Усилитель модулятора лазерного излучения
Этим требованиям полностью соответствует транзистор КТ 610 А . Его основные технические характеристики приведены ниже.
Электрические параметры:
1. Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ МГц;
2. Постоянная времени цепи обратной связи 
пс;
3. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;
4. Ёмкость коллекторного перехода при 
В пФ;
5. Индуктивность вывода базы 
нГн;
6. Индуктивность вывода эмиттера 
нГн.
Предельные эксплуатационные данные:
1. Постоянное напряжение коллектор-эмиттер 
В;
2. Постоянный ток коллектора 
мА;
3. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора 
Вт;
4. Температура перехода 
К.
3.3.3 Расчёт эквивалентной схемы транзистора
3.3.3.1 Схема Джиаколетто
 |
Многочисленные исследования показывают, что даже на умеренно высоких частотах транзистор не является безынерционным прибором. Свойства транзистора при малом сигнале в широком диапазоне частот удобно анализировать при помощи физических эквивалентных схем. Наиболее полные из них строятся на базе длинных линий и включают в себя ряд элементов с сосредоточенными параметрами. Наиболее распространенная эквивалентная схема- схема Джиаколетто, которая представлена на рисунке 3.6. Подробное описание схемы можно найти [3].
Рисунок 3.6 – Схема Джиаколетто
Достоинство этой схемы заключается в следующем: схема Джиаколетто с достаточной для практических расчетов точностью отражает реальные свойства транзисторов на частотах f £ 0.5fт ; при последовательном применении этой схемы и найденных с ее помощью Y- параметров транзистора достигается наибольшее единство теории ламповых и транзисторных усилителей.
Расчитаем элементы схемы, воспользовавшись справочными данными и приведенными ниже формулами [2].
|
В
Справочные данные для транзистора КТ610А:
Cк- емкость коллекторного перехода,
tс- постоянная времени обратной связи,
bо- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.
Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле :
(3.3.12)
 |
где U¢кэо – справочное или паспортное значение напряжения;
Uкэо – требуемое значение напряжения.
Сопротивление базы рассчитаем по формуле:
(3.3.13)
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле:
(3.3.14)
Найдем ток эмиттера по формуле:
(3.3.15)
А
Найдем сопротивление эмиттера по формуле:
(3.3.16)
где Iэо – ток в рабочей точке, занесенный в формулу в мА.
Проводимость
база-эмиттер расчитаем по формуле:
(3.3.17)
Определим диффузионную емкость по формуле:
(3.3.18)
Крутизну транзистора определим по формуле:
 |  | ||
(3.3.19)
3.3.3.2 Однонаправленная модель
Поскольку рабочие частоты усилителя заметно больше частоты , то из эквивалентной схемы можно исключить входную ёмкость, так как она не влияет на характер входного сопротивления транзистора. Индуктивность же выводов транзистора напротив оказывает существенное влияние и потому должна быть включена в модель. Эквивалентная высокочастотная модель представлена на рисунке 3.7. Описание такой модели можно найти в [2].
Рисунок 3.7
Параметры эквивалентной схемы рассчитываются по приведённым ниже формулам [2].
Входная индуктивность:
,
(3.3.20)
где 
–индуктивности выводов базы и эмиттера.
Входное сопротивление:
,
(3.3.21)
где 
, причём , 
и – справочные данные.
Крутизна транзистора:
,
(3.3.22)
где 
, , 
.
Выходное сопротивление:
.
(3.3.23)
Выходная ёмкость:
. (3.3.24)
В соответствие с этими формулами получаем следующие значения элементов эквивалентной схемы:
нГн;
пФ;
Ом
Ом;
А/В;
Ом;
пФ.
3.3.4 Расчет полосы пропускания.
Проверим обеспечит ли выбранное сопротивлении обратной связи Rос, расчитанное в пункте 3.3.1, на нужной полосе частот требуемый коэффициент усиления, для этого воспользуемся следующими формулами[2]:
(3.3.25)
(3.3.26)
Найдем значение емкости коллектора при Uкэ=10В по формуле (3.3.12):
Найдем сопротивление базы по формуле (3.3.13):
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ найдем по формуле (3.3.14):
Найдем ток эмиттера по формуле (3.3.15):
А
Найдем сопротивление эмиттера по формуле (3.3.16):
Ом
Определим диффузионную емкость по формуле (3.3.18):
пФ
, (3.3.27)
,
(3.3.28)
где Yн – искажения приходящиеся на каждый конденсатор;
дБ,
или
(3.3.29)
Гц
Выбранное сопротивление Rос обеспечивает заданный диапазон частот.
