6.1 находим для известных
13.	Напряжение смещения:
14.	Максимальное обратное напряжение на эмиттере:
= - № ‘‘»e„)'U-Z0ClaJ’l. UKnP us, 3,„.
15.	Мощность, потребляемая от источника питания, мощность рассеяния транзистора, КПД:
Ко^Ко ) РК'^о~^ыт+^'; Р'э ~ Р£ыкп / Р° •
Если влиянием индуктивности выводов транзистора пренебречь нельзя, то расчет можно вести аналогично предыдущему, за исключением пунктов 9, 10, II, которые с учетом влияния индуктивностей выводов определяются так:
9.	Активная и реактивная составляющие входного сопротивления
Гё*<~ fi(eH,Qrpy
/	_L3	\	^гр-^э'7"
Xg^ м (2zr
где &rp=f/frp.
10.	Коэффициент усиления по мощности
(^ГрРп (&н >Фгр)\ -1	_______R/tn_____________
р I " f^(eH,5?rpy
II.	Мощность возбуждения:
& = /&/XZ2 /^Р '
45
7. РАСЧЕТ РЕЖИМА ТРАНЗИСТОРА МОЩНОГО СВЧ УМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
В промежуточных каскадах радиопередающих устройств СЕЧ применяют умножители частоты с выходной мощностью до сотен милливатт. Такие СВЧ-умножители являются уже мощными. Умножение частоты в них достигается выделением нужной иг-й гармоники из импульса коллекторного тока. При расчете режима транзистора, работающего на частотах 10®...I09 (сотни МГц), используют кусочно-линейную модель транзистора. При этом дополнительно учитывают индуктивности выводов транзистора, емкость закрытого эмиттерного перехода и потери в материале коллектора. Предполагают, что транзистор включен по схеме с общей базой (ОБ) и возбуждается от генератора гармонического тока. Схема ОБ обеспечивает лучшие энергетические параметры мощного умножителя СВЧ, чем схема с общим эмиттером (0Э). В схеме 0Э за счет обратной связи через емкость Ск импульс коллекторного тока деформируется и имеет малые коэффициент формы §п(О), а следовательно, и КОД, и мощность в нагрузке.
Выходная мощность умножителя ограничена несколькими факторами. К ним относятся предельно допустимые значения обратного напряжения на змиттерном переходе б^^и модности рассеяния^^ол , а также критический коллекторный ток .
При выборе угла отсечки# надо учитывать следующее. Пиковое обратное напряжение ^эпа/< увеличивается при уменьшении угла отсечки 6 , что может ограничить мощность, отдаваемую умножителем частоты. При больших углах отсечки уменьшается КОД и растет рассеиваемая мощность , что может привести к нереализуемоети режима транзистора. Если при оптимизации мощности умножителя частоты опираться только на ограничения по коллекторному току, считая максимальный ток iKmoK =	, то оптимальным углом отсечки при
П = 2 оказывается- 9 = 60°, а при п -3-6 = 40°. При этих углах отсечки КПД будет достаточно высоким, но надо не допустить превышение • Поэтому часто угол отсечки и для иг = 2, и/г = 3 выбирают равным 9 = 60°.
Расчет режима транзистора ведут на заданную выходную мощность транзистора PgbrK п на рабочей частоте лг/, определенную по выходной мощности умножителя и КПД его выходной согласующей цеПИ ^ы*ъ~Р1ь1к/р,,£Ь1К .
№кр - значение тока коллектора,при достижении которого частота падает на 3 дБ (в два раза) по отношению к ее максимальному значению при заданном напряжении коллектор-змиттер.
47
Для расчета используем методику, изложенную е учебном пособии Сб], которая имеет в своей основе следующие допущения: интервал рабочих частот соответствует неравенствам />3fгр /h2f3 , nf -/гр-транзистор возбуждается от генератора гармонического тока; крутизна по переходу £п считается вещественной; напряжение на коллекторе - гармоническое;
схема включения транзистора - ОБ;
влиянием индуктивности общего вывода транзистора !,& пренебрегают.
Исходя из заданных п и Л/ по справочникам выбирается транзистор с учетом выполнения условий/^ 3>frp/h213 и nfs/rp. Вследствие больших потерь в материале коллектора на верхних частотах транзистора целесообразно выбирать транзистор с запасом по выходной мощностиfgb,Krz примерно в 2,0...2,5 раза. Параметры выбранного транзистора рекомендуется свести в таблицу в следующем порядке •	у VKo > ^кэ доп ,	доп, В; ТУ, By Укр > А;
Т„,°Су £гр,А/Ву	ге,Ом; Г3.0мугк,Ому
/ру н/~Ну jL 3 , и Гну Ук,нГн.
Напряжение питания 1УКО принимается равным или близким к lf^o в типовом режиме транзистора. Угол отсечки целесообразно выбрать для rt= 2 и 7г = 3 & = 60°. По табл. 3.1 определяют для выбранного 6 коэффициенты оСс , ot., , fa,, fan •
Расчет ведут в следующем порядке (режим работы принимают граничным).
I. Сопротивление потерь коллектора в параллельном эквиваленте:
2. Напряженность граничного режима
, -Г / / 7?Pgbl)lTl(1+/P/
Г ^n^fao
гдеЛ= ^/^гр 7^ осп (&).
.	3. Амплитуда напряжения и тока п -й гармоники, приведенные
к эквивалентному генератору (см. гл. 4)
^\п=Чгр^ко ",	- 2 PgAttltz / Укп-
48
4.	Сопротивление коллекторной нагрузки
^кц ~	/^кп-	'
Здесь необходимо убедиться, что Tr^SA^'. При невыполнении этого условия следует задать меньшую амплитуду на коллекторе.
5.	Амплитуда п -й гармоники, высота импульса тока эквивалентного генератора, постоянная составляющая коллекторного тока соответственно:
^гтг ~^кп	J г к max ~^гп /	(О)у
^ко ~ I к max о (&).
Провести проверку выполнения условия //^^-^.Если условие не выполняется, то следует сменить транзистор, так как из-за уменьшения частоты,/^ нельзя получить заданную мощность.
6.	Амплитуда тока возбуждения и коэффициента передачи по току в схеме ОБ:
/	/ со \г
=7/-гг 4^ X	’ Ki = Jktz '
7.	Пиковое обратное напряжение на эмиттере
сга	e)/arpc3pz (ол+и* иМт.
8.	Напряжение смещения:
где
*5,_ ^-г/э /Г r’g- i+ ^ ]' f- Тт-гуэ /&п У 42,5 ск	.
S"~ /+3,66-М~3Т„ >	zKmax-
9.	Активная и реактивная составляющие входного сопротивления
транзистора:
Г /

b>rpTi(f»
со
/ Г + 1ШгРт\ со С э , / L ( со /.
49
10.	Мощность источника питания, КПД:
Ро~^К0^Рк.о > рэ Р(ыкп
II.	Коэффициент усиления по мощности:
12.	Мощность возбуждения: л
13.
Мощность рассеяния:
Рк=Р° ~ Р£ь/ип *
14. Активная и реактивная составляющие сопротивления нагрузки, приведенной к внешнему выводу коллектора, в параллельном
эквиваленте:	р ,
>2	2	_с
\пшСк[<-(гш) CKLK)RKfifzulK\^RKrt
р -------------------------------—.——
нп	[^(ncoCKRKn)3lRKn
_______Rnrf?KJt___________
нл па)Ск[/-(тгш)гСк1к]К3^пшЬк
8. РАСЧЕТ РЕЖИМА БЕЗЫНЕРЦИОННОГО ТРАНЗИСТОРА МАЛОМОЩНОГО АВТОГЕНЕРАТОРА
Автогенераторы многокаскадных РПУ являются наиболее маломощными каскадами, мощность которых составляет от нескольких единиц до сотен мВт. Рабочую частоту автогенератора часто выбирают существенно ниже частоты выходных колебаний РПУ. Это позволяет легче обеспечить стабильность работы автогенератора. Повышению стабильности частоты автогенератора способствует построение его на безынерционном транзисторе. Биполярный транзистор можно считать безынерционным, если его рабочая частота колебаний/< граничная частота по крутизне) [б]. Рассмотрим методику расчета режима безынерционного транзистора маломощного автогенератора, приведенную в учебном пособии [б], на заданную выходную мощность f на рабочей частоте / .
Известно, что любой транзистор характеризуется, кроме своих частот fs и jrp , группой предельно допустимых параметров, опреде-50
ляющих его предельные возможности - током коллектора Jk wax gen, напряжением на коллекторном и эмиттерном 1Грэgon переходах и мощностью рассеяния доп для данной температуры среды Тср. В пособии Г5J показано, что выбор коэффициента обратной связи К = % /UKt автогенератора ограничен одним из этих предельно допустимых параметров. Это обстоятельство является одним из определяющих при расчете режима транзистора.
Тип транзистора выбирается по справочнику, например [ 14,15], исходя из требуемой fgblK 1 на рабочей частоте/. Проверяется условие безынерционности транзистора/< 0,5,^. Если оно удовлетворяется, то выписываются необходимые для расчета режима транзистора параметры: частота/^- , крутизна^ статической характеристики 4-^?) и крутизна «5^ статической характеристики z’^-fz/^], напряжение U 'и предельные параметры JK mak don>VK99lta,Vg9dmi Ркдоп (при 25°С). Если значенияи отсутствуют в справочнике, то они определяются из статических характеристик. В тех случаях, когда статические характеристики не приводятся, можно воспользоваться приближенными формулами Гб]:
3/7= 15Ькггга-х j
~ S/h-г/э > <fs~frp /5^0- , ?к	t)Jk7T?a* %оп,
где 1кгпЛуг максимальное значение тока импульса;^^^*^^- допустимое значение коллекторного тока.
Транзисторы автогенератора повышенной стабильности частоты обычно работают в недонапряженном режиме при неполном использовании как по току, так и напряжению:
1ктлк~ (^...0,8)^^,	)^эдо/7.
Поэтому выбираем напряжение коллекторного питания0,5^э/7гах, Далее задаемся углом отсечки & , который в автогенераторах обычно бывает 60...90°. Для выбранного6 по табл. 3.1 находим коэффициенты^-(&),(6) иCOiв. Вычисляем некоторые функции, зависящие только от угла & :
Ft. (6) = (1~СОЗ;
F^(G)=(^co3&)
51
Расчет режима транзистора ведем в следующем порядке.
I.	Определяем коэффициент обратной связи k . Значения коэф>-фициентов обратной связи, соответствующие работе транзистора в предельных режимах:
по току
ki ~ (^ктах. доп / о ^(6) ,
по напряжению
V [	доп + U'^ fU*o ]
по мощности
kp-(ZPK3on/suKO}Fp(6).
Рабочее значение коэффициента должно быть меньше наименьшей из зтих величин:
k - mi п [ k;, ku> кр].
2.	Амплитуда напряжения возбуждения:
u^ku^jt- 
3.	Амплитуды коллекторного напряжения и тока первой гармоники:
t-fyi/к ; ^ki= SUgf (&)•
4.	Максимальное значение импульса коллекторного тока: ъктах~^и(/ (*~со5 JK7nax д>оп •
5.	Выходная мощность:
Р£ык1 ~°>5 Jki 
6.	Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки:
~	/ ^К1 •
7.	Электронный КПД
p3=o,J/ико.
8.	Мощность, рассеиваемая коллектором:
У-Рэ
Р-Р -	< Р п
~ дь/* 1	к аоп •
52
9.	Напряжение смещения:
Ug^-U^coiB+U1.
10.	Максимальное обратное напряжение между базой и эмиттером: ^anu^-^rU'-Ug. (J+CMG^U^,,.
II.	Постоянные составляющие коллекторного и базового токов:
Jfo -J/co /kSY3 s
где hz/3=S /$
12.	^Мощность, потребляемая от источника коллекторного питания: ^О= ^К.о
После расчета следует убедиться, что все проверки (см.пп.8, 10) выполняются и значение полученной выходной мощности 1 не меньше заданного значения. В противном случае надо заменить тип транзистора или задаться меньшим значением мощности
При проектировании расчет режима автогенератора ведут на его выходную мощность F^b , которая связана с выходной мощностью транзистора Pgb/tl 1 (без учета мощности, идущей на возбуждение транзистора) соотношением
^Ь/Х~	>
где рк - КПД ВЧ системы автогенератора, к которой подключена нагрузка.
Поэтому мощность транзистора PgblKi , из которой исходят при расчете его режима, может быть определена, если заданы Pgb,K ър^. Однако, если мощностьFfeb/)( обычно известна, то КПД рк следует выбрать. Рекомендуемое значение^ зависит от желаемого режима автогенератора: либо режим повышенной отдачи мощности в нагрузку, либо режим повышенной стабильности частоты от влияний нагрузки. При первом режиме принимаютррь 0,8...0,9, а при втором -рк от нескольких сотых до 0,1.
9.	ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ТРАНЗИСТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРНЫХ КАСКАДОВ НА ЭВМ
В помощь проектированию транзисторных генераторных каскадов на кафедре имеется библиотека готовых программ расчета этих каскадов на ЭВМ. Программы позволяют рассчитать режимы работы транзистора и параметры элементов согласующих ВЧ-цепей, выполненных
53
на катушках индуктивности и конденсаторах (цепи Г-, Т-, П-типа) и на отрезках полосковых несимметричных линий (одношлейфовый, трансформатор). Б основе программ расчета режимов транзисторов генераторных каскадов лежат методики расчета, рассмотренные в гл. 3...8 настоящего пособия.
Для удобства выбора программы при расчете каскада приведем краткие сведения о программах: назначение и требуемые входные параметры. Полные сведения о программах можно найти в методических указаниях к ним, имеющимся на кафедре. Программы написаны на языке "Бейсик" версии персонального компьютера (ПК) "Правец-8Д" и "Фортран".
9.1.	Программы для ПК "Правец-8Д" (язык программирования - Бейсик,"диалоговый" режим)
После загрузки программы от внешнего устройства следует набрать W/V" и '"ZJ". Входные данные вводить по мере сообщений на экране ПК о вводимых параметрах, завершая ввод нажатием клавиши "XJ ".
Программа "АГ". Расчет режима безынерционного транзистора маломощного ВЧ автогенератора (схема с общим эмиттером).
Программа позволяет рассчитать параметры режима безынерционного биполярного транзистора маломощного автогенератора по заданной выходной мощности транзистора 1 на рабочей частоте f , углу отсечки тока 6 и справочным параметрам транзистора. В результате расчета определяются параметры режима транзистора, необходимые для расчета элементов ВЧ-цепи и цепей питания и смещения автогенератора.
Входными данными программы являются:/ , 6 и параметры транзистора /гр, Ск, кг1Э) JKO доп * ^доп ?	Uodon> Ufa доп-
Программа "УЧ ММТ". Расчет режима транзистора маломощного умножителя частоты (схема с общим эмиттером).
Программа позволяет рассчитать режим работы транзистора удвоителя (7z= 2) и утроителя (7£= 3) частоты по заданной выходной модности транзисторана рабочей n-й гармонике (л/), частоте входных колебаний f , углу отсечки тока G и справочным параметрам транзистора. В результате расчета определяются энергетические параметры режима транзистора и параметры, необходимые для расчета элементов ВЧ-цепей и цепей питания и смещения умножителя частоты.
54
Входными данными программы являются: п1р>еыктг,д,/ и параметры транзистора Ркдоп,Ск.СкЛ>рэ	,^rPj^rPj
/^2/Э Зоп} ^Кодоп) доги&к-о •
Программа "УЧ МТ". Расчет режима транзистора мощного СВЧ-умножителя частоты (схема с общей базой).
Программа позволяет рассчитать режим работы мощного СВЧ-транзистора, используемого в удвоителе (7г = 2) или утроителе (тг= 3) частоты. Исходными данными для расчета являются выходная мощность транзистора Pgb/Kn на рабочей п -й гармонике, выходная частотаи справочные параметры транзистора.
В результате расчета определяются энергетические параметры режима транзистора и параметры, необходимые для расчета элементов СВЧ-цепей, цепей питания и смещения умножителя частоты.
Входными данными программы	,6
и параметры транзистора h3/3,U‘, ^гр,/гр,Ск
‘ Э г-^К ) ~Pr>Sonj ^Кр~
Программа "УМ". Расчет режима транзистора усилителя ВЧ мощности (схема с общим эмиттером).
Программа позволяет рассчитать для усилителя ВЧ мощности параметры режима работы транзистора и параметры элементов и КПД его согласующих цепей, выполненных на одном из видов цепей Г-, Т—, П-типа. Расчеты выполняются в два этапа: первый - расчет режима работы транзистора, второй - расчет согласующих цепей.
Исходными данными для расчета на первом этапе являются: выходная мощность транзистора fgblK 1 на рабочей частоте У , угол отсечки тока в и справочные параметры транзистора. Для расчета на втором этапе задают тип согласующей цепи, значение активных составляющих сопротивлений на входе??/ и выходе/??? цепи, значение добротности Qi цепи и добротности катушки индуктивности цепи Q . Входными данными программы являются: для первого этапа -и параметры транзистора РкдоП) rHacjh2f3,frli,U',rejL9f ^С^кл^^авПгиШвП)^до^Моп,СЭ1С^ для второго этапа -номер типа цепи Z,R1,R.2,Q>i,(i,f -
Программы "TPANEM" и "7PANBA". Расчет режима транзистора усилителя СВЧ мощности (упрощенная методика).
Программы позволяют рассчитать параметры режима транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером {"TPANEM"} или по схеме с общей базой ("TPANBA"), усилителя СВЧ мощности. Исходными данными являются: выходная мощность транзистора %ык, на рабочей частоте / , нулевое смещение на базе транзистора UPo и справочные
55
параметры транзистора. В результате расчета определяются энергетические параметры RPtp3 и параметры режима транзистора, необходимые для расчета СВЧ согласующих цепей и цепей питания усилителя.
Входными данными являются:/,Реы^гр,Ге,гк>гэ ,CKyCMlCa,i3,ke7 ^г?доп^к.здопз^&эдолз	Рцдог» &гр ?
частота /' и коэффициент усиления Кр в типовом режиме.
Программа "РАМУ'. Расчет режима транзистора усилителя СВЧ мощности (упрощенная методика; автоматический поиск типа транзистора в электронном каталоге).
Программа позволяет рассчитать и оптимизировать параметры режима работы транзистора усилителя СВЧ мощности, включенного по схеме с общим эмиттером или по схеме с общей базой. При обращении к программе должны быть заданы: выходная мощность транзистора PgblKf , рабочая частота/.
Программа выполняет расчет, если не задано другое значение, при напряжении смещения на базе lfgB = 0.
Программа содержит электронный каталог генераторных транзисторов СВЧ, позволяющих проектировать усилители мощности в диапазоне 100...3000 МГц и интервале мощностей от 0,2 Вт до 45 Вт.
В результате расчета определяются энергетические параметры параметры режима транзистора, необходимые для расчета СВЧ цепей и цепей питания усилителя.
Программа "Г-цепь". Расчет согласующих цепей Г-, Т-, П-типа.
Программа позволяет рассчитать параметры элементов согласующей цепи в виде реактивного четырехполюсника Г-типа или на ее основе Т— и П-типа. При заданных комплексных сопротивлениях генератора ir и нагрузки Z„ (в последовательных схемах замещения) определяются значения реактивных сопротивлений последовательной и параллельной ветвей Г-цепи и распечатываются четыре возможные схемы реализации цепи согласования, идентичные по трансформирующим свойствам, но различные по частотным характеристикам. Расчет Т— и П-цепей выполняют путем двукратного применения программы, разделяя Т- или П-цепь на две Г-цепи с некоторым промежуточным сопротивлением RO в 2...5 раз больше наибольшей активной составляющей согласуемых сопротивлений для Т-цепи и во столько же раз меньше меньшей активной составляющей сопротивления для П-цепи. Исходными данными являются составляющие сопротивлений генератора Rr, Хг и нагрузки R#, рабочая частота/ и при расчете Т- или П-цепи сопротивление Ro .
56
9.2.	Программы на языке программирования "Фортран"
Программа 747 #£.'Расчет режима мощного СВЧ транзистора усилителя. Схема с общим эмиттером.
Программа U6ST4z“ofi\ Расчет режима мощного СВЧ транзистора усилителя. Схема с общей базой.
Программа^/У57<?7. Расчет одношлейфового полоскового трансформатора.
ПрограммаТ/УбТУ^. Расчет геометрических размеров отрезков полосковых линий.
ПрограммаС/КУТЩ. Схемотехническое проектирование согласующих цепей генераторов.
Эти программы описаны в учебных пособиях [16 - 18], где дано назначение программ, описание входных и выходных данных, а также примеры расчета.
Программы	и U6ST42в основе имеют методику расчета,
изложенную в гл. 4 настоящего пособия, и описаны в пособии [1б].
Программы ^АУУЛУЛиг/УУЛУ^позволяют рассчитать одношлейфовый полосковый трансформатор. Сначала по программе "ОТ" определяются относительные длины отрезков одношлейфового трансформатора, а затем по программе "СИ" рассчитываются их геометрические размеры (длина и ширина). Описание программ дано в [16].
Программа U6STW позволяет выполнить для согласующей цепи: анализ с определением АЧХ цепи, параметрический, структурный и допусковый синтезы. Описание примеров выполнения параметрического и допускового синтеза цепи можно найти в [16, 18], структурного синтеза в [17 J.
ОБОЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА ТРАНЗИСТОРОВ
~ мощность радиочастоты на выходе генераторного каскада или мощность, отдаваемая в нагрузку (выходная мощность каскада)
мощность первой гармоники на выходе транзистора (выходная мощность транзистора)
Р(ыхтГ мощность п -й гармоники на выходе транзистора
Р„ - мощность, потребляемая транзистором от источника питания коллекторной цепи
Рк - мощность, рассеиваемая в виде тепла на коллекторе транзистора
PgK - мощность радиочастоты, подводимая ко входу генераторного каскада (мощность возбуждения каскада)
PSi - мощность первой гармоники, подводимая ко входу транзистора (мощность возбуждения транзистора)
Pgc - мощность постоянного тока в цепи смещения транзистора или мощность, рассеиваемая в источнике смещения
- мощность рассеяния на базе транзистора
Рэ - коэффициент полезного действия транзистора (электронный КПД, КПД по первой гармонике)
р - коэффициент полезного действия генераторного каскада (общий КПД) без учета потерь во входной цепи
рк - коэффициент полезного действия соглаоующе-трансформирую-щей Цепи <pKgK- входной цепи,£>х&/х- выходной цепи) генератора
Нр - коэффициент передачи (коэффициент усиления) по мощности транзистора
Рр - коэффициент передачи (коэффициент усиления) по мощности генераторного каскада
UKO - постоянное напряжение на коллекторе
UK1- амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения
UKn- амплитуда n-й гармоники коллекторного напряжения
Uri - амплитуда напряжения первой гармоники эквивалентного генератора
58
UgB- напряжение смещения на входном электроде транзистора
Ug<- амплитуда первой гармоники напряжения возбуждения транзистора
If' - напряжение сдвига аппроксимированной проходной характеристики транзистора при кусочно-линейной аппроксимации (напряжение отсечки)
nuf пик™06 напряжение на коллекторе и пиковое обратное напряжение на эмиттере
^ктах~ максимальное значение коллекторного тока
гКГпм~ максимальное значение импульса коллекторного тока
-	постоянная составляющая коллекторного тока транзистора
-	амплитуда первой гармоники коллекторного тока транзистора
Jri - амплитуда первой гармоники тока эквивалентного генера-”” тора
Jxn - амплитуда п -й гармоники коллекторного тока транзистора
Jgc - постоянная составляющая входного тока транзистора
Jgi - первая гармоника входного тока транзистора
RKi- эквивалентное сопротивление коллекторной цепи транзистора для первой гармоники
RKn- эквивалентное сопротивление коллекторной цепи для ть-й гармоники
в - угол отсечки коллекторного тока коэффициенты разложения косинусоидального импульса при постоянном значении максимума импульса коэффициенты разложения косинусоидального импульса
коэффициент формы косинусоидального импульса для
первой и п —й гармоник (j?/=^-/ =	'
-	коэффициент использования коллекторного напряжения (напряженность режима)
г-	_	> _ c'kj
. Srp ~ напряженность режима при граничном режиме работы ч"
i - полное выходное сопротивление транзистора для первой гармоники.^,,, =z^/xy +/хд/х// где ^,Kl,Xtb,- активная и реактивная составляющие ZgbtK i
Ygbir i ~ полная выходная проводимость транзистора для первой гармоники.^,	+/4^х,	- актив-
ная и реактивная составляющие
59
-2?х,- полное входное сопротивление транзистора для первой i'ap-mohhkh.Z/k, =	где	активная и ре-
активная составляющие Z/к,
/gxf полная входная проводимость транзистора для первой гармоники. Уд, ~Og/.i +jbgx1 - активная и реактивная составляющие igx 1
Zu, - полное сопротивление эквивалентной нагрузки на внешних выводах транзистора. = fyt	~ актив-
ная и реактивная составляющие
Рд - дополнительное корректирующее сопротивление во входной цепи, позволяющее выравнять постоянные времени открытого и закрытого змиттерного переходов
Сд - дополнительная емкость во входной цепи, позволяющая повысить максимальное напряжение^7яаХ между базой и эмиттером без пробоя змиттерного перехода
ОБОЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ И ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ СХЕМ3^
. »->
= J3<> ~ статический коэффициент передачи тока в схеме ОЭ Ьг<э ~ Jк
<^-о - статический коэффициент передачи тока в схеме СБ =JK/Js
/киэ^/рэ ~ предельная частота коэффициента передачи тока в схеме ОЭ, при которой модуль коэффициента передачи тока уменьшается на 3 дБ по сравнению с его низкочастотным значением
А, - предельная частота коэффициента передачи тока в схеме ОБ	.
кг/э =J3(C^>)~ коэффициент передачи тока на рабочей частоте в схеме ОЭ
hsig =о6(а))- коэффициент передачи тока на рабочей частоте в схеме ОБ
= уг - граничная частота коэффициента передачи тока в схеме ОЭ. На этой частоте1Аг/э|= I. Если известно измеренное значение!hг/э1изм на некоторой частоте Jusm , то /гр“ I Ъг1эI
=Дг/(5-/(1,4...1,6) ~ для Дрейфовых транзисторов иЛр	~ ДДЯ сплавных транзисторов
*>см. рис. 2.3, 4.1, 5.1, 6.1, табл. 2.1; ОЭ - схема о общим эмиттером, ОБ - схема с общей базой
60	**)Обозначение по ГОСТ.
2^ - постоянная времени, $£,=
- постоянная времени, 2^ = 1/РУГ fa
/та* максимальная частота генерации. Это наибольшая частота, на которой транзистор способен работать в схеме автогенератора. На зтой частоте коэффициент усиления по мощности Ар уменьшается до единицы.,^* - (1,6...1,8)/гр
^’кэдоп' максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер в непрерывном режиме (схема ОЭ)
УкБдоп максимально допустимое напряжение коллектор-база в непрерывном режиме (схема ОБ)
Ц/Ыоп максимально допустимое напряжение база-змиттер в непрерывном режиме
^коо>оп~ максимально допустимая постоянная составляющая коллекторного тока
^5одоп~ максимально допустимая постоянная составляющая базового тока
допустимое значение максимального коллекторного тока «7х/> - критический ток коллектора
/g./н- верхняя и нижняя частота использования транзистора, рекомендуемая изготовителем
fap - крутизна линии граничного режима
$ - крутизна проходной статической характеристики транзистора 1пдоп~ максимально допустимая температура переходов транзистора
Тк - температура корпуса транзистора
RnK - тепловое сопротивление переход-корпус
Чдоп~ допустимая рассеиваемая мощность на коллекторе
(при Ткер а 25°C)
7J- - объемное сопротивление материала базы
-	стабилизирующее сопротивление в эмиттере, являющееся элементом конструкции многоэмиттерных транзисторов
fK - сопротивление потерь коллектора
-	сопротивление насыщения
Л - сопротивление рекомбинации
Ск - емкость коллекторного перехода
Ска - активная часть емкости коллекторного перехода
ска =СК/{2..А)
Скп - пассивная часть емкости коллекторного перехода ^кп ~ £к~С-ко.
Сэ ~ емкость змиттерного перехода (барьерная емкость)
Cj)utp~ Диффузионная емкость
61
- постоянная времени цепи обратной связи
13 - индуктивность вывода эмиттера
hg- - индуктивность вывода базы
2* - индуктивность вывода коллектора
&п - крутизна по переходу
U~n - напряжение на переходе
- граничная частота по крутизне
5?^ - нормированная частота по крутизне 5?^ =<//№ &гр- нормированная граничная частота Qrp =// 'frp гг - ток эквивалентного генератора
ЛИТЕРАТУРА
I.	Радиопередающие устройства / Под ред. М.В. Благовещенского, I.M. Уткина. - М.: Радио и связь, 1982.
2.	Радиопередающие устройства / Под ред. В.В. Шахгильдяна. -М.: Радио и связь, 1990.
3.	Проектирование радиопередающих устройств / Под ред.
В.В.	Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 1984.
4.	Шумилин М.С. .Козырев В.Б. .Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков.-М.: Радио и связь, 1987.
5.	Проектирование радиопередающих устройств СВЧ / Под ред. Г.М. Уткина. - М.: Советское радио, 1979.
6.	П е т р о в Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. - М.: Высшая школа, 1989.
7.	Богачев В.М. .Никифоров В.В. Транзисторные усилители мощности. - М.: Энергия, 1978.
8.	Н е й м а н М.С. Полупроводниковые каскады радиопередающих устройств. - М.: МАИ, 1977.
9.	Антенны и устройства СВЧ (Проектирование фазированных антенных решеток) / Под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1981.
10.	Грановская Р.А. Радиопередатчик о амплитудной модуляцией на транзисторах: Учеб, пособие. - М.: МАИ, 1973.
II.	Коптев Г.И., Панина Т.А. Расчет и конструирование транзисторных передатчиков: Учеб, пособие. - М.: МЭИ, 1976.
12.	Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник / Под ред. А.В. Голомедова. - М.: Радио и связь, 1989.
13.	Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник / Под ред. А.В. Голомедова. - М.: Радио и связь, 1985.
14.	Полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник / Под ред. Н.П. Горюнова. - М.: Энергоатомиздат, 1985.
63
15.	Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / Под ред. Б.Л. Перельмана. - М.:. Радио и связь, 1981.
16.	Проектирование генераторов СВЧ на ЭВМ: Учеб, пособие / Под ред. Р.А. Грановской. - М.: МАИ, 1983.
17.	Полупроводниковые генераторы с внешним возбуждением: Учеб, пособие / Под ред. В.Н. Шпаликова. - М.: МАИ, 1986.
18.	Управление радиочастотными колебаниями генераторов: Учеб, пособие / Под рёд. Р.А. Грановской. - М.: МАИ, 1987.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ............................................ 3
I.	Общие оведения о генераторных транзисторах .......... 4
2.	Параметры транзисторов. Эквивалентные схемы транзисторов и параметры их элементов ....................... 6
3.	Расчет режима транзистора мощного усилителя высокой частоты ............................................ 17
4.	Расчет режима транзистора мощного усилителя СВЧ .... 26
5.	Расчет режима транзистора маломощного усилителя СВЧ 	 38
6.	Расчет режима транзистора маломощного умножителя частоты ................................................43
7.	Расчет режима транзистора мощного СВЧ умножителя частоты ............................................... 47
8.	Расчет режима безынерционного транзистора маломощного автогенератора ................................. 50
9.	Программы расчета транзисторных генераторных каскадов на ЭВМ	.................................... 53
Обо	значения	параметров	режимов	транзисторов ......... 58
Обозначения параметров биполярных транзисторов и параметров элементов	их	эквивалентных	схем ............... 60
Лит	ература..........................................  63
Тем. план 1993, поз. 107
Грановская Роза Алексеевна
РАСЧЕТ' КАСКАДОВ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ
УСТРОЙСТВ
Редактор Л.В. Перцева
Техн, редактор А.А. Крапоткина
Подписано в печать 24.03.93
Бум. офоетная. Формат 60x84 I/I6. Печать офсетная
Усл. печ. л. 3,95 . Уч.-изд. л. 4,16 . Тираж 500
’Зак.2132 / 541. C3I. Отпускная цена для реализации в МАИ 20 р.
Типография издательства МАИ
I2387I, Москва, Волоколамское шоссе, 4
ДЛЯ ЗАМЕТОК