Выбор элементной базы и построение полной принципиальной схемы

В нашем случае выбор элементной базы в первую очередь состоит в выборе двух маломощных высокочастотных транзисторов, которые мы будем использовать в основных усилительных звеньях. Основное требование к этим транзисторам - высокая граничная частота коэффициента передачи тока базы (если мы хотим обеспечить равномерную АЧХ во всем диапазоне 450...800 МГц и иметь минимум проблем при настройке усилителя, то нам необходимо выбирать транзисторы с граничной частотой порядка 4.,.8 ГГц).

С точки зрения соотношения цена/качество вполне приемлемыми оказываются приборы типа КТ3101А-2. В выбранном частотном диапазоне они обеспечивают коэффициент шума на уровне менее 2 дБ, а граничная частота коэффициента передачи тока составляет порядка 4,5 ГГц. Конечно, мы можем использовать и более высокочастотные транзисторы, например КТЗ 115 или КТЗ 132 ( ГГц), однако это в большинстве случаев уже не является оправданным с ценовой точки зрения.

П риведем здесь некоторые важнейшие справочные данные о транзисторе КТ3101А-2 (в дальнейшем они нам понадобятся для выбора режима работы по постоянному току).

• Статический коэффи- циент передачи тока в схеме с ОЭ ( ст) При =1В, = 5мА:

Т=+25°С 35...300;

Т=-60°С 17,5...300;

Т=+125°С 35...500.

• Граничная частота коэффициента переда- чи тока базы при = 5В, = 10мА (типовое значение): ...4,5 ГГц.

РРис. 6.5. Транзистор Ш101А-2

• Минимальный коэффициент шума при

= 2 В, = 2 мА, f= 1 ГГц

(типовое значение): 1,9 дБ.

• Оптимальный коэффициент усиления по мощности при

= 2 В, = 2 мА, f = 1 ГГц (типовое значение): 7 дБ

• Обратный ток коллектора при = 15 В:

Т=+25°С……………………………………...0,5 мкА

T=+125°С…………….……………………….…5мкА

• Максимальное постоянное напряжение

коллектор-база:…………………………………..……15 В

• Максимальный постоянный ток коллектора

и эмиттера:………………………………………..….20 мА

• Максимальная постоянная рассеиваемая мощность

коллектора при Т +45°С:………………………...100 мВт

Из представленных данных видно, что оптимальное (по соотношению сигнал/шум) значение коэффициента усиления по мощности достигается при = 2 В, = 2 мА. Было бы логичным выбрать именно эти значения для режима работы транзистора первого каскада. Однако вспомним о том, что нам необходимо иметь относительно широкий динамический диапазон. Поэтому несколько изменим эти показатели в сторону увеличения и выберем для первого каскада: = 4 В, = = 4 мА. Динамический диапазон второго каскада должен быть еще шире, и, хотя здесь мы уже применяем схему с ОЭ, нам придется еще раз увеличить все электрические показатели по постоянному току. Для второго каскада выберем: = 6 В, = = 10 мА. Теперь нам осталось определиться с элементами в источнике тока и стабилизаторе напряжения. Это низкочастотные узлы, в которых нет смысла применять какие-то особенные транзисторы. Поэтому договоримся использовать широко распространенные приборы КТ3102 (когда нам нужен транзистор п-р-п-типа) или КТ3107 (когда нам нужен транзистор р-п-р-типа). Такой же принцип (дешевизна и широкое распространение) будем использовать и при выборе всех остальных элементов устройства (диоды, стабилитроны и т.п.).

В качестве внешнего источника питания применим простейший маломощный сетевой источник бытового назначения (от калькулятора, телефона, плейера и т.п.) с выходным напряжением 12 В. Для подачи питающего напряжения в усилитель можно было бы использовать сам антенный кабель. Но мы упростим себе жизнь, если предусмотрим отдельный шлейф для напряжения питания (не надо включать ряд согласующих элементов, увеличивающих к тому же потери сигнала).

Приняв во внимание все изложенные выше рассуждения, мы наконец можем построить полную принципиальную схему нашего усилителя. Она представлена на рис. 6.6.

Казалось бы, теперь пора перейти к следующему шагу проектирования - расчету номиналов элементов. Однако правильнее будет проанализировать полученную принципиальную схему на предмет оптимального построения согласующих цепей, расположенных на стыках отдельных звеньев. Ведь мы брали просто типовые схемные решения и не рассматривали вопросы правильного согласования их между собой.

Рис.6.6. Схема антенного усилителя предварительный вариант

В нимательное рассмотрение первого звена показывает, что резисторы выполняют схожие в чем-то функции, и мы можем слегка модифицировать схему, совместив

эти два резистора. При этом образуется дополнительный контур обратной связи по напряжению. В то же время для сохранения баланса в каскаде нам придется ввести дополнительный резистор в коллекторную цепь транзистора VT2 Итоговая схема модифицированного таким образом звена представлена на рис. 6.7.

Т еперь обратимся к вопросу согласования импедансов в точке соединения первого и второго каскадов усилителя. Вспомним, что входное сопротивление усилителя с ОЭ, примененного во втором каскаде, довольно велико (> 1 кОм). В свою очередь, выходное сопротивление первого каскада с ОБ в рассматриваемом случае составляет десятки ом (~ 50 Ом). Для достижения Согласования мы можем прибегнуть к нескольким методам. Например, задав индуктивность дросселя L3 такой, чтобы в рабочем диапазоне частот его эквивалентное сопротивление приблизительно равнялось выходному сопротивлению первого каскада. Однако диапазон рабочих частот усилителя весьма широк и эквивалентные сопротивления 13 на краях этого диапазона окажутся сильно различающимися, так что достичь полного согласования будет нельзя. Самое простое в данном случае - заменить дроссель L3 на обыкновенный резистор, чье сопротивление не зависит от частоты и будет оставаться одинаковым при любом входном сигнале. Вместо L3 мы также можем использовать дополнительный согласующий трансформатор на входе второго каскада (аналогично рис. 5.27). И наконец, наиболее радикальное решение - модификция трансформатора Тр1 с целью получения более высокого выходного импеданса⁶.

Нельзя назвать построенную нами схему идеальной. Однако вспомним, что при ее составлении мы опирались только на такие схемотехнические решения, работа которых нами подробно изучена в предыдущих главах настоящей книги. Тем не менее эта схема вполне работоспособна, и мы можем приступить к ее окончательному расчету.

.