2. Методика расчета усилителей свч

Исходными данными для расчета являются диапазон принимаемых частот и параметры транзистора.

2.1. По S-параметрам транзистора рассчитываемого диапазона вычисляется определитель матрицы рассеяния

. (2.1)

2.2. Рассчитывается инвариантный коэффициент устойчивости

. (2.2)

Если k_у>1, то расчет продолжается начиная с пункта 6.

2.3. Если k_у<1, то рассчитывается стабилизирующий резистор R_СТ. Транзистор со стабилизирующий резистор R_СТ можно рассматривать как составной АЭ.

Задается желаемый коэффициент устойчивости k_уАЭ=1.03...1.1 и рас-считывается R_СТ:

для последовательного включения (рисунок 1.2)

; (2.3)

для параллельного включения (рисунок 1.3)

(2.4)

Здесь k_у<1 ─ инвариантный коэффициент устойчивости транзистора (2.2), находящегося в ОПУ; S_ij -параметры рассеяния транзистора.

2.4. Определяются S-параметры четырехполюсника, состоящего из транзистора и стабилизирующего резистора:

для последовательного включения

; (2.5)

для параллельного включения

, (2.6)

где .

2.5. Рассчитываются S-параметры составного АЭ, состоящего из каскадно включенных транзистора и стабилизирующего резистора:

; ;

; ; (2.7)

.

Здесь S_ijСТ–параметры, рассчитываемые по формуле (2.5) или (2.6). Заметим, что .

2.6. Вычисляется коэффициент усиления мощности. Для первого каскада в режиме минимального шума

(2.8)

где – коэффициент отражения на входе, при котором достигается минимальный коэффициент шума в режиме оптимального рассогласования ( обычно дается в справочнике вместе с S–параметрами транзистора);

(2.9)

– коэффициент отражения от АЭ по выходу.

2.7. Вычисляется выходное сопротивление согласующей цепи СЦ1, необходимое для режима оптимального рассогласования:

. (2.10)

2.8.Определяется выходное сопротивление АЭ в режиме оптимального рассогласования:

(2.11)

где – определяется выражением (2.9).

2.9. Для второго и последующих каскадов многокаскадного усилителя рассчитывается коэффициент усиления мощности в режиме экстремального усиления:

. (2.12)

2.10. Определяются вспомогательные величины (1.8):

;

; ; (2.13)

2.11. Находятся оптимальные коэффициенты отражения:

;

. (2.14)

Знак ″минус″ берется при В₁₍₂₎>0, а ″плюс″ при В₁₍₂₎<0.

2.12. Вычисляются входные и выходные сопротивления АЭ, необходимые для согласования транзистора с внешними цепями:

; . (2.15)

Для согласования транзистора усилителя с внешними цепями и представляют в виде последовательной или параллельной RC или RL-цепи.

2.1. Пример расчета усилителя радиочастоты дециметрового диапазона

Исходные данные

Диапазон частот приема f=1805…1880 МГц; f₀=1842 МГц.

Параметры транзистора UMC CGY59 на частоте f=1.8 МГц при U_п=3В:

Параметр	Модуль	Фаза°
	0.703	-54
	0.051	71
	3.14	100
	0.147	-21
	0.68	39

Расчет

1. Вычисляется определитель матрицы рассеяния:

2. Рассчитывается инвариантный коэффициент устойчивости:

Так как k_у>1, то транзистор находится в области абсолютной устойчивости.

3. Определяется коэффициент отражения от АЭ по выходу

Здесь Г₁=Г_Шopt=0.68e^j39 – коэффициент отражения на входе, при котором достигается минимальный коэффициент шума в режиме оптимального рассогласования.

4. Рассчитывается коэффициент усиления мощности в режиме минимального шума:

5. Вычисляется выходное сопротивление согласующей цепи СЦ1, необходимое для режима оптимального рассогласования:

Полученное комплексное сопротивление интерпретируется в виде последовательной R₁C₁-цепи (рисунок 2.1) из активного сопротивления R₁=66.3 Ом и емкости

Согласующая цепь СЦ1 (рисунок 1.1) должна трансформировать сопротивление предыдущей цепи, например ρ₀ или выхода фильтра приема, в сопротивление Z₁. Фактически СЦ1 рассчитывается из условия согласования характеристического сопротивления или выходного сопротивления фильтра приема с сопротивлением Z₁.

Рисунок 2.1 – Последовательная Рисунок 2.2 – Параллельная

R1 C1- цепь Cвых Gвых - цепь

6. Вычисляется выходное сопротивление АЭ в режиме оптимального рассогласования:

Для согласования с последующей цепью Z_выхАЭ представляется в виде параллельно соединения G_вых и C_вых (рисунок 2.2).

Отсюда

Далее рассчитываются цепи питания транзистора.