3.3.5 Расчёт цепей термостабилизации
Существует несколько вариантов схем термостабилизации. Их использование зависит от мощности каскада и от того, насколько жёсткие требования к термостабильности. В данной работе рассмотрены три схемы термостабилизации: пассивная коллекторная, активная коллекторная и эмиттерная.
3.3.4.1 Пассивная коллекторная термостабилизация
Данный вид термостабилизации (схема представлена на рисунке 3.8) используется на малых мощностях и менее эффективен, чем две другие, потому что напряжение отрицательной обратной связи, регулирующее ток через транзистор подаётся на базу через базовый делитель.
Рисунок 3.8
Расчёт, подробно описанный в [3], заключается в следующем: выбираем напряжение (в данном случае 7В) и ток делителя (в данном случае 
, где – ток базы), затем находим элементы схемы по формулам:
;
(3.3.30)
,
(3.3.31)
где 
– напряжение на переходе база-эмиттер равное 0.7 В;
.
(3.3.32)
Получим следующие значения:
Ом;
Ом;
Ом.
3.3.4.2 Активная коллекторная термостабилизация
Активная коллекторная термостабилизация используется в мощных каскадах и является очень эффективной, её схема представлена на рисунке 3.9. Её описание и расчёт можно найти в [2].
Рисунок 3.9
В качестве VT1 возьмём КТ361А. Выбираем падение напряжения на резисторе из условия 
(пусть В), затем производим следующий расчёт:
;
(3.3.33)
; (3.3.34)
;
(3.3.35)
;
(3.3.36)
,
(3.3.37)
где 
– статический коэффициент передачи тока в схеме с ОБ транзистора КТ361А;
;
(3.3.38)
;
(3.3.39)
.
(3.3.40)
Получаем следующие значения:
Ом;
мА;
В;
кОм;
А;
А;
кОм;
кОм.
Величина индуктивности дросселя выбирается таким образом, чтобы переменная составляющая тока не заземлялась через источник питания, а величина блокировочной ёмкости – таким образом, чтобы коллектор транзистора VT1 по переменному току был заземлён.
3.3.4.3 Эмиттерная термостабилизация
Для выходного каскада выбрана эмиттерная термостабилизация, схема которой приведена на рисунке 3.10. Метод расчёта и анализа эмиттерной термостабилизации подробно описан в [3].
Рисунок 3.10
Расчёт производится по следующей схеме:
1.Выбираются напряжение эмиттера 
и ток делителя (см. рис. 3.4), а также напряжение питания ;
2. Затем рассчитываются 
.
3. Производится поверка – будет ли схема термостабильна при выбранных значениях и 
. Если нет, то вновь осуществляется подбор и 
.
В данной работе схема является термостабильной при В и 
мА. Учитывая то, что
в коллекторной цепи отсутствует резистор, то напряжение питания рассчитывается по формуле В. Расчёт величин резисторов производится по следующим формулам:
;
(3.3.41)
;
(3.3.42)
.
(3.3.43)
Для того, чтобы выяснить будет ли схема термостабильной производится расчёт приведённых ниже величин.
Тепловое сопротивление переход – окружающая среда:
,
(3.3.44)
где 
, – справочные данные;
К – нормальная температура.
Температура перехода:
,
(3.3.45)
где 
К – температура окружающей среды (в данном случае взята
максимальная рабочая температура усилителя);
– мощность, рассеиваемая на коллекторе.
Неуправляемый ток коллекторного перехода:
,
(3.3.46)
где 
– отклонение температуры транзистора от нормальной;
лежит в пределах А;
– коэффициент, равный
0.063–0.091 для германия и 0.083–0.120 для кремния.
Параметры транзистора с учётом изменения температуры:
,
(3.3.47)
где